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Lista de exercícios obrigatórios para disciplina de Tratamento de água e esgoto.
Assuntos: FLOTAÇÃO E DECANTAÇÃO.

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TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO LISTA DE EXERCÍCIOS FLOTAÇÃO E DECANTAÇÃO NOME:_____________________________________________________CÓDIGO:_______________

1) Explique o significado de flotação. 2) Qual o objetivo da aplicação da flotação em sistemas de tratamento de águas? 3) A flotação pode substituir as demais etapas do tratamento convencional de águas para abastecimento humano? Explique. 4) Faça um comparativo entre “flotação por ar induzido/ar comprimido” e “flotação por ar dissolvido”. 5) Qual a vantagem do emprego do sistema de flotação frente à decantação? 6) Quais são os parâmetros que afetam a eficiência da flotação? Explique. 7) O processo de flotação é amplamente utilizado no Brasil? 8) Explique a diferença entre decantação convencional e de alta taxa. 9) O que é decantação classe 1, classe 2 e classe 3? De que forma a determinação do tipo de decantação auxilia no projeto destas unidades? 10) Qual dos dois processos (decantação e flotação) apresenta maior eficiência para remoção de sólidos? Explique. 11) Quais são os requerimentos das etapas anteriores (coagulação e floculação, em relação à dosagem de produto, gradiente de velocidade e tempo de detenção hidráulico) para obtenção da maior eficiência em ambos os processos? Explique.

TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO LISTA DE EXERCÍCIOS FLOTAÇÃO E DECANTAÇÃO

NOME: Vinícius Wathier Kich CÓDIGO:567015 1. Explique o significado de flotação. É um sistema composto de Adutora, floculadores, flotador, filtros e reservatórios. É diferenciado do sistema convencional devido à substituição dos decantadores por flotadores. Este sistema de tratamento abrange a combinação dos processos físico e químico, por meio dos quais promove-se a aglutinação dos sólidos totais presentes nas águas poluídas (floculação), a sua ascensão pela insuflação de ar na forma de micro-bolhas (flotação) e a remoção do lodo pela superfície da água. 2. Qual o objetivo da aplicação da flotação em sistemas de tratamento de águas? A flotação é um moderno processo de separação, utilizado em diversos setores industriais. Nela estão envolvidos os três estados físicos da matéria: Sólido, líquido e gasoso. O processo de flotação é o inverso da sedimentação, no qual as partículas são capturadas pelas bolhas de ar, induzidas pelo borbulhamento de gás. Essas bolhas têm densidade menor que a da fase líquida e migram para superfície arrastando as partículas seletivamente aderidas. Devido à grande quantidade de bolhas geradas há um aumento de contato entre bolhas e partículas, proporcionando uma separação eficiente. Trata-se de um processo complexo do ponto de vista químico, mas cuja simplicidade operacional permite sua utilização em diversos setores para separar uma grande variedade de sólidos. Em resumo, a flotação é um processo de separação de sólido-líquido, que anexa o sólido à superfície de bolhas de gás fazendo com que ele se separe do líquido. Existem vários tipos de flotação, a saber: eletro-flotação, flotação por ar disperso, flotação por ar dissolvido, flotação por aspersão (nozzle), flotação centrifuga, flotação rápida e flotação por cavitação. 3. A flotação pode substituir as demais etapas do tratamento convencional de águas para abastecimento humano? Explique. A inclusão da flotação não substitui todas as etapas do processo de tratamento de Água. A adução, coagulação, pré-cloração, filtração, desinfecção, fluoretação e distribuição são necessárias e continuam presentes num Processo de tratamento de Água por Flotação. Estas são tão importantes quanto numa estação convencional.

