ASPECTOS TEÓRICOS DA SEDIMENTAÇÃO ASPECTOS TEÓRICOS DA SEDIMENTAÇÃO ASPECTOS TEÓRICOS DA SEDIMENTAÇÃO ASPECTOS TEÓRICOS DA SEDIMENTAÇÃO

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1 Operação de separação de partículas sólidas suspensas com densidade superior à do líquido circundante. plicação Tratamento preliminar : remoção da areia Tratamento primário: decantação primária Tratamento secundário: decantação secundária Tratamento terciário: após precipitação química Tratamento do lodo: adensamento Objetivos Zonal Formas de Tipo de Discreta Floculenta Descrição Partículas sedimentamse como entidades individuais e não ocorre interação significativa com partículas vizinhas (baixa conc. Sólidos) Partículas aglomeramse durante a, aumentando o tamanho e sedimentamse com velocidades superiores. (suspensões diluídas) Partículas tendem a permanecer em uma posição fixas com relação as partículas vizinhas e sedimentamse com uma massa única de partículas (suspensões concentradas) plicação/ Ocorrência Remoção de areia Dec. primários Dec. secundários (superior) Tanques (precipitação) Dec. Secundários Produzir um efluente clarificado densamento do lodo Compressão concentração de partículas é tão elevada que ocorre a formação de uma estrutura e ocorre apenas pela compressão desta estrutura, devido ao peso das partículas Dec. Secundários (fundo) densadores por gravidade Ocorrência simultânea dos vários tipos de Lei de Newton e Stokes Velocidade de Força de atrito Força gravitacional T = 0 T = T = 2 vs = 8 g ρs ρl 2... d υ ρl Vs: velocidade de da partícula (m/s) g: aceleração da gravidade (m/s 2 ) υ: viscosidade cinemática da água (m 2 /s) ρ s : densidade da partícula (kg/m ) ρ l : densidade do líquido (kg/m ) d: diâmetro da partícula (m) Sem aglomeração das partículas Manutenção das propriedades físicas (forma, tamanho, densidade Velocidade de constante Exemplo: Calcular a velocidade de de partículas de areia, considerando: Diâmetro da partícula: 0,90 mm e 0,45 mm Densidade da partícula: 2650 kg/m Densidade do líquido: 000 kg/m Viscosidade cinemática (25º C): 0,90x 06 m 2 /s

2 Tanque de ideal B Zona de entrada: partículas uniformemente distribuídas Zona de lodo: partículas removidas Zona de saída: partículas não removidas L v h fluente Zona de Sedimentação Efluente t = = L V. t = = v h = B Zona de Entrada Zona de Lodo Zona de Saída vs: taxa de aplicação superficial (m/h ou m /m 2.h) Remoção da partícula f() Vs: parâmetro de projeto, obtido experimentalmente, valores de literatura. Zona de Entrada v h v h v p v p Zona de Sedimentação Zona de Lodo v h Zona de Saída Fraçãoremovida = ( Xc ) + Fraçãoremovida X c Vp 0 Vc Fração remanescente X c X p = ( Xc ) + Vp. Vc V p V c Velocidade de Exemplo: Considere os dados abaixo da distribuição de partículas de areia obtidas através de ensaios de peneiramento. Para cada fração foi calculada a velocidade média de. Calcular a remoção total de partículas, considerando uma taxa de aplicação superficial de 2,8 m /m 2.min. Velocidade (m/min) 0,50 0,60 0,2 0,5 Fração de sólidos remanescente 0,55 0,46 0,5 0,

3 Fração Remanescente 0,60 0,50 0,40 0,0 0, ,50 0,50 2,00 2,50 0,50 Fraçãoremovida Velocidade de Sedimentação (m/min) = ( Xc ) + Vp. Vc Vp. Vp Exemplo: Os resultados de um teste de efetuado numa suspensão conduziram os valores abaixo. Calcular a remoção total de partículas, considerando uma taxa de aplicação superficial de m /m 2.h. # Profundidade da coleta (m) 2,0 2,0 2,0 4,0 4,0 4,0 Tempo de amostragem (h) ,0 6,0 6,0 6,0 SS na amostra (mg/l) Velocidade (m/h) Fração de sólidos remanescente SEDIMENTÇÃO FLOCULENT Exemplo 0,7 Vp Vp. Fração Remanescente 0,6 0,5 0,4 0, 0,2 0, T = 0 T = T = 2 Ocorrência floculação ou coalescência umento do tamanho da partícula umento da velocidade de 0 0 0,5,5 2 2,5,5 4 4,5 Fraçãoremovida Velocidade de Sedimentação (m/h) = ( Xc ) + Vp. Vc Extensão da floculação Taxa de aplicação superficial ltura do tanque Gradiente de velocidades do sistema Faixa de tamanhos de partículas contato entre as partículas Testes de

