OPERAÇÕES UNITARIAS EM MEIO AMBIENTE

COAGULAÇÂO FLOCULAÇÃO E DECANTAÇÃOPROFESSOR

LUIZ ALBERTO CESAR TEIXEIRA

APRESENTADO PORJAVIER BASURCO CAYLLAHUA

A presença de partículas coloidais é observada em diversos sistemas de origem natural ou individual, essas partículas podem apresentar-se como dispersões estáveis ou formar agregados de tamanhos variados

Há três alternativas principais para o processo de agregação de partículas coloidais

a) Coagulaçãob) Floculaçãoc) Aglomeração

INTRODUÇÃO

COAGULAÇÃO

Uma partícula mineral, em suspensão aquosa, adquiere uma carga elétrica superficial como resultado das interações entre as espécies iônicas presentes na superfície e as moléculas da água

A conseqüência natural do excesso de carga elétrica na superfície de um sólido é a aproximação de ions com carga elétrica contraria dando origem a uma dispersão estável

TIPOS DE DISSOCIAÇÃO NA ÁGUA

60

120

min

612

4

Jones - Lennard de Potencial ''

dr

drG

dA

dBG

GGG

total

total

attreptotal

Pôr tanto a coagulação é obtida com a redução ou mesmo eliminação da barreira energética repulsiva:a) Alterar a carga elétrica superficial da partículab) Promover a adsorsão específica de ionsc) Provocar a compressão da dupla camada

FLOCULAÇÃO

A floculação caracteriza-se pela ação de um polímero denominado floculante que promove a agregação de partículas finas em forma de flocos

Os polímeros podem ser classificados como:a) Origemb) Peso Molecularc) Carga Elétrica

A escolha do reagente deve levar em consideração inicialmente da floculação

Alguns fatores que influem na utilização dos polímerosa) Forma de Aplicaçãob) Ambiente Químicoc) Sistema Hidrodinâmicod) Tamanho das Partículas

DECANTAÇÃO1. Tamanho de Partícula e Forma

A lei de Stokes ilustra este fato.

Partículas finas, em fluxo laminar, atingem a velocidades terminais quase rapidamente.

Fd = Força de Atrito

Fp = Força da Empuxo

18)( 2gDV s

t

vdFg

vACF dc

Dd 3

2

2

gVF sp )(

18)( 2gDV s

t

Quando a velocidade terminal se atinge a força de atrito é igual a força do empuxo

2/1

3)(4

cD

st C

dgV

2. Qualidade dos Requerimentos de Fluxo de Descarga

Varias características dos efluentes normalmente conformam os estandares

a) Sólidos suspendidos mg/L ou ppmb) pH normalmente 6-9 ou 5.5-8.5c) DBO demanda básica de oxigênio mg/Ld) DQO demanda química de oxigênio mg/Le) Sólidos dissolvidos totais mg/Lf) Concentração de metais pesados mg/L ou ppmg) Desperdícios perigosos e produtos químicos mg/L, ppm ou ppbh) Componentes tóxicos mg/L, ppm ou µg/Li) Óleo e graxa mg/L ou ppm

SEDIMENTAÇÃO GRAVIMÉTRICA A força da gravidade pode ser usada na concentração dos

sólidos suspendidos. Assim os dois, partículas o tamanho de partícula e gravidade especifica dos sólidos seram importantes.

DESENHO DE UM SEDIMENTADOR No desenho de um tanque de sedimentação, o

procedimento usual é fazer um analisis das velocidades criticas das partículas presentes.

Se encontraram partículas com maior e menor velocidade critica, estas tem uma percentagem de separação podendo melhorar este pela adição de algum floculante.

2

00

,:

)3(

ftareaA

AHcAHcAHc uuii

A taxa na qual a água clarificada esta sendo produzida é:

A: Área do tanque de sedimentaçãoVc: Velocidade critica; taxa do overflow gal/ft2d

Para uma sedimentação a fluxo continuo, a velocidade critica, o tempo de detenção e a profundidade são relacionadas da seguinte maneira:

Normalmente os tanques de sedimentação são desenhados para proporcionar 90 minutos até 150 minutos de detenção.