4. Faça um comparativo entre “flotação por ar induzido/ar comprimido” e “flotação por ar dissolvido”. Flotação por Ar dissolvido x Flotação por Ar induzido O sistema de Flotação adotado pelo SAAE é conhecido como Flotação por Ar dissolvido, que se difere da Flotação por Ar induzido devido à redução no tamanho das micro-bolhas. Normalmente, quantidades grandes de bolhas muito pequenas (microbolhas) tornam o processo de flotação mais eficiente. A diminuição do tamanho das bolhas é possível devido à presença de compressores e câmaras de saturação. Tais componentes permitem que água de flotação, utilizada para liberação das bolhas nos difusores, seja saturada de ar devido a elevação de pressão. Desta forma, o oxigênio encontra-se liquefeito, sendo liberada e retornada ao estado gasoso no momento da injeção de fluido saturado (água) nos difusores 5. Qual a vantagem do emprego do sistema de flotação frente à decantação? O processo de flotação em ETAs permite que quantidades maiores de água possam ser tratadas em menos, ou mesmo tempo, que em estações convencionais. Além disso, a flotação se adequa melhor a tipos de água cujas características físicas não são próprias de utilização de decantação. Em plantas de tratamento por flotação, o lodo final gerado é removido com mais facilidade que em estruturas convencionais, possibilitando várias opções de destinação final. Outra vantagem da flotação está no espaço físico para implantação, já que decantadores requerem áreas muito maiores. Atualmente, a utilização de torres de flotação traz custobenefícios muito maiores. 6. Quais são os parâmetros que afetam a eficiência da flotação? Explique. Pressão de Saturação Han, Kim T. e Jim J. (2007 apud Lopes, 2011) afirmam que: i) quanto menor a pressão de saturação, mais ampla será a distribuição no tamanho das bolhas; ii) ao aumentar a pressão de saturação, aumenta-se a eficiência do processo, diminuindo o tamanho das bolhas e o tamanho crítico dos flocos; c) quanto maior a concentração das bolhas, em volume, maior a eficiência do processo, sobre todos os tamanhos de partículas. Seus ensaios envolveram pressões de 2,0, 3,0 e 5,0 atm, mostrando que o valor mais alto dentre as pressões testad 22 flocos formados ou até mesmo a ligação entre flocos e bolhas. Ainda, concluem que os flocos demandam bolhas menores para um processo eficiente. O comportamento das bolhas se dá da seguinte maneira: com o aumento da pressão o diâmetro das bolhas diminui e aumenta a quantidade de bolhas; o diâmetro e o número de bolhas são influenciados pela pressão, taxa de fluxo da água e geometria dos bocais difusores; o diâmetro das bolhas decresce com o aumento da taxa de fluxo da água, e se torna constante para taxas de fluxo de água ainda maiores; o diâmetro das bolhas aumenta conforme o comprimento do bico difusor (TAKAHASHI, MIYAHARA e MOCHIZUKI, 1979). Os dispositivos de despressurização chamados de bocais difusores têm grande influência na obtenção das microbolhas necessárias para operacionalizar o processo de FAD. O material de fabricação dos bocais, embora negligenciado, possui

