ESCOLA POLITÉCNICA DA USPESCOLA POLITÉCNICA DA USPDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
HIDRÁULICA E SANITÁRIAHIDRÁULICA E SANITÁRIAPHD 5745 – PROCESSOS PHD 5745 – PROCESSOS
FÍSICO-QUÍMICOS IFÍSICO-QUÍMICOS I
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira FilhoProf. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
IntroduçãoIntrodução Mecanismos de transporteMecanismos de transporte Floculação PericinéticaFloculação Pericinética Floculação OrtocinéticaFloculação Ortocinética Floculação por Sedimentação Floculação por Sedimentação
DiferencialDiferencial
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Gradientes de VelocidadeGradientes de Velocidade Cinética de Floculação de Cinética de Floculação de
Suspensões ColoidaisSuspensões Coloidais Agregação e RupturaAgregação e Ruptura Concepção de Sistemas de Concepção de Sistemas de
Floculação Floculação
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Reatores em BateladaReatores em Batelada Reatores de Mistura Reatores de Mistura
Completa em SérieCompleta em Série Reator de Fluxo PistonadoReator de Fluxo Pistonado Obtenção das Constantes de Obtenção das Constantes de
Agregação e RupturaAgregação e Ruptura
TRATAMENTO CONVENCIONAL DE TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS ÁGUAS
DE ABASTECIMENTODE ABASTECIMENTO
Manancial
Coagulação Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH
Água Final
Age
nte
oxid
ante
CA
P
Coa
gula
nte
Alc
alin
izan
te
Age
nte
oxid
ante
Pol
ímer
o
Polímero Agente oxidante
Age
nte
oxid
ante
Flú
or
Alcalinizante
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
PROCESSO DE LODOS PROCESSO DE LODOS ATIVADOS CONVENCIONALATIVADOS CONVENCIONAL
Grade Caixa de areiaDecantador
PrimárioTanque deAeração
Decantador Secundário
Adensamento
Digestão
Secagem Lodo “Seco”
Rio
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS
NATURAIS NATURAIS
1 1 mm
1010-3-3 mm
Partículas Partículas coloidaiscoloidais
Partículas emPartículas emsuspensãosuspensão
Partículas Partículas dissolvidasdissolvidas
TurbidezTurbidez Cor aparenteCor aparente SSTSST
Cor realCor real SDTSDT Compostos Compostos dissolvidosdissolvidos 0,45 0,45
mm
Definição: É um processo físico Definição: É um processo físico no qual as partículas coloidais no qual as partículas coloidais são colocadas em contato umas são colocadas em contato umas com as outras, de modo a com as outras, de modo a permitir o aumento do seu permitir o aumento do seu tamanho físico, alterando, tamanho físico, alterando, desta forma, a sua distribuição desta forma, a sua distribuição granulométricagranulométrica
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Partículas Choques Agregação
Processo Físico(Transporte)
Estabilidade do Colóide(Coagulação)
FLOCULAÇÃO:OBJETIVO FLOCULAÇÃO:OBJETIVO
Diâmetro das partículas
Fre
qu
ênci
a re
lati
vaÁgua bruta
Água coaguladaÁgua floculada
Diâmetro crítico
dp > dc Partículas sedimentáveis
COALESCÊNCIA E COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Coalescência
Floculação
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE
•Floculação por Sedimentação DiferencialFloculação por Sedimentação Diferencial
Partículas coloidais com velocidades distintas Partículas coloidais com velocidades distintas podem chocar-se umas com as outras em um podem chocar-se umas com as outras em um elemento de volume.elemento de volume.
FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO PERICINÉTICAPERICINÉTICA
MOVIMENTO BROWNIANOMOVIMENTO BROWNIANO
ji
ji
ji
fpji nndd
ddTkN ..
...3
).(..2 2
),,(
ji
ji
fpji dd
ddTk
...3
).(..2 2
),,(
1,00E-12
1,00E-11
1,00E-10
1,00E-09
1,00E-08
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro da partícula i (um)
Fre
qu
ênci
a d
e C
olis
ões
(cm
3/s)
Freq.Col. (T=20 C) Freq.Col. (T=1 C) Freq.Col. (T=30 C)
Diâmetro da partícula j=1,0 umMassa Específica=1.020 Kg/m3
FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO PERICINÉTICAPERICINÉTICA
MOVIMENTO BROWNIANOMOVIMENTO BROWNIANO
ji
jifpji dd
ddTk
...3
).(..2 2
),,(
FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO PERICINÉTICAPERICINÉTICA
MOVIMENTO BROWNIANOMOVIMENTO BROWNIANO
1,00E-12
1,00E-11
1,00E-10
1,00E-09
1,00E-08
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro (um)
Fre
qu
ênci
a d
e C
olis
ões
(cm
3/s)
Freq.Col. (d=0,1 um) Freq.Col. (d=1,0 um) Freq.Col. (d=10,0 um)
Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3
ji
jifpji dd
ddTk
...3
).(..2 2
),,(
•Floculação Ortocinética (Gradientes de Floculação Ortocinética (Gradientes de Velocidade)Velocidade)
As partículas são colocadas em contato umas As partículas são colocadas em contato umas com as outras através do movimento do fluído com as outras através do movimento do fluído (Presença de gradientes de velocidade).(Presença de gradientes de velocidade).
