quinta-feira, 24 de junho de 2010

TRATAMENTO DE ÁGUA – EVOLUÇÕES TECNOLÓGICAS

Parte 2
FLOCULADORES

Na cadeia de processos de uma, estação de tratamento, a coagulação é geralmente seguida pela floculação, que pode ser definida como o processo de juntar partículas coaguladas ou desestabilizadas para formar maiores massas ou flocos, de modo a possibilitar sua separação por um dos métodos a seguir:

Sedimentação,
Flotação,
Ou filtração

É sem dúvida, o processo mais utilizado para a remoção de substancias que produzem cor, e turbidez na água.

Nos tanques de floculação, os pequenos microflocos aglutinam-se formando flocos, que ao saírem dos tanques, devem ter tamanho e densidade adequados ao processo de remoção que vir na sequencia: podendo ser, clarificação por sedimentação, por flotação e/ou filtração.
Ao contrário da sedimentação, nos processos de flotação e filtração direta não é desejável a formação de um floco volumoso. O processo de agregação das partículas é dependente da duração e da quantidade de energia aplicada (gradiente de velocidade). A energia aplicada para a floculação pode ser comunicada, como na mistura rápida, por meios hidráulicos, mecânicos e/ou pneumáticos, a diferença caracterizando-se pela intensidade, que, na floculação, é muito menor.

TIPOS DE FLOCULADORES

1- Floculação em manto de lodo

Há muito se tem observado que o lodo recem-coagulado tem a propriedade de precipitar partículas em suspensão. Esse é o princípio que deu origem aos decantadores de fluxo vertical em manto de lodos, também chamados de clarificadores de contato (Filtração direta de fluxo ascendente ou filtro russo) ou, simplesmente clarificador seguido de um nome ou marca de uma série de equipamentos patenteados tais como:

Circulator,
Pulsator
Permujet,
Accelator etc.,

O princípio básico é o mesmo para todos. Normalmente, essas unidades reúnem em um único tanque a floculação e a decantação em fluxo vertical. Podem ser quadrados, retangulares ou circulares em planta. com o fundo de paredes inclinadas ou plano.

Os clarificadores em manto de lodos foram utilizados inicialmente no abrandamento da água e, nessa finalidade, eram (e são) bastante eficientes, em conseqüência da relativamente elevada densidade do carbonato de cálcio precipitado. Porém na coagulação de cor e turbidez com sulfato de alumínio, já não são tão eficientes. A AWWA reporta que algumas poucas unidades podem ser consideradas como moderadamente eficientes. Muitas operam bem somente a cerca da metade de sua capacidade nominal, e fracassam quando necessitam operar na capacidade de projeto, o que se atribui a uma seleção inadequada de parâmetros de projeto. Em parte isso pode ser verdade, porém, pode dever-se mais a uma operação imperfeita, por falta de treinamento básico dos operadores, que necessitam ter um conhecimento mais profundo do processo para um melhor controle das variáveis de operação. Alguns projetos chegaram mesmo a um dimensionamento hidráulico bastante perfeito, como é o caso do Pulsator, que pode funcionar satisfatoriamente em condições de trabalho as mais variadas. Tem-se observado, entretanto em um grande número de instalações, que falta o ajuste adequado dos parâmetros de controle, como período e tempo de descarga de lodo dos concentradores, tempo de aspiração e freqüência de pulsação nas unidades pulsantes etc.
Em sua concepção mais simples a água bruta é descarregada próximo ao fundo, produzindo certa turbulência necessária à floculação. Essa turbulência é gradualmente dissipada no manto de lodos, cuja tendência é sedimentar no sentido contrário ao fluxo de água causando agregação de flocos por contato entre eles. Com o aporte de novas partículas trazidas pela água bruta e de coagulante aplicado para desestabilizá-las, o manto tende a se expandir, vertendo para o concentrador de onde é drenado periodicamente através de uma válvula operada manualmente ou por temporizador, com o objetivo de manter a concentração ótima do manto de lodo e sua estabilidade.
Em 1965, Hudson estimou que 1g de Al2SO4 produz 21,8 x 10-3cm3 de partículas floculentas, ou para uma dosagem média de 23 mg/l, C = 23 x 21,8 x 10-3cm3 , de modo geral C = 21,8 x 10-6 x D, onde D é a dosagem de Sulfato de Alumínio em mg/l

Vantagens e Desvantagens do dos Clarificadores em manto de Lodo

Vantagens:

- Possui um desenho compacto e de uso econômico para o detentor da patente, pois nenhum esforço é exigido do engenheiro projetista na elaboração de um novo projeto, a não ser pequenos aperfeiçoamentos.

- Em condições operacionais adequadas pode-se obter uma boa eficiência na clarificação com a adsorção de partículas primarias pelo manto de lodos na floculação.

- Pode atrasar a degradação do efluente causada par uma dosagem imprópria do coagulante, por causa do efeito de tamponamento do manto de lodos.

Desvantagens:

- A demora em formar um manto estável, o que pode levar dias.
- Até formar o manto de lodos, a unidade deve ser operada com uma taxa reduzida. O processo pode ser acelerado com uma superdose de coagulante (e de alcalinizante, se necessário), aplicando argilas e/ou outros auxiliares de coagulação etc.