AQVc

VcAQ

Detenção de Tempo

deProfundidaVc

Fração total de partículas removidas é dada pela equação:

Vc quemenor Vp com removidas partículas de FraçãoXc

0

Vc quemaior Vp e velocidadcom partículas de Fração

Xc

0

:

:)1(

)(Removida Fração

Vc

Vp

Vc

VpXc-1

dx

Xc

dx

Uma distribuição de tamanho de partículas tem sido obtida de um analisis de classificação de partículas de areia . Para cada fração de peso uma velocidade de sedimentação media tem sido calculada. Os dados são os seguintes

Calcular a velocidade de sedimentação critica Vc das partículas que serão removidas totalmente quando a taxa de clarificação é 105gal/ft2d

Velocidade de Sedimentação, ft/min 10 5 2 1 0.75 0.5

Velocidade de Sedimentaçãom3/min 3 1.5 0.6 0.3 0.23 .15

Fração de Peso que permanece 0.55 0.46 0.35 0.21 0.11 0.03

Remoção de Partículas

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 2 4 6 8 10 12

Velocidade de Sedimentação Vp,ft/min

Fraç

ão d

e pa

rtícu

las

com

m

enos

vel

ocid

ade

que

a es

tabe

leci

da, X

RUFAU

SA )(335.1.

00

orSedimentad do AreaHc

tu

Teoria Aplicada Coe e Clevenger (1916) desenvolveram uma teoria aplicada ao espessamento.

OndeF: diluição dos sólidosRρ: gravidade especifica do líquidoU: diluição do underflowS: taxa dos sólidos

)2000()()4.62()24( SUFAR

Área requerida para o sedimentador é determinada pôr Talmadge e Fitch:

uu

ii H

HccH

Hcc 0000

0HtQA u

No gráfico de sedimentação no seguinte diagrama foi obtido para um lodo ativado com uma concentração de sólidos inicial C0 de 4000 mg/L. A altura inicial da interface na coluna de sedimentação foi de 2.0 ft. Determinar a área requerida para produzir uma concentração de lodo espessado Cu de 12000 mg/L com um ingresso de 0.1 Mgal/d (380 m3/d). Determinar a carga de sólidos em lb/ft2d e a taxa do overflow em gal/ft2d.

dftgal

ft

dgal

ftft

LmgLmgMgaldMgal

fthft

hssft

sftft

fftdMgalsftdMgal

hfthff

ftft

sdMgalsftdMgal

fLmg

ftLmg

VcQ

A

cQ

ttv

t

HTQT

tC

HCH

uu

uu

2/

2

/

d2

lb/2

lb/d

lb/d)/)](/(lb/[/lb/d

2

/

min/min//3

/3

//3

/

/min/min

2min/min//3

/

/

/

588170

000,100

6.191703340

3340400034.81.0

1036.36060103.0

103.02

)67.02()](55.1[1.0

1700.2

)60)(5.36)]((55.1)[1.0(

67.0 000,12

2 4000

Hidraulica Carga da Taxa

Hidraulica Carga da Taxa a Determinar 5.

Sólidos de Carga

Sólidos,

Sólidos de Carga a Determinar 4.

)()()(

ãoclarificaç para requerida are a Determinar c)

ãoclarificaç de taxaa Determinar b)

6.3)60(20

8.00.2

interface na ãosedimentaç de e velocidada Determinar a)

ãoClarificaç para requerida area a Determinar 2.

uH de valor o Determinar a)

toEspessamen o para requerida area a Determinar 1.

0

00

Fator de Escalonamento: 1. O scale–up terá que contar

com os fatores de flutuações sejam distribuição de tamanho das partículas, concentração de sólidos da polpa, pH e temperatura.

2. Então U.A. é multiplicado pelo fator 1,2 são sedimentadores que tem um diâmetro de 100 ft a mais e multiplicados por 1,5 para aqueles que tem 15ft de diâmetro ou menores.

BIBLIOGRAFIA Livros

Tratamento de Minérios Metcalf

PapersEnvironmental Implications of Aggregation Phenomena: Current UnderstandingEverything you want to know about coagulation and flocculation

MUITO OBRIGADO