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE
FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICAORTOCINÉTICA
GRADIENTES DE GRADIENTES DE VELOCIDADEVELOCIDADE
jijifoji nndzdv
ddN ...).(61 3
),,(
dzdv
dd jifoji .).(61 3
),,(
FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICAORTOCINÉTICA
GRADIENTES DE GRADIENTES DE VELOCIDADEVELOCIDADE
1,00E-09
1,00E-08
1,00E-07
1,00E-06
1,00E-05
1,00E-04
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro i (um)
Fre
qu
ênci
a d
e C
olis
ões
(cm
3/s)
Freq.Col. (G=10 s-1) Freq.Col. (G=50 s-1) Freq.Col. (G=80 s-1)
Diâmetro da partícula j=10,0 umMassa Específica=1.020 Kg/m3
dz
dvdd jifoji .).(
6
1 3),,(
FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICAORTOCINÉTICA
GRADIENTES DE GRADIENTES DE VELOCIDADEVELOCIDADE
1,00E-14
1,00E-13
1,00E-12
1,00E-11
1,00E-10
1,00E-09
1,00E-08
1,00E-07
1,00E-06
1,00E-05
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro (um)
Fre
qu
ênci
a d
e C
olis
ões
(cm
3/s)
Freq.Col. (d=0,1 um) Freq.Col. (d=1,0 um) Freq.Col. (d=10,0 um)
Gradiente de velocidade:50 s-1Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3
dz
dvdd jifoji .).(
6
1 3),,(
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE
•Floculação Pericinética (Movimento Floculação Pericinética (Movimento Browniano)Browniano)
As partículas coloidais apresentam um As partículas coloidais apresentam um movimento aleatório devido ao seu contínuo movimento aleatório devido ao seu contínuo bombardeamento pelas moléculas de água. A bombardeamento pelas moléculas de água. A energia propulsora da floculação pericinética é energia propulsora da floculação pericinética é a energia térmica do fluído.a energia térmica do fluído.
FLOCULAÇÃO POR FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO
DIFERENCIALDIFERENCIAL
..72
...)).(.(. 3
),,(
f
jijijifp
sdji
nnddddgN
..72
.)).(.(. 3
),,(
f
jijifp
sdji
ddddg
FLOCULAÇÃO POR FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO
DIFERENCIALDIFERENCIAL
1,00E-11
1,00E-10
1,00E-09
1,00E-08
1,00E-07
1,00E-06
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro da partícula j (um)
Fre
qu
ênci
a d
e C
olis
ões
(cm
3/s)
Freq.Col. (M.E=2.750 Kg/m3) Freq.Col. (M.E=1.800 Kg/m3) Freq.Col. (M.E=1.020 Kg/m3)
Diâmetro da partícula i=10,0 umTemperatura=20 C
..72
.)).(.(. 3
),,(f
jijifpsdji
ddddg
FLOCULAÇÃO POR FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO
DIFERENCIALDIFERENCIAL
..72
.)).(.(. 3
),,(f
jijifpsdji
ddddg
1,00E-19
1,00E-18
1,00E-17
1,00E-16
1,00E-15
1,00E-14
1,00E-13
1,00E-12
1,00E-11
1,00E-10
1,00E-09
1,00E-08
1,00E-07
1,00E-06
1,00E-05
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro (um)
Fre
qu
ênci
a d
e C
olis
ões
(cm
3/s)
Freq.Col. (d=0,1 um) Freq.Col. (d=1,0 um) Freq.Col. (d=10,0 um)
Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE MECANISMOS DE
TRANSPORTETRANSPORTE
1,00E-19
1,00E-17
1,00E-15
1,00E-13
1,00E-11
1,00E-09
1,00E-07
1,00E-05
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro da partícula (um)
Fre
qu
ênci
a d
e co
lisõ
es (
cm3/
s)
Freq.Col. (Floc. Ort) Freq.Col. (Sed. Dif.) Freq.Col. (Floc Peric) Freq. Total
Diâmetro da partícula:0,1 umGradiente de velocidade:50 s-1Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE MECANISMOS DE
TRANSPORTETRANSPORTE
1,00E-15
1,00E-13
1,00E-11
1,00E-09
1,00E-07
1,00E-05
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro da partícula (um)
Fre
qu
ênci
a d
e co
lisõ
es (
cm3/
s)
Freq.Col. (Floc. Ort) Freq.Col. (Sed. Dif.) Freq.Col. (Floc Peric) Freq. Total
Diâmetro da partícula:1,0 umGradiente de velocidade:50 s-1Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE MECANISMOS DE
TRANSPORTETRANSPORTE
1,00E-12
1,00E-10
1,00E-08
1,00E-06
1,00E-04
0,01 0,1 1 10 100
Diâmetro da partícula (um)
Fre
qu
ênci
a d
e co
lisõ
es (
cm3/
s)
Freq.Col. (Floc. Ort) Freq.Col. (Sed. Dif.) Freq.Col. (Floc Peric) Freq. Total
Diâmetro da partícula:20,0 umGradiente de velocidade:50 s-1Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3
CONCEITO: GRADIENTE DE CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE
vdFdPot
.