4 SEDIMENTÇÃO FLOCULENT Cálculo da remoção total Teste de Remoção de alíquotas a vários intervalos de tempo Exemplo: Dados os resultados do teste de, determinar a remoção total de sólidos para umtempo de detenção t 2 e uma profundidade h 5 SEDIMENTÇÃO FLOCULENT Exemplo: assumindose os valores do teste de abaixo, calcular a percentagem de remoção esperada para as seguintes condições: a) tanque de 2,0 m de profundidade, com tempo de detenção de,5 h b) tanque de 2,0 m de profundidade, com tempo de detenção de h c) tanque de m de profundidade, com tempo de detenção de h d) tanque de 2,5 m de profundidade, com tempo de detenção de,75 h Profundidade (m) 2 0, Tempo de amostragem, , , h R + R2 h2 R2 + R h R + R4 h4 R4 + R Remoção = h5 2 h5 2 h5 2 h5 2 T = 0 T = T = 2 lta concentração de sólidos (formação manto) Partículas tendem a uma posição fixa Formação de uma interface (fase líquida sólida) Movimento descendente da interface Características de da suspensão Grande variabilidade Testes de Dimensionamento baseado testes em bateladas taxa de aplicação superficial deve ser considerando: Área necessária para clarificação Área necessária para o espessamento do lodo (maior) Taxa de remoção do lodo Área para o espessamento do lodo (Método Talmadge e FItch) t = u 0 : área para espessamento (m 2 ) : vazão de entrada no tanque (m /s) 0 : altura inicial da interface na coluna (m) t u : tempo necessário para alcançar determinada concentração (s)

5 Área espessamento do lodo ( e ) (Método Talmadge e FItch) t u e = 0 Determinação de t u C o u = 0 Cu Traçar tangente a C 2 C2: determinado pela extensão da bissetriz do ponto de interseção das tangentes curva na região de e compressão. Traçar horizontal de u até tangente a C 2 e ler t u no eixo x Área para clarificação ( c )(Método Talmadge e FItch) c c = V V: velocidade de da interface (inclinação da tangente da porção inicial da curva de ) c : Taxa de clarificação (proporcional ao volume do líquido acima da zona crítica de lodo).(0 ) u c = 0 Traçar horizontal de u até tangente a C 2 e ler t u no eixo x Exemplo: curva de abaixo foi obtida para um lodo ativado com concentração inicial de sólidos C 0 de 4000 mg/l. altura inicial da interface 0 na coluna de foi de 2,0 ft. Determine a área requerida para alcançar uma concentração de sólidos C u de 2000 mg/l, considerando uma vazão de entrada de 400 m /d. Área de espessamento C. u = 0 0 Cu.t u e = 0 Área de clarificação Velocidade de da interface (inclinação tangente região ) 2, 0 0, 8 V = = 0, 06 ft /min =, 0 m/h 20 Taxa de clarificação ( 0 u c = ) 0 c c = V

6 Exemplo: O teste de de um lodo com concentração inicial de sólidos de 2900 mg/l apresentou os resultados apresentados na tabela a seguir. altura inicial da interface 0 na coluna de foi de 0,40 m. Determine a área requerida para alcançar uma concentração de sólidos C u de 0000 mg/l, considerando uma vazão de entrada de 500 m /d. Tempo (min) ltura (m) 0,4 0,9 0,5 0, 0,26 0,2 0,9 0,6 0, 0,2 0, ltura (m) 0,45 0,4 0,5 0, 0,25 0,2 0,5 0, Tempo (min) SEDIMENTÇÃO POR COMPRESSÃO FLOTÇÃO SPECTOS TEÓRICOS D FLOTÇÃO T = 0 T = T = 2 ltíssima concentração de sólidos Sedimentação por compressão da estrutura da partícula Compressão devido ao peso das partículas Operação unitária usada para separar partículas sólidas ou líquidas de uma fase líquida. separação é obtida pela introdução de bolhas de gás (ar) na fase líquida. s bolhas aderem à superfície da partícula e a força de empuxo da espécie partículabolha é grande o bastante para promover a subida da partícula para a superfície. Volume requerido pode ser determinado por teste de i(t t ) t ( ) e 2 = 2 t : altura do lodo no tempo t : altura do lodo após longo período (24 horas) 2 : altura do lodo no tempo t 2 i: constante para uma dada suspensão Superfície da partícula importante flotação Modificação das características superfície Criar superfície ou estrutura com maior afinidade com as bolhas de ar ditivos inorgânicos: sais alumínio e ferro, sílica ativada flocos Polímeros Orgânicos: mudar a natureza da interface arlíquido