- Perdem rapidamente eficiência em condições de sobrecarga ou choque hidráulico e são Sensíveis a variações de temperatura e da qualidade de água bruta.

- Necessitam controle operacional mais rigoroso


2 - Floculadores hidráulicos

Os primeiros floculadores utilizados em tratamento de água foram canais, onde se aproveitava a energia hidráulica no movimento da água para a floculação. Assim, qualquer dispositivo que utilize a energia hidráulica dissipada no fluxo da água através de um tanque, canal ou canalização pode constituir em um floculador hidráulico. Os floculadores hidráulicos mais utilizados são os de chicanas, de fluxo horizontal ou de fluxo vertical. Nos primeiros, a água circula com um movimento de vai e vem e, no segundo, a corrente sobe e desce sucessivamente, contornando as diversas chicanas. As principais deficiências dos floculadores hidráulicos apontadas na literatura técnica são:

• Falta de flexibilidade para responder a mudanças na qualidade da água.
• A hidráulica e os parâmetros de floculação — tempo de floculação e gradientes de velocidade — são função da vazão e não podem ser regulados independentemente, ou são de difícil ajuste.
• A perda de carga pode ser significativa.
• A limpeza é geralmente difícil.

Por essas razões, os floculadores hidráulicos temporariamente, caíram quase em desuso completo, tendo sido preferidos por tanques de floculação motorizados. Entretanto com o desenvolvimento de pesquisas, e novas experiências ficou demonstrado que a eficiência de floculadores hidráulicos pode ser superior à de outros tipos de floculadores, mesmo a tempos de floculação relativamente curtos, como 10 ou 15 min. A principal causa disso consiste em que os tanques de floculação mecânica estão mais sujeitos a curtos-circuitos e zonas mortas, praticamente inexistentes nos canais de floculação hidráulica.

Com uma seleção adequada dos gradientes de velocidade, pode-se, tornar os floculadores hidráulicos mais flexíveis a variações de vazão. Considerando os limites máximos de 75 s-1 na entrada e um minimo igual a 10 s-1 na saída dos floculadores, esses limites não seriam ultrapassados para uma variação de ± 50% da vazão nominal, se para esta vazão, forem fixados gradientes entre 40 s-1 e 20 s-1

2.1. Floculadores de chicanas

A escolha do tipo de floculador de chicanas, se de fluxo horizontal ou vertical, depende mais de razões de ordem prática e econômica, sendo que uma recomendação geral indica o uso de floculadores de fluxo horizontal para vazões superiores a 75 L/s, e para menores capacidades, floculadores de fluxo vertical. Entretanto, a limitação do tamanho dos floculadores de fluxo vertical é função da profundidade. Com profundidades de até 4,5 m, pode-se usar floculadores de fluxo vertical para capacidades de até 1.000 L/s. Mas em floculadores de chicanas de pequena capacidade (40 L/s ou menos), de fluxo horizontal ou vertical, o problema básico apresenta-se no pequeno espaçamento que resultaria entre as chicanas, que, neste caso, não devem ser fixas para facilitar a construção e a limpeza.
Os gradientes de velocidade mais adequados à floculação são determinados sempre que possível, mediante ensaios de coagulação. Não tendo sido realizadas pesquisa de laboratório, deverá ser previsto um gradiente de velocidade no início do tanque de floculação igual a 70 s-1 e um minimo, para o último compartimento, igual a 10 s-1 Normalmente a estes valores correspondem velocidades da ordem de 0,30 m/s a 0,10 m/s.
O tempo de detenção no tanque ou canal de floculação deverá estar entre 20 e 30 min, a não ser que, em casos especiais, pesquisas de laboratório e/ou em instalações piloto justifiquem valores externos a esse intervalo.
No projeto dos floculadores de chicanas devem ser observadas, ainda, as seguintes recomendações:

· A velocidade da água ao longo das chicanas deve estar compreendida entre 0,30 m/s, no início da floculação e 0,10 m/s no fim.
· O espaçamento mínimo entre chicanas deverá ser de 0,60 m; esse espaçamento poderá ser menor, desde que as chicanas sejam dotadas de dispositivos para sua fácil remoção, tais como guias ou ranhuras na parede.
· O espaçamento máximo entre a extremidade da chicana e a parede do canal não deve ser superior à extensão da própria chicana nos floculadores de fluxo horizontal. O critério equivalente nos floculadores de fluxo vertical é manter uma profundidade da água não inferior a 3 vezes o espaçamento entre chicanas,
· O espaçamento entre a extremidade da chicana e a parede do canal, ou seja, a passagem livre entre duas chicanas consecutivas deve-se fazer igual a 1,5 vezes o espaçamento entre as chicanas.

2.2 – Outros Floculadores

Floculadores hidráulicos de ação de jato

Floculação em meio poroso (Floculadores de pedra)

Floculadores mecânicos

Floculadores giratórios de paleta

Floculadores giratórios de turbina

Floculadores alternativos

Floculadores Pneumáticos

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