vdAdydydv
vdAdPot
.....
dydydv
dAdPot
...
dzdydxdydv
dPot
....
dzdydxdydv
dydv
dPot
.....
dydydv
v .
dx
dy
dzv
dzdydxdydv
dydv
dPot
.....
dzdydxdydv
dPot
....2
dydv
G
dzdydxGdPot
.... 2
ol
ot
VP
G.
CONCEITO: GRADIENTE DE CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE
dydydv
v .
dx
dy
dzv
dydv
Gol
ot
VP
G.
G=Gradiente de velocidade (s-1)
holol
otH
VHQ
VP
G
.
....
.
LHV
VHAV
VHQ
Golol
.
...
......
CONCEITO: GRADIENTE DE CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE
dydydv
v .
dx
dydz
v
PROCESSO DE PROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Floculadores hidráulicosFloculadores hidráulicos
•Floculadores hidráulicos de fluxo horizontalFloculadores hidráulicos de fluxo horizontal•Floculadores hidráulicos de fluxo verticalFloculadores hidráulicos de fluxo vertical•Floculador AlabamaFloculador Alabama•Floculadores em meio porosoFloculadores em meio poroso
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES FLOCULADORES HIDRÁULICOSHIDRÁULICOS
Processo de FloculaçãoProcesso de FloculaçãoFloculadores HidráulicosFloculadores Hidráulicos
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES FLOCULADORES HIDRÁULICOSHIDRÁULICOS
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA DUARTINA (SABESP)ETA DUARTINA (SABESP)FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTALHORIZONTAL
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA DUARTINA (SABESP)ETA DUARTINA (SABESP)FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTALHORIZONTAL
ETA SANTA ISABEL ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTALHORIZONTAL
ETA SANTA ISABEL ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTALHORIZONTAL
ETA SANTA ISABEL ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTALHORIZONTAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO
VERTICALVERTICAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO
VERTICALVERTICAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO
VERTICALVERTICAL
ETA ALDEIA DA SERRAETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMAFLOCULADOR ALABAMA
ETA ALDEIA DA SERRAETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMAFLOCULADOR ALABAMA
ETA ALDEIA DA SERRAETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMAFLOCULADOR ALABAMA
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES ALABAMAFLOCULADORES ALABAMA
PROCESSO DE PROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Dispositivos mecânicosDispositivos mecânicos
•Agitadores de fluxo radialAgitadores de fluxo radial•Agitadores de fluxo axialAgitadores de fluxo axial•Agitadores de fluxo radial e axialAgitadores de fluxo radial e axial
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃOESCOAMENTO AXIAL E ESCOAMENTO AXIAL E
RADIALRADIAL
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E ESCOAMENTO AXIAL E
RADIALRADIAL
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA
Sistemas de floculação
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA
Sistemas de floculação !!!
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
Sistemas de floculação
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
Agitadores de fluxo radialvFP
aot.
2
... 2vACF pd
a
2
... 3vACP pd
ot
Agitadores de fluxo axial
53 ... DnKPTot
Fa=força de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=área projetadan=rotação (rps)D=diâmetro do rotor (m)P=Potência (W)
CÁLCULO DO GRADIENTE DE CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE
Agitadores de fluxo axial53 ... DnKP
Tot
Fa=força de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=área projetadan=rotação (rps)D=diâmetro do rotor (m)P=Potência (W)
ol
ot
VP
G.