7 SPECTOS TEÓRICOS D FLOTÇÃO Vantagens frente a Lodos mais concentrados Remoção de sólidos de difícil Maiores taxas de aplicação superficial menor área plicação Curtumes, refino de óleo, conservas, lavanderias, matadouro e frigoríficos; Petroquímica, papel e celulose; Lodos ativados adensamento do lodo SPECTOS TEÓRICOS D FLOTÇÃO TIPOS DE FLOTÇÃO Flotação por ar disperso Consiste em introduzir o ar diretamente na suspensão,através do fundo do tanque de flotação. Baixa eficiência na remoção de sólidos Recomendado na remoção de espuma Flotação a vácuo Consiste na saturação da água residuária com ar: Diretamente em um tanque de aeração Permitindo a entrada de ar na sucção do bombeamento Vácuo parcial é aplicado no sistema e o ar dissolvido passa para a forma de pequenas bolhas, promovendo assim a interação arpartícula. TIPOS DE FLOTÇÃO Flotação por ar dissolvido Consiste em dissolver o ar na água residuária sob condição de elevada pressão (24 atm) em um tanque de retenção, seguido do lançamento no tanque de flotação, controlado através de uma válvula de redução de pressão. SPECTOS TEÓRICOS D FLOTÇÃO TIPOS DE FLOTÇÃO Flotação por ar dissolvido Tanque de flotação sem recirculação Tanque de flotação com recirculação

8 SPECTOS TEÓRICOS D FLOTÇÃO FLOTÇÃO POR R DISSOLVIDO Dimensionamento Fatores importantes Concentração das partículas uantidade de ar utilizado Velocidade ascendente das partículas Taxa de aplicação de sólidos Critérios de dimensionamento Testes bancada e piloto SPECTOS TEÓRICOS D FLOTÇÃO DIMENSIONMENTO FLOTÇÃO POR R DISSOLVIDO Determinação da pressão (P) de operação S S,.sa.(fP ) = X0 (sem recirculação),.sa.(fp ). R = X0 (com recirculação) /S: razão ar/sólidos (ml ar/mg sólido) s a : solubilidade do ar (ml/l) f: fração ar dissolvido na pressão P (0,5) P: pressão do sistema (atm) R: razão de recirculação : vazão afluente Relação S S constante volume ar massa sólidos baixa flotação parcial elevada agitação excessiva Variável para cada tipo de suspensão Área requerida = (sem recirculação) I: taxa de aplicação superficial (m /m 2.h) I 4,8 9,6 m + R. /m 2.h = (com recirculação) 0,47 0,96 m I /m 2.h (espessamento lodo) SPECTOS TEÓRICOS D FLOTÇÃO DIMENSIONMENTO FLOTÇÃO POR R DISSOLVIDO Exemplo: Dimensionar um sistema de flotação com e sem recirculação, cuja vazão afluente é de 0 m /h, contendo sólidos em suspensão em concentração igual a 00 mg/l. relação ótima /S encontrada em escala piloto é de 2 ml ar /mg sólido e a temperatura de operação de 0ºC (s a = 5,7 ml/l). dotar f=0,5 (mais conservador). dotar taxa aplicação superficial de 7,2 m /m 2.h. Exemplo: Dimensionar um espessador com e sem recirculação de um lodo ativado, assumindo as seguintes condições: Vazão afluente: 400 m /d /S ótima = 08 ml/mg concentração de sólidos = 000 mg/l Solubilidade do ar = 8,7 ml/l Fração de ar em P = 0,5 Taxa de aplicação superficial = 08 m /m 2.min