Saneamento Ambiental I Aula 14 Sedimentação e …heloise.dhs/saneamento ambiental I/Aula_14... ·...

Saneamento Ambiental I

1

Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental

Aula 14 – Sedimentação e Decantação

Profª Heloise G. Knapik

2

• Parâmetros de qualidade de água - Potabilização

• Coagulação e Floculação

• Sedimentação e Decantação

• Flotação

• Filtração

• Desinfecção

• Reuso de água

Conteúdo – Módulo 2

Etapas Tratamento Convencional de Água

Manancial

Coagulação

Floculação

Sedimentação

Filtração

Desinfecção

Fluoretação

Correção de pH

Água final

Agente oxidante

CAP (Carvão ativado em pó)

Coagulante Alcalinizante Agente oxidante

Polímero

Polímero / Agente oxidante

Agente oxidante

Flúor

Alcalinizante

4

Etapas do Tratamento Convencional

Coagulação:

• Adição de coagulante para desestabilizar as partículas (mistura rápida na água bruta)

Floculação:

• Formação de flocos (mistura lenta em tanques específicos)

Decantação:

•Remoção dos flocos via força da gravidade (processo lento)

Flotação:

•Remoção superficial dos flocos (processo com aeração forçada)

5

• Introdução

• Lei de Newton

• Lei de Stokes

• Classificação dos processos

• Sedimentação Discreta (Tipo I)

• Sedimentação Floculenta (Tipo II)

• Tipos de Decantadores – Parâmetros de projeto e dimensionamento

• Decantadores convencionais de fluxo horizontal

• Decantadores laminares

• Exercício – Dimensionamento de decantadores convencionais e laminares

Roteiro Aula de Hoje

6

Coagulação – ETA Miringuava, PR

7

Tanques de Floculação – ETA Miringuava, PR

8

Tanques de Sedimentação – ETA Miringuava, PR

9

Lodo resultante – ETA Miringuava, PR

10

Tanques de Sedimentação

11

Tanques de Sedimentação

12

Sedimentação - Definição

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

Peso

Empuxo Força de arraste

13

Velocidade de Sedimentação

Peso


0yF

gVgmP ppp ...

gVE p ..

2

... 2VACF

pd

a

EFP a

14


Peso


EFP a

ppp

pdVgVg

VAC....

2

... 2

d

pp

C

gVV

.

.)..(2

15


Peso


d

pp

SC

dgV

..3

.)..(4

6

. 3

p

p

dV

Volume esfera

Se a partícula é uma esfera de diâmetro d:

16


Peso


d

pp

SC

dgV

..3

.)..(4

..

.2424

pSe

ddVR

C

.18

)..( 2

pp

S

dgV

Lei de Newton

Lei de Stokes

17


Peso


Lei de Newton

Lei de Stokes Esc. Laminar (Re ≤1)

Esc. Transição e turbulento (Re >1)

𝑉𝑠 = 𝑓(𝑔, 𝜌𝑃, 𝜌, 𝑑𝑃, 𝐶𝑑)

𝑉𝑠 = 𝑓(𝑔, 𝜌𝑃, 𝜌, 𝑑𝑃, 𝜇)

18

Sedimentação – Classificação dos Processos

• Sedimentação discreta (Tipo 1)

• Sedimentação floculenta (Tipo 2)

• Sedimentação em zona (Tipo 3)

• Sedimentação por compressão (Tipo 4)

19

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Sedimentação discreta: As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas

20

Sedimentação Discreta (Tipo I) - Equacionamento

B

H

L

1

2

VL

Vs

Velocidades de interesse: VL: velocidade média longitudinal de escoamento VS: velocidade de sedimentação da partícula

21


B

H

L

1

2

VL

Vs

Considerando Q a vazão afluente, a velocidade na seção transversal será:

HB

QVL

.

22


B

H

L

1

2

VL

Vs

Sendo T1 o tempo que a partícula percorrerá toda a extensão (L), então:

1T

LVL

LV

LT 1

23


B

H

L

1

2

VL

Vs

Sendo T2 o tempo que a partícula percorrerá toda a altura (atingirá o fundo):

SV

HT 2

24


B

H

L

1

2

VL

Vs

Para atingir simultaneamente o fundo no comprimento total (partícula crítica)

21 TT SL V

H

V

L

HB

QVL

.

25


B

H

L

1

2

Vh

Vs

s

SA

Q

LB

QV

.sA

QTAS Taxa de aplicação superficial

Partículas com Vs superiores a TAS serão removidas

durante o processo de sedimentação gravitacional

26

Sedimentação Discreta (Tipo I) – Análise Matemática

TAS é função somente da geometria do decantador, portanto, é um parâmetro de projeto.

Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)

TAS=taxa de aplicação superficial(m3/m2.dia)

𝑉𝑆 =𝑄

𝐴𝑆= 𝑇𝐴𝑆

Vs é uma propriedade da partícula, podendo esta ser manipulada mediante a operação dos processos de coagulação-floculação

27

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão física da partícula permanece inalterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional, o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.

B

H

L

1

2

VL

Vs

28

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

Sedimentação floculenta: a velocidade de sedimentação das partículas não é mais constante, uma vez que as mesmas agregam-se ao longo do processo de sedimentação.

Com o aumento do diâmetro das partículas há, conseqüentemente, o aumento de sua velocidade de sedimentação ao longo da altura.

29

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

B

H

L

1

2

VL

Vs

Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.

30

Tipos de Decantadores

Decantador convencional Decantador de fluxo laminar

31

Decantador Convencional

32


33

Decantador Convencional Horizontal

• Ocupa aprox. 60 a 70% da área da estação de tratamento

• Eficiência: variável em função das zonas de entrada e de coleta

• 10% do comprimento será a zona de entrada

• Definida a forma do decantador = a área é determinada pela TAS ou Vs

34

Decantador Convencional – Parâmetros de Projeto

• Taxa de escoamento superficial: Função das características de sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de coagulação-floculação

• Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0 metros.