Tipo de rotor Valor de KT
Hélice propulsora marítima (3 hélices)
0,87
Turbina (seis palhetas retas) 5,75
Turbina (seis palhetas curvas) 4,80
Turbina com quatro palhetas inclinadas a 450
1,27
Turbina com quatro palhetas inclinadas a 320
1,0 a 1,2
Turbina com seis palhetas inclinadas a 450
1,63
CÁLCULO DO GRADIENTE DE CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL ESCOAMENTO RADIAL
5,55 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL ESCOAMENTO RADIAL
0,25,1 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL ESCOAMENTO AXIAL
8,05,0 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL ESCOAMENTO AXIAL
3,12,1 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL ESCOAMENTO AXIAL
4,03,0 aKT
MODELAÇÃO MATEMÁTICA MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE DO PROCESSO DE
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Agregação
Ruptura
MODELAÇÃO MATEMÁTICA MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE DO PROCESSO DE
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Agregação
nGkdtdn
a ..
Constante de agregaçãoka=1.10-5 a 5.10-4
MODELAÇÃO MATEMÁTICA MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE DO PROCESSO DE
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
02 .. nGk
dtdn
b
Constante de rupturakb=1.10-6 a 1.10-8 s
Ruptura
MODELAÇÃO MATEMÁTICA MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE DO PROCESSO DE
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Agregação
Ruptura
02 .... nGknGk
dtdn
ba
MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO
REATOR EM BATELADAREATOR EM BATELADA
02 .... nGknGk
dtdn
ba
Vdtdn
nQtn
VQn .... 000
tGKaeGKK
GKKn
n
a
b
a
b ..
0
..1.
1
Q(t), Ce(t)
V0
V(t)
MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO
REATOR DE MISTURA REATOR DE MISTURA COMPLETACOMPLETA
02 .... nGknGk
dtdn
ba
Qe(t), Ce(t)
V0
Qs(t), C(t)
C(t)
..1
..12
0
GK
GKnn
b
a
dtdnnn
tn
0
MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO - PROCESSO DE FLOCULAÇÃO -
REATORES DE MISTURA COMPLETA REATORES DE MISTURA COMPLETA EM SÉRIEEM SÉRIE
02 .... nGknGk
dtdn
ba
1 2 3 n
Q,C0
C1 C2 C3 Cn
Q,C1 Q,C2Q,C3 Q,C n-1
Q,Cn
1
0
2
0
)..1(...1
)..1(m
i
iiaib
mia
GKGK
GKnn
MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOREATOR PISTONADO IDEALREATOR PISTONADO IDEAL
02 .... nGknGk
dtdn
ba
L
dx
dy
dz
Q,C0 Q,C
v cc
xdx, .
v c,
dtdn
xn
vtn
.0
..
0
..1.
1
GKaeGKK
GKKn
n
a
b
a
b
COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO
REATOR EM BATELADAREATOR EM BATELADA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50 60
Tempo (minutos)
N0/
N
no/n - (G=20 s-1)
no/n - (G=50 s-1)
no/n - (G=80 s-1)
ka=5.10-5
kb=1.10-7 s
COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO
REATOR EM BATELADAREATOR EM BATELADA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 10 20 30 40 50 60
Tempo de Floculação (minutos)
no
/n
no/n (Kb=2.10-7)
no/n (Kb=5.10-7)
no/n (Kb=8.10-7)
no/n (Kb=1.10-6)Gradiente de velocidade=30 s-1
Constante de agregação=1.10-4
COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO
REATOR EM BATELADAREATOR EM BATELADA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Gradiente de Velocidade (s-1)
no
/n
no/n (T=10 min)
no/n (T=20 min)
no/n (T=30 min)
no/n (T=45 min)
no/n (T=60 min)
Ka=5*10-5
Kb=1*10-7 s
COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOCOMPORTAMENTO ENTRE COMPORTAMENTO ENTRE
REATORESREATORES
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Tempo de floculação (min)
N0/
N
N0/N - Reator de Mistura Completa
N0/N - Reator Pistonado Ideal
Gradiente de velocidade=50 s-1
Ka=5.10-5
Kb=1.10-7 s
COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOCOMPORTAMENTO ENTRE COMPORTAMENTO ENTRE
REATORESREATORES
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Número de Reatores em Série
N0/
N