interferência direta na eficiência da operação, e materiais hidrofóbicos devem ser evitados em sua concepção (DUPRE et al. 1998). O parâmetro chave nos bocais difusores é sua geometria, independentemente da adição ou não de aditivos químicos, utilizados na obtenção de micro bolhas. O aumento do ângulo de divergência β diminui o diâmetro das bolhas e restringe sua distribuição de tamanho. Ainda, conforme aumenta a distância da zona de expansão L, aumenta tanto a fração de bolhas com diâmetros menores que 120 μm quanto o diâmetro máximo das bolhas (PONASSE et al, 1998). No experimento realizado pelos mesmos autores, a aparente operação satisfatória do procedimento utilizando ângulos de divergência maiores juntamente com valores de L aumentados foi desmascarada a partir da identificação de que grande parte do gás residia nas bolhas de diâmetro máximo, diminuindo a quantidade de ar restante para as microbolhas, reduzindo drasticamente a eficiência da FAD, além de confirmar a influência crucial exercida pelos bocais difusores. 23 Figura 8 – Esquema da geometria e parâmetros que afetam os bocais difusores. Fonte: Dupre et al. 2007 (adaptado) . 3.3.2.4 Quantidade de ar fornecida ao sistema Segundo Zabel (1985 apud Lopes, 2011) a qualidade da água depende diretamente da quantidade de ar fornecida ao sistema. A taxa de recirculação e a pressão de saturação, que são parâmetros que alteram a quantidade total de ar fornecido, não devem ser analisados isoladamente. Quando necessário aumentar a quantidade de ar no sistema, deve-se aumentar a pressão de saturação para, desta forma, dissolver uma quantidade maior de gás na água a ser recirculada. 3.3.2.5 Tempo de floculação Segundo Edzwald (1999 apud Maia, 2010), o desempenho da FAD apresenta boa relação com altas cargas hidráulicas e tempos de floculação baixos, na casa dos 5 a 10 minutos, sendo que o mesmo autor avaliou que este parâmetro decresceu de um padrão de 20 a 30 minutos nos anos 1980 para cerca de 10 minutos em nossa década. Han et al. (2004 apud Maia, 2010) afirmam que a maior remoção ocorre com um tempo de floculação aproximadamente 5 a 10 minutos, e que exceder este tempo não causa um aumento na remoção de partículas. Ainda, conclui 24 que tempos de floculação longos, como 30 minutos, não são economicamente viáveis. 3.3.2.6 Taxa de aplicação superficial Devido a sua relação direta com a velocidade ascensional das bolhas de ar, Coutinho (2007) afirma que a taxa de aplicação superficial (TAS) é um parâmetro fundamental para o desempenho da FAD. A TAS é a relação entre a quantidade de água tratada, em metros cúbicos, pela área do flotador/decantador e pelo tempo. Escher (2011) analisou conjuntamente a concentração de ar fornecido para flotação e a taxa de aplicação superficial nas zonas de contato e de separação da unidade de flotação. Seus estudos apontam que utilizando concentrações de ar próximas da situação ótima, aumentos de até 50% na taxa de aplicação superficial na zona de contato causariam uma queda na eficiência do processo de apenas 8,4%. Afirma, também, que variações positivas ou negativas na TAS causam pequenas quedas no desempenho da flotação. Ainda, conclui que para TAS maiores, a influência da concentração de ar sofre um incremento. Variações no valor da concentração de ar para mais ou para menos que seu valor ótimo causam grandes perdas de eficiência na FAD. 3.3.2.7 Taxa de Recirculação Segundo Coutinho (2007), a eficiência de uma estação de tratamento de água que utiliza FAD depende diretamente da taxa de recirculação adotada. Esta pode ser definida como a relação entre a vazão de água pressurizada encaminhada à coluna de flotação e a vazão da unidade de flotação em si (LÉDO, 2008). Devido a sua relação direta com a quantidade de ar fornecida ao sistema, deve ser sempre administrada em conjunto com a pressão de saturação, pois as