• Relação Comprimento/Largura = 3 a 4

Objetivo de Remoção TAS (m³/m².dia)

Turbidez 32 a 48

Cor Verdadeira e Compostos Orgânicos

24 a 40

Algas 20 a 32

35


TAS em função da vazão tratada na ETA (ABNT, 1992)

Vazão tratada na ETA Taxa de aplicação superficial (TAS)

Até 1.000 m³/dia Até 25 m³/m².dia

Entre 1.000 e 10.000 m³/dia Até 35 m³/m².dia quando se tem um bom nível operacional, caso contrário recomenda-se TAS de até 25 m³/m².dia

Mais de 10.000 m³/dia Até 40 m³/m².dia

36


37

Decantador de Fluxo Laminar – Parâmetros de Projeto

• Velocidade de sedimentação: 20 m3/m2.dia a 60 m3/m2.dia (Função das características do floco, definidas pelas etapas de coagulação e floculação)

• Ângulo das placas com a horizontal: 60º

• Comprimento da placa: 0,6 metros a 1,2 metros

• Velocidade de escoamento entre as placas: 15 cm/min a 20 cm/min

• Espessura entre as placas: 4 cm a 8 cm

• Altura do decantador: 4,0 metros a 6,0 metros.

• Relação Comprimento/Largura = 2

• Taxa de escoamento linear (vertedor) = 1,8 l/m/s

38

Decantador de Fluxo Laminar – Parâmetros de Projeto

39

Decantador Convencional X Decantador de Fluxo Laminar

senLsenA

SQV

p

cs

cos...

.

S

sA

QVTAS

senLsen

Sqq cL

c

cos..

.

cc

L

S

senLsen

q

q

cos..

•Sc=1 (Placas planas)

•Sc=4/3 (Tubos circulares)

•Sc=11/8 (Tubos quadrados)


Decantador Laminar

40

1 - Exemplo Dimensionamento

Dimensionar um decantador convencional para vazão de 30 L/s, considerando uma taxa de aplicação superficial (TAS) de 24 m³/m².dia e um tempo de detenção de 3 horas.

41

2 - Exemplo Dimensionamento

Uma ETA que tem bom nível operacional e que trata 180 L/s possui dois decantadores, cada um com 8 m de largura e 30 m de comprimento. Com base nestes dados, calcular a TAS dos decantadores e verificar se o valor encontrado atende ao recomendado pela ABNT (1992).

42

Sedimentação – Problemas “reais”

Não ocorre a sedimentação discreta (Tipo 1):

- Formação de flocos irregulares

- Correntes convectivas causadas por insolação: parcelas de água com diferentes densidades

- Efeito de curto-circuito: zonas de estagnação

- Ocorrência de ventos: mistura

Eficiência pode ser aumentada adicionando-se argila ou recirculando as partículas já sedimentadas

43

Remoção do Lodo

Produção de lodo é função de:

- Natureza físico-química da água bruta

- Eficiência hidráulica das unidades de processo

- Tipo e dose de coagulante aplicado

60 a 95% do lodo gerado é acumulado nos

tanques de decantação

44

Remoção do Lodo

Processo de remoção do lodo:

- Contínuo (para grandes instalações)

- Intermitente

Ex.: Tanques horizontais de limpeza manual podem ter o lodo acumulado por 2-3 meses ou mais

45

Remoção do Lodo

Aspectos qualitativos do lodo:

- Aspecto gelatinoso, com maior concentração de sólidos suspensos (75 a 90%) do que sólidos voláteis (20 a 35%)

- Concentração de sólidos totais entre 1.000 e 4.000 mg/L

- pH próximo da neutralidade

Águas com elevada turbidez são mais fáceis de tratar – exigem menores doses de coagulantes, e, portanto, o lodo

apresenta uma maior compatibilidade (critério para o dimensionamento ou seleção do sistema de adensamento)

46

Remoção do Lodo

Dispositivos de remoção do lodo:

- Manual (para situações com pequena produtividade de lodo ou pequenas instalações)

- Mecanizada (para grande geração de lodo ou formado por matéria facilmente putrescível)

Deve-se realizar a descarga e limpeza dos tanques pelo menos de 1 a 2 vezes por ano (proliferação de

microrganismos)

47

Remoção do Lodo


- Manual :

Previsão de um altura extra de 1 a 1,2 m no fundo do tanque, com inclinação lateral e longitudinal

48

Remoção do Lodo


- Mecanizado :

Tanque circular: lâminas raspadoras rotativas

Tanque retangular: lâminas raspadoras em pontes rolantes ou correntes submersas

49

Etapas do Tratamento Convencional

Coagulação:

• Adição de coagulante para desestabilizar as partículas (mistura rápida na água bruta) – 1 a 5 minutos

Floculação:

• Formação de flocos (mistura lenta em tanques específicos) – 20 a 30 minutos (hidráulico) ou 30 a 40 minutos (mecânico)

Decantação:

• Remoção dos flocos via força da gravidade (processo lento) – 2 a 4 horas (TAS de até 50 m³/m².dia)

Flotação:

• Remoção superficial dos flocos (processo com aeração forçada) – 5 a 20 minutos (TAS de 120 a 300 m³/m².dia)

Saneamento Ambiental I Aula 14 Sedimentação e …heloise.dhs/saneamento ambiental I/Aula_14... ·...

Documents

Transcript of Saneamento Ambiental I Aula 14 Sedimentação e …heloise.dhs/saneamento ambiental I/Aula_14... ·...