N0/N - Reator de mistura completa - (G=20 s-1) No/N - Reator de mistura completa - (G=50 s-1)
N0/N - Reator de mistura completa - (G=80 s-1) N0/N - Reator pistonado ideal - (G=20 s-1)
N0/N - Reator pistonado ideal - (G=50 s-1) N0/N - Reator pistonado ideal - (G=80 s-1)
Tempo de floculação=30 min
Ka=5*10-5
Kb=1*10-7 s
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DO GRADIENTE DE EFEITO DO GRADIENTE DE
VELOCIDADE VELOCIDADE
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tempo de floculação (min)
T/T
0
G = 20 s-1
G = 30 s-1
G = 40 s-1
G = 60 s-1
G = 80 s-1
G = 100 s-1
Dosagem de coagulante: 20 mg/lVelocidade de sedimentação: 54 m/diaTurbidez da água bruta:50,3 UNT
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DO GRADIENTE DE EFEITO DO GRADIENTE DE
VELOCIDADE VELOCIDADE
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tempo de floculação (min)
T/T
0
G = 20 s-1
G = 30 s-1
G = 40 s-1
G = 60 s-1
G = 80 s-1
G = 100 s-1
Dosagem de coagulante: 20 mg/lVelocidade de sedimentação: 27 m/diaTurbidez da água bruta:50,3 UNT
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DA DOSAGEM DE EFEITO DA DOSAGEM DE
COAGULANTE COAGULANTE
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tempo de floculação (min)
T/T
0
0,81mg/l
1,62 mg/l
2,43 mg/l
3,34 mg/l
4,86 mg/l
6,49 mg/l
Gradiente de velocidade: 30 s-1
Velocidade de sedimentação: 54 m/diaTurbidez da água bruta:50 UNT
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DA DOSAGEM DE EFEITO DA DOSAGEM DE
COAGULANTE COAGULANTE
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tempo de floculação (min)
T/T
0
0,81mg/l
1,62 mg/l
2,43 mg/l
3,34 mg/l
4,86 mg/l
6,49 mg/l
Gradiente de velocidade: 30 s-1
Velocidade de sedimentação: 54 m/diaTurbidez da água bruta:15 UNT
DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO FLOCULAÇÃO E FLOCULAÇÃO E
SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00
pH
R em oção de Turb idez (% ) para acidez -2 ,00%
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
Fe
+3
(mg/
l)
78.0054.55 39.3933.3351.52 39.39 39.39
76.0077.78 50.0074.0063.8966.67 58.33 63.89
80.56 80.56 69.44 72.2261.11 63.89 74.0056.00 72.00
73.53 76.47 79.41 80.8870.5967.6570.59 67.65 55.88
75.00 72.22 72.2275.0070.59 67.65 67.65
82.35 79.41 85.29 79.41 76.4773.53 73.53
53.13 62.50 68.75 82.8175.0075.0069.70 66.67 60.61
54.55 78.79 78.7978.7981.8278.7971.2175.76 72.73
75.68 64.86 67.5783.7886.4983.7870.5970.59 67.65
11.76 47.06 61.76 64.7170.5982.35 70.5970.59 67.65
5.00 6.00 7.00 8.00 9.00
pH
R em oção de Turbidez (% ) para acidez +1,20%
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
Fe
+3
(mg/
l)
40.00 46.67 26.67 66.67 26 .67 33.33 23 .33
53 .70 48.15 60.00 44.44 60 .00
53.57 64.29 67 .86 48.00 32 .00 48.00 48.28
75.00 77.78 72.2280.56 75.00 77.78
59 .38 62.50 65.63 66.67 63.33 46.6743.33
41 .18 61.76 67.65 70.59 61 .76
41.94 51.61 67.74 62 .90 58.62 67.6562.50 38 .71
10.71 42.86 67.86 67.86 73 .53 73.21 71 .88 60.71
63.33 66 .67 76 .67 70 .59 68 .97 56.67 60 .00 33 .33
68.75 71.88 71.88 68 .97 70.00 66 .67 36.67
52 .94 70.5976.47 67 .65 65.6361.76 68.75 12 .50
26.67 53.33 73.33 70.0068 .33
UNIDADES DE UNIDADES DE FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
DIMENSIONAMENTODIMENSIONAMENTO Gradientes de velocidade situados entre Gradientes de velocidade situados entre
80 s 80 s-1-1 e 20 s e 20 s-1-1
Gradientes de velocidade escalonados e Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusantedecrescentes de montante para jusante
03 a 05 câmaras de floculação em série03 a 05 câmaras de floculação em série Tempo de detenção hidráulico situado Tempo de detenção hidráulico situado
entre 20 e 40 minutos (Tratamento entre 20 e 40 minutos (Tratamento convencional)convencional)
Muito Muito Obrigado !!!Obrigado !!!