UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA FACULDADE DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Prof. Luiza Girard
Este material material de apoio apo io é destinado exclusivamente aos alunos da disciplina, disciplina, não devendo ser distribuído e publicado.
SEDIMENTAÇÃO A sedimentação é uma operação que consiste na separação dos sólidos em suspensão do meio líquido pela ação da força da gravidade. É um dos processos mais antigos e mais utilizados no tratamento de água, esgotos e resíduos industriais (JORDÃO,1995). As teorias de sedimentação elaboradas por vários vá rios pesquisadores, entre os quais STOKES (1911), HAZEN (1904) e CAMP (1946), são válidas somente para partículas discretas, em condições ideais de escoamento. No entanto, são de grande importância para o entendimento de todo o processo de sedimentação (CANELAS,1983). As partículas presentes na água bruta podem ser di vididas em duas classes (CANELAS,1983), a saber: Partículas discretas, que são aquelas que mantêm sua individualidade, não mudando de tamanho, forma e massa específica durante o processo de sedimentação; Partículas floculentas, que são aquelas que se aglomeram durante a sedimentação, com conseqüente mudança de tamanho, forma e velocidade de sedimentação.
1 – Tipos de sedimendação De acordo com as classes das partículas e sua respectiva concentração no meio líquido, quatro tipos de sedimentação podem ocorrer (METCALF & EDDY, 1991; AWWA, 1990): Sedimentação de partículas discretas (Tipo I): Ocorrem em suspensões com baixa concentração de sólidos, onde não há interação e floculação entre as partículas. Ocorrem em caixas de areia de ETE’s e em unidades de pré
sedimentação de ETA’s.
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Sedimentação de partículas floculentas (Tipo II): diz respeito a suspensões de partículas que floculam durante a sedimentação, com consequente aumento de massa e sedimentando com maior velocidade. Ocorre em decantadores de ETA’s e decantadores primários de ETE’s.
Sedimentação em zona (Tipo III): à medida que a concentração de sólidos sólidos vai aumentando, ultrapassando um limite hipotético para a sedimentação tipo II, as partículas ficam cada vez mais próximas uma das outras. Assim, as partículas são induzidas a sedimentarem juntas, como um bloco, possibilitando a formação de uma interface sólido-líquido. Ocorre em decantadores secundários de ETE’s e em adensadores por gravidade.
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Sedimentação por compressão (Tipo IV): quando a concentração de sólidos em suspensão é ainda mais elevada que na sedimentação tipo III, as partículas podem estabelecer pontos de contato entre sí, viabilizando a transmissão de forças mecânicas. As camadas inferiores passam a ser compactadas pelo peso das camadas superiores. Ocorre no fundo dos decantadores secundários de ETE’s e em adensadores por gravidade.
A Figura apresenta as relações entre os tipos de sedimentação, concentração e classes de sólidos. sólidos. 3
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Baixa % de sólidos
Tipo I (clarificação)
Tipo II (clarificação)
Tipo III (sed. zona)
Tipo IV (compressão) (compressão)
Alta % de sólidos Partículas discretas
Partículas floculentas
Relação entre os processos de sedimentação, concentração e natureza dos sólidos (WPCF,1985). Normalmente, durante o processo de sedimentação ocorrem mais de um mecanismo ao mesmo tempo.
2 – Usos em ETA’s A sedimentação pode ser aplicada aplica da no tratamento de água para remoção de areia (caixas de areia), para remoção de partículas sedimentáveis finas (unidades de pré- sedimentação – normalmente utilizadas quando a turbidez das águas é muito elevada). As águas naturais contêm normalmente materiais finamente divididos, no estado coloidal ou em solução, que não podem ser removidos por sedimentação simples, sendo necessária a adição de um coagulante para desestabilizar as partículas e permitir a formação de aglomerados ou flocos que sedimentem com maior facilidade. A sedimentação com coagulação prévia é um processo pro cesso utilizado na maioria das estações de tratamento, visando reduzir a carga de sólidos aplicada aos filtros.
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A sedimentação de partículas floculentas é freqüentemente chamada de decantação, e as unidades onde se realiza o processo, de tanques de decantação ou simplesmente decantadores.
