Decantação. Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade

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1 Decantação Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade DECANTAÇÃO Filtração Coagulação Floculação Flotação Filtração Filtração Sedimentação dos flocos formados na mistura lenta Serão removidas por filtração 1

2 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SEDIMENTAÇÃO Sedimentação discreta (Tipo 1) As partículas permanecem com dimensão e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação. Sedimentação floculenta (Tipo 2) As partículas se aglomeram e aumenta sua dimensão e velocidade ao longo do processo de sedimentação. Sedimentação em zona (Tipo 3) As partículas sedimentam em massa (i.e., adição de cal). As partículas ficam próximas e interagem. Sedimentação por compressão (Tipo 4) As partículas se compactam como lodo. 3

3 Sedimentação Discreta (Tipo I) Propriedade da Sedimentação Discreta H 1 V s <V sc V s >V sc V sc V h B L A dimensão física da partícula permanece inalterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional velocidade de sedimentação constante 4

4 Sedimentação Discreta (Tipo I) As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas 1 V h H V s B L V h L / V S H / t t Vh. H VS L Q Q V h A B. H Q. H V S B. H. L V S Q B. L Q A s Taxa de aplicação superficial (TAS) q Q A s 5

5 Sedimentação Discreta (Tipo I) Análise do Equacionamento Matemático V S q Q A s V s q Partículas com V s superiores a q serão removidas durante o processo de sedimentação gravitacional V s =Velocidade de sedimentação (m/s) q=tas=taxa de aplicação superficial (m 3 /m 2 /dia) TAS é função somente da geometria do decantador, portanto, é um parâmetro de projeto V s é uma propriedade da partícula, podendo esta ser manipulada mediante a operação dos processos de coagulação-floculação 6

6 Frequência relativa Floculação e Sedimentação Água bruta Água coagulada d c apresenta V s Se V s > q, todas as partículas com diâmetro superior a d c serão removidas Fonte: EPUSP Diâmetro crítico Diâmetro das partículas 7

7 Frequência relativa Floculação e Sedimentação Água bruta Água coagulada Água floculada d p > d c Partículas sedimentáveis Fonte: EPUSP Diâmetro crítico Diâmetro das partículas 8

8 SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II) Partículas se agregam ao longo do processo de sedimentação velocidade de sedimentação das partículas não é mais constante Com o aumento do diâmetro das partículas aumento de sua velocidade de sedimentação ao longo da altura 9

9 Sedimentação Floculenta (Tipo II) Propriedade da Sedimentação Floculenta 1 V h H V s B L A dimensão física da partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional (floculação por sedimentação diferencial) velocidade de sedimentação variável 10

10 Sedimentação Floculenta (Tipo II) Tipos de decantadores em ETA Em função da direção do escoamento: horizontal vertical Em função do princípio de funcionamento: convencional ou clássico (esc. Turbulento) Simples Mecanizados Alta taxa, tubular, de placas (esc. Laminar) 11

11 Sedimentação Floculenta (Tipo II) Zona de turbilhonamento É a zona situada na entrada da água, observa-se nesta zona uma certa agitação onde a localização das partículas é variável. Zona de decantação Nesta zona não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente. Zona de repouso É onde se acumula o lodo. Esta zona não sofre influência da corrente de água do decantador em condições normais de operação. Zona de ascensão Os flocos que não alcançam a zona de repouso seguem o movimento da água e aumentam a velocidade. 12

12 DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP) 13

13 SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL Decantadores!!! Fonte: EPUSP 14

14 15

15 Fonte: EPUSP 16

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17 18

18 Fonte: EPUSP 19

19 Fonte: EPUSP 20

20 Decantador Convencional ETA Iguaçu Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR) 21

21 Decantador Convencional ETA Iguaçu Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR) 22

22 DECANTADORES CONVENCIONAIS PARÂMETROS DE PROJETO Taxa de aplicação superficial: 20 a 60 m 3 /m 2 /dia (Em função das características de sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de coagulaçãofloculação) Altura do decantador: 3 a 5 metros. Relação Comprimento/Largura 4 2,5 < L/B < 10 4 < L/h < 25 Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/m/s Re (Verificação) Fr 10-5 TAS em função da vazão tratada na ETA (ABNT, 1992): Vazão tratada na ETA (m³/d) Até Até a > Até 40 TAS (m 3 m -2 d -1 ) Até 35 (bom nível operacional) Até 25 (outros casos) Tempo de detenção: 1,5 a 3 h (usual: 2 a 2,5 h) Valor prático: t = 2 horas 23