duas tem como resultado a quantidade total de ar fornecido ao sistema. Realli (1994 apud Lédo, 2008) recomenda que, quando necessário 25 aumentar a quantidade de ar no sistema, o aumento da pressão de operação deve ser priorizado em relativamente à taxa de recirculação. 7. O processo de flotação é amplamente utilizado no Brasil? Um estudo da análise da viabilidade técnica de flotação por ar dissolvido em estações de tratamento de água foi apresentado, de onde foi possível chegar às seguintes conclusões: Referente ao levantamento das estações de tratamento de água que utilizam flotação por ar dissolvido no Brasil, dentre as setenta e quatro concessionárias consultadas, foram identificadas apenas dez ETAs que operam com sistema de FAD em funcionamento, utilizando este processo no tratamento de água. Por fim, sobre a comparação do processo de flotação por ar dissolvido frente ao processo de sedimentação, os dados obtidos demonstram que a FAD tem menor tempo de residência em relação a decantadores convencionais e de alta taxa, e para taxas de aplicação até mesmo maiores, necessita de uma área consideravelmente menor para o reator do que a exigida por decantadores. Frente ao aumento exponencial do valor dos imóveis, isto pode ser considerado um ponto culminante no menor custo exigido para implementação de Estações de Tratamento de água com FAD 8. Explique a diferença entre decantação convencional e de alta taxa. A operação mais comumente utilizada é a sedimentação que ocorre através de, dentre outros, decantadores horizontais e de alta taxa. Os primeiros decantadores (unidade onde se realiza o processo de sedimentação de partículas floculentas) foram tanques de fluxo, com uso difundido no século XIX, tendo como vantagens a simplicidade, eficiência, e baixa sensibilidade a condições de sobrecarga sendo, portanto, um modelo utilizado até hoje. Após estudos teóricos e pesquisas aplicadas principalmente a partir da segunda metade do século passado, o decantador tubular (ou de alta taxa) foi desenvolvido. Este pode alcançar eficiência ainda maior que a dos decantadores horizontais, se resultante de correto projeto hidráulico. A grande diferença dos decantadores é que o tratamento convencional é feito por gravidade somente, e o fundo do decantador tem uma leve inclinação para o lodo. Já o decantador de alta taxa é mais rápido, pois além da inclinação e da gravidade, a água passa por um filtro que agiliza muito o processo, além de ser mais eficiente, e poder atender maior demanda. 9. O que é decantação classe 1, classe 2 e classe 3? De que forma a determinação do tipo de decantação auxilia no projeto destas unidades? A decantação tem 3 diferentes classes, que são elas; Interação das partículas Discreta (classe 1) Floculante (classe 2) Interferida (classe 3). A sedimentação discreta/classe 1 são as partículas em suspensão mantidas pelas forças de arraste causadas pelo seu movimento, sem interferência mútua, ela pode ser prevista pela lei de Newton com relação a força de atrito, empuxo e peso. Também podemos utilizar a Lei de Stokes. Já para classe 2 de sedimentação ou floculação podemos ter variação de volume e densidade com arrasto e colisões. Não pode ser prevista com a lei de Stokes, são realizados os ensaios com a coluna de

sedimentação. A sedimentação interferida ou seja a classe 3, é caracterizada por flocos ou partículas em elevadas concentrações, e interação entre partículas. O deslocamento da água pode afetar a velocidade relativa de sedimentação. A decantação auxilia para garantirmos uma melhoria na qualidade da água, para diminuirmos os custos nos outros tratamentos que tem um elevado custo. 10. Qual dos dois processos (decantação e flotação) apresenta maior eficiência para remoção de sólidos? Explique. O processo de flotação pode ser considerado de alta taxa, tendo em vista a redução da área utilizada e a redução dos parâmetros físico-químicos quando comparados a sedimentação. Torna-se necessário na flotação o monitoramento da quantidade de ar fornecida e a pressão manométrica estabelecida na câmara de saturação, bem como a coagulação/floculação. A substituição da unidade de sedimentação (decantador) por unidades de flotação por ar dissolvido permitiu a produção de água de melhor qualidade e aceitação da população, devido a não existência de sabor e estética agradável. O consumo de cloro foi reduzido com a entrada em operação das unidades de flotação. Ficou demonstrado que a alternativa de utilização da F.A.D. em substituição a sedimentação convencional de alta taxa tornou-se mais vantajosa, sendo confirmado pelos excelentes resultados obtidos nos gráficos. O processo de flotação se torna mais efetivo pelo seu processo, onde consome menor tempo, pois câmeras menores e o tipo de flocos que se é eliminado. 11. Quais são os requerimentos das etapas anteriores (coagulação e floculação, em relação à dosagem de produto, gradiente de velocidade e tempo de detenção hidráulico) para obtenção da maior eficiência em ambos os processos? Explique. Quando falamos como a coagulação interfere sobre a decantação e a flotação podemos dizer que na decantação utilizamos mais produtos e um processo de coagulação por varredura ou arraste, enquanto para a flotação utilizamos menos produtos e o processo de coagulação por adsorção, mantendo o mesmo gradiente de velocidade e tempo de detenção hidráulico. Já na flotação usamos uma decantação com tempo maior variando de 20 a 40 minutos, e uma gradiente de 10 a 70 s-1, sem adição de produtos e na flotação utilizamos um tempo menor variando de 10 a 20 minutos e um gradiente de 50 a 10 s-1. Para a decantação necessitamos que os flocos estejam mais pesados enquanto a flotação precisa que os flocos sejam mais leves para poder subir....