3 – Projeto A determinação das velocidades de sedimentação que devem ser utilizadas para o dimensionamento dos decantadores deve ser determinada em ensaios de laboratório, devendo de acordo com a NBR 12216 ser multiplicada por um fator que varia de acordo com a capacidade da estação. No entanto esta mesma norma estabelece, que caso não seja possível a realização de ensaios de laboratório as taxas de aplicação devem obedecer aos valores de: 25 m3/m2.dia para ETAs até 1000 m3/dia 25 a 35 m3/m2.dia para ETAs de 1000 a 10000 m 3/dia 40 m3/m2.dia para ETAs com capacidade superiores a 10000 m 3/dia.
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V s q ► q é função somente da geometria do decantador, portanto, é um parâmetro
de projeto. ► Vs é uma propriedade da partícula, podendo esta ser manipulada mediante a operação dos processos de coagulação-floculação
Ensaios de Sedimentação de Partículas Floculentas: as características de sedimentação de uma determinada suspensão de partículas floculentas só podem ser determinadas através de ensaios de sedimentação. ho Dh1 Dh2 Dh3
Dh4
Remoção (%) p/ t2
R1 R 2 R R3 R3 R 4 R 4 R5 . Dh2 . Dh1 2 . Dh3 . . Dh4 h5 2 2 2 2 1
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4 – Tipos de Decantadores De acordo com Vianna (2002), dois tipos de decantadores são os mais utilizados no Brasil: decantadores clássicos ou convencionais; decantadores tubulares ou alta taxa.
4.1 - Decantador Decanta dor clássico de d e escoamento horizontal hori zontal a) Decantadores horizontais convencionais È o tipo mais comum de decantador encontrado no Brasil. Nestas unidades a água floculada é distribuída em toda a seção transversal retangular através de uma cortina distribuidora, para então percorrer toda a extensão do decantador com velocidade muita baixa baixa até atingir a zona zona de saída onde a água é recolhida através de calhas coletoras ou canalizações perfuradas. Podem ser mecanizados (com remoção mecânica do lodo) ou não mecanizados
C
PLANTA
Q
Zona de entrada
Q
Zona de saída
Zona de lodo
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L 7
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SEÇÃO
O número mínimo desejável de decantadores é igual a dois para que a ETA não seja paralisada por ocasião da limpeza do lodo acumulado ou manutenção. A limpeza dos decantadores pode ser manual ou mecanizada. Os decantadores não mecanizados devem ser providos de descarga de fundo de modo que o seu esvaziamento seja realizado em intervalos menores do que seis horas. O fundo deve ter declividade mínima de 5% em direção a descarga. Neste decantador deve ser prevista uma altura adicional para acúmulo de lodo. Nos decantadores com limpeza automática, com raspadores mecânicos, deve ser previsto um poço de descarga em forma de tronco de pirâmide ou cone invertido, sendo a descarga localizada na extremidade inferior. A velocidade máxima do raspador deve ser de 0,30 m/min. A descarga deve ser automática e sincronizada com o movimento do raspador. ` MOTOR
DESCARGA
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a) Decantador tubular: Nestas unidades a água floculada é introduzida na parte inferior, sob as bandejas ou placas. A água decantada sai na parte de cima do decantador após haver escoado sob as placas, sendo coletada por calhas na sua superfície.
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Em algumas situações, que se faz necessário ampliar a capacidade de tratamento da ETAs, cujos decantadores são clássicos, em que não há interesse ou possibilidade de se construir novos decantadores, eles podem ser convertidos 10
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em decantadores tubulares, pela instalação de módulos tubulares. Com isso, muitas vezes é possível dobrar sua vazão tratada. Os módulos podem ser plásticos, placas de fibrocimento ou PVC superpostas, telhas onduladas superpostas, e outros, devendo ser dispostos de modo a formarem um ângulo com a horizontal superior a 50 o. Essa inclinação assegura a auto limpeza módulos, ou seja, a medida que os flocos vão sedimentando tornam-se maiores e adquirem peso para se soltarem dos módulos até o poço de lodo. Tipos de módulos Tubulares.
*Figuras – Marcos Rocha Vianna, 2002 11
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De acordo com Azevedo Neto, as taxas de aplicação estão compreendidas entre 180 a 240 m3/m2.dia. Isto corresponde a aproximadamente 5 vezes as taxas adotadas em decantadores convencionais.
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