CoagulaçãO

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CoagulaçãO

  1. 1. ESCOLA POLITÉCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA PHD 2411 – SANEAMENTO I COAGULAÇÃO Prof. Dr. Roque Passos Piveli Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho
  2. 2. COAGULAÇÃO <ul><li>Introdução </li></ul><ul><li>Definição de um sistema coloidal </li></ul><ul><li>Colóides liofóbicos e liofílicos </li></ul><ul><li>Colóides hidrofóbicos e hidrofílicos </li></ul><ul><li>Estabilidade de um sistema coloidal </li></ul>
  3. 3. COAGULAÇÃO <ul><li>Definição do processo de coagulação em águas de abastecimento </li></ul><ul><li>Forças intermoleculares de Van der Waals </li></ul><ul><li>Teoria da Dupla Camada </li></ul>
  4. 4. COAGULAÇÃO <ul><li>Comportamento químico em meio aquoso dos coagulantes mais utilizados no processo de tratamento de água </li></ul><ul><li>Sais de alumínio (Sulfato de alumínio) </li></ul><ul><li>Sais de Ferro (Cloreto férrico e sulfato férrico) </li></ul>
  5. 5. COAGULAÇÃO <ul><li>Mecanismos de desestabilização de partículas coloidais </li></ul><ul><li>Compressão da Dupla Camada </li></ul><ul><li>Adsorção neutralização </li></ul><ul><li>Varredura </li></ul><ul><li>Ponte interparticular </li></ul><ul><li>Exercício – Dimensionamento de Calhas Parshall </li></ul>
  6. 6. Tratamento Convencional de Águas de Abastecimento Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água final Agente oxidante CAP Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Polímero Polímero Agente oxidante Agente oxidante Flúor Alcalinizante
  7. 7. COAGULAÇÃO
  8. 8. COAGULAÇÃO
  9. 9. DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS 1  m 10 -3  m Partículas dissolvidas Partículas em suspensão Partículas coloidais 0,45  m Turbidez Cor aparente SST Cor real SDT Compostos dissolvidos
  10. 10. ESPECTRO DE DIÂMETROS DE PARTÍCULAS
  11. 11. DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS 1  m 10 -3  m Partículas dissolvidas Partículas em suspensão Partículas coloidais <ul><li>Processos de membrana </li></ul><ul><li>Osmose reversa </li></ul><ul><li>Nanofiltração </li></ul><ul><li>Tratamento convencional e variantes </li></ul><ul><li>Filtração direta </li></ul><ul><li>Filtração em linha </li></ul><ul><li>Filtração lenta </li></ul>
  12. 12. COAGULAÇÃO SISTEMAS COLOIDAIS
  13. 13. <ul><li>Definição: Operação unitária responsável pela desestabilização das partículas coloidais em um sistema aquoso, preparando-as para a sua remoção nas etapas subseqüentes do processo de tratamento. </li></ul>COAGULAÇÃO
  14. 14. COAGULAÇÃO Diâmetro das partículas Freqüência relativa Água bruta Água coagulada
  15. 15. SISTEMAS COLOIDAIS <ul><li>Colóides liofóbicos: São aqueles que formam um sistema heterogêneo com o solvente (Sistema Bifásico). Desta forma, distingue-se uma fase contínua (solvente) e uma fase dispersa (colóides). Uma vez que predomina um sistema bifásico, pode-se definir uma área de interface. </li></ul>
  16. 16. SISTEMAS COLOIDAIS <ul><li>Colóides liofílicos: São aqueles que formam um sistema homogêneo com o solvente (Sistema Unifásico). Desta forma, distingue-se uma única fase contínua tendo o solvente e o sistema coloidal como soluto. </li></ul>
  17. 17. ESTABILIDADE DE SISTEMAS COLOIDAIS Quando a fase contínua é a água, os sistemas coloidais são denominados hidrofóbicos e hidrofílicos.
  18. 18. ESTABILIDADE DE SISTEMAS COLOIDAIS Sistemas coloidais hidrofóbicos: São sistemas instáveis, pois as interações com o solvente são pequenas.
  19. 19. ESTABILIDADE DE SISTEMAS COLOIDAIS Sistemas coloidais hidrofílicos: São sistemas estáveis, as interações com o solvente são tais que previnem o sistema contra alterações em sua “estrutura global”.
  20. 20. CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS COLOIDAIS <ul><li>Movimento Browniano: Bombardeamento pelas moléculas de água. </li></ul><ul><li>Efeito Tyndall: Propriedade de dispersar a luz. A quantificação desta propriedade de um sistema coloidal é denominada nefelometria. </li></ul><ul><li>Comportamento Elétrico: Existência de cargas negativas e positivas na superfície do colóide (Eletroforese). </li></ul>
  21. 21. TEORIA DA DUPLA CAMADA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - + + + + Partícula Cargas N- N+ Meio Aquoso Camada difusa Camada rígida
  22. 22. TEORIA DA DUPLA CAMADA ESTABILIDADE COLOIDAL
  23. 23. TEORIA DA DUPLA CAMADA ESTABILIDADE COLOIDAL
  24. 24. ESTABILIDADE COLOIDAL
  25. 25. O PROCESSO DE COAGULAÇÃO <ul><ul><ul><li>Mecanismos de desestabilização de partículas coloidais </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Compressão da dupla camada </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Adsorção-neutralização </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Varredura </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ponte interparticular </li></ul></ul></ul>
  26. 26. COAGULANTES EMPREGADOS EM ENGENHARIA AMBIENTAL <ul><li>Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) </li></ul><ul><li>Cloreto férrico (líquido) </li></ul><ul><li>Sulfato férrico (líquido) </li></ul><ul><li>Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido) </li></ul><ul><li>Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido) </li></ul>
  27. 27. DOSAGENS DE COAGULANTE USUALMENTE EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO <ul><li>Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l) </li></ul><ul><li>Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l) </li></ul><ul><li>Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l) </li></ul><ul><li>Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4 mg/l) </li></ul>
  28. 28. O PROCESSO DE COAGULAÇÃO <ul><ul><ul><li>Compressão da dupla camada </li></ul></ul></ul>