23 Projeto Operação TAS (m 3 /m 2.d) Instalações pequenas Precária t (h) 3-4 Nova tecnologia (Floculação) Boa ,5-2,5 Nova tecnologia (Floculação) Excelente ,5 2,5 Número de unidades Q < m 3 /d mínimo 2 unidades (limpeza) Q > m 3 /d critérios econômicos (terreno, forma, tamanho) 24

24 Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada q l 0,018. H. q q l =vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m) H=altura útil do decantador (m) q=taxa de aplicação superficial no decantador (m 3 /m 2 /dia) 25

25 Exercício: Dimensionamento de unidades Dados: Vazão: 1,0 m 3 /s de sedimentação Adota-se: Número de unidades de sedimentação: 04 Profundidade da lâmina líquida=4,5 m 26

26 Resposta: 12,0 m 9,0 m 1,0 m 2,0 m 47,0 m 27

27 Decantadores laminares, tubulares ou de altas taxas de escoamento superficial 28

28 Decantador convencional de fluxo horizontal Todas as partículas dotadas de v s >v e serão removidas, ao longo do comprimento L durante um determinado tempo T. H v eo v s L 29

29 Decantadores de andares e de fundo múltiplo Se for colocada uma bandeja a uma altura H menor que H 0, as partículas com v s < v e também poderiam ser removidas, além de se reduzir o tempo necessário para a remoção. H H/3 H/3 H/3 Vy Vy Vx Vx Vx Bandejas Problemas: Aumento da frequência de remoção do lodo Não apresentou eficiência esperada problema no regime do escoamento que interferia no processo de sedimentação (Re entre e Vy L/3 30

30 Decantador de fundo múltiplo Decantador de fundo múltiplo Fonte: Richter 31

31 Coagulante Floculacao Decantador Filtros a) ) 5 Descarga de água de lavagem Coagulante Floculacao Decantador Filtros b) ) 60 Descarga de água de lavagem 32

32 Decantador laminar ou de alta taxa 33

33 Decantadores laminares ou de altas taxas Lâminas planas paralelas Série de tubos: circulares, quadrados ou hexagonais Ângulo de inclinação (usualmente entre 50 a 60 ) 34

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35 Decantadores laminares Canal de Água Floculada Canal de Água Decantada Escoamento preferencial Descarga de Lodo Prof. Selma Cubas 38

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37 DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR 40

38 Decantador de Placas Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR) 41

39 Decantador de Placas 42

40 Decantador de Placas 43

41 Decantadores Laminares ETA CAPIVARI (SANASA) 46

42 Decantadores laminares 47

43 Decantadores laminares 48

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45 Bases teóricas para dimensionamento dos decantadores de altas taxas V cs,h v e V cs,v v cs... h v cs,v = v cs senθ v cs,h = v cs cosθ d Trajetória crítica v e v csv = l t v csh = d t t = l v ce v csv = d v csh l d = v ce v cs senθ v cs cosθ v cs = velocidade crítica de sedimentação v e = velocidade no sentido do escoamento l = comprimento das placas d = espaçamento entre as placas 51

46 Bases teóricas para dimensionamento dos decantadores de altas taxas Eficiência de um sistema de decantação tubular varia com sua configuração segundo um fator S: S c = constante crítica Placas planas S = 1 Placas onduladas S =1,3 Tubos circulares S = 4/3 Condutos quadrados S =11/8 = ângulo de inclinação das placas ou tubos A eficiência dos decantadores decresce à medida que se aumenta a inclinação além de 60 Obs. Manter Re <500 (preferencialmente manter Re<250) V cs Scve sen r cos Sendo r = l/d 52

47 Decantador convencional x de alta taxa Decantador convencional Escoamento horizontal TAS < 50 m 3 m -2 d -1 Tempo de residência (θ H ): 2-4 h Decantador de alta taxa Introdução de dutos/placas TAS 150 m 3 m -2 d -1 Tempo de residência (θ H ): <60min Área menor Remoção de lodo: Mecânica ou manual Frequência=f(conc. de sólidos), mas não pode ser longo demais para não solubilizar metais/impurezas 55

48 DECANTADORES LAMINARES PARÂMETROS DE PROJETO Velocidade de sedimentação: 20 a 60 m/dia (Em função das características do floco, definidas pelas etapas de coagulação e floculação) Ângulo das placas com a horizontal: 60 º Comprimento da placa: 0,6 a 1,2 metros Velocidade de escoamento entre as placas: 15 a 20 cm/min Espaçamento entre as placas: 4 a 8 cm Altura do decantador: 4 a 6 metros Relação Comprimento/Largura 2 Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 L/m/s 56

49 Referências Bibliográficas Richter, Carlos A Água Métodos e Tecnologia de Tratamento. São Paulo: Ed. Blucher. 59

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