  29. 29. O PROCESSO DE COAGULAÇÃO <ul><ul><ul><li>Porque a compressão da dupla camada é incompleto no que tange à explicação do mecanismo de desestabilização de partículas coloidais ? </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>São desprezados os efeitos entre o coagulante e o solvente, bem como da partícula coloidal e o solvente </li></ul></ul></ul>
  30. 30. COAGULAÇÃO: REAÇÕES QUÍMICAS ALUMÍNIO
  31. 31. COAGULAÇÃO: REAÇÕES QUÍMICAS FERRO
  32. 32. DIAGRAMA DE SOLUBILIDADE DO FERRO E ALUMÍNIO EM MEIO AQUOSO
  33. 33. VISÃO DINÂMICA DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO Solvente Coagulante Colóide
  34. 34. <ul><li>DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS </li></ul>PROCESSO DE COAGULAÇÃO <ul><li>Calhas Parshall </li></ul><ul><li>Vertedores retangulares </li></ul><ul><li>Malhas difusoras </li></ul><ul><li>Injetores </li></ul>
  35. 35. PROCESSO DE COAGULAÇÃO VERTEDORES RETANGULARES
  36. 36. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL
  37. 37. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA
  38. 38. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA
  39. 39. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA
  40. 40. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO
  41. 41. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO
  42. 42. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO
  43. 43. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO
  44. 44. <ul><li>DISPOSITIVOS MECÂNICOS </li></ul>PROCESSO DE COAGULAÇÃO <ul><li>Agitadores mecânicos </li></ul><ul><li>Turbinas </li></ul><ul><li>Hélice propulsora </li></ul>
  45. 45. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
  46. 46. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
  47. 47. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA
  48. 48. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA
  49. 49. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA
  50. 50. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA
  51. 51. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP)
  52. 52. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP)
  53. 53. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA RIO GRANDE (SABESP)
  54. 54. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA RIO GRANDE (SABESP)
  55. 55. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA RIO GRANDE (SABESP)
  56. 56. CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dx dy dz
  57. 57. CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dx dy dz
  58. 58. CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE G=Gradiente de velocidade (s -1 ) dx dy dz
  59. 59. CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE Agitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axial F a =força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C d =coeficiente de arraste A p =área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W)
  60. 60. CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE Agitadores de fluxo axial F a =força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C d =coeficiente de arraste A p =área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W) 1,63 Turbina com seis palhetas inclinadas a 45 0 1,0 a 1,2 Turbina com quatro palhetas inclinadas a 32 0 1,27 Turbina com quatro palhetas inclinadas a 45 0 4,80 Turbina (seis palhetas curvas) 5,75 Turbina (seis palhetas retas) 0,87 Hélice propulsora marítima (3 hélices) Valor de K T Tipo de rotor
  61. 61. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL
  62. 62. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL
  63. 63. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL
  64. 64. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL
  65. 65. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL
  66. 66. <ul><li>Gradiente de velocidade  1.000 s -1 </li></ul><ul><li>Mecanismo de coagulação por adsorção-neutralização </li></ul><ul><li>Gradiente de velocidade  300 s -1 </li></ul><ul><li>Mecanismo de coagulação por varredura </li></ul><ul><li>Tempo de detenção hidráulico  30 s </li></ul>UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA DIMENSIONAMENTO
  67. 67. <ul><li>Vazão: 1,0 m 3 /s </li></ul><ul><li>Verificação do gradiente de velocidade </li></ul>DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
  68. 68. <ul><li>Seleção da Calha Parshall </li></ul>DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
  69. 69. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
  70. 70. <ul><li>Equação de descarga: </li></ul>DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
  71. 71. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo da largura na secção de medida </li></ul>
  72. 72. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo da velocidade na secção de medida </li></ul>
  73. 73. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo da energia total disponível </li></ul>
  74. 74. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo do ângulo fictício  </li></ul>
  75. 75. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo da velocidade da água no início do ressalto </li></ul>
  76. 76. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo da altura de água no início do ressalto </li></ul>
  77. 77. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo do número de Froude </li></ul>
  78. 78. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo da profundidade no final do trecho divergente </li></ul>
  79. 79. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo da velocidade no final do trecho divergente </li></ul>
  80. 80. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo da perda de carga no ressalto hidráulico </li></ul>
  81. 81. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo do tempo de residência médio no trecho divergente </li></ul>
  82. 82. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL <ul><li>Cálculo do gradiente de velocidade </li></ul>
  83. 83. Muito Obrigado !!!

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