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10.5 - Decantação
1
Coagulação Floculação
DECANTAÇÃO Filtração
Flotação Filtração
Filtração
Sedimentação dos flocos formados na mistura lenta
Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade
Serão removidas por filtração
TH028 - Saneamento Ambiental I
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CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SEDIMENTAÇÃO
• Sedimentação discreta (Tipo 1) – As partículas permanecem com
dimensão e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação.
• Sedimentação floculenta (Tipo 2) – As partículas se aglomeram e aumenta
sua dimensão e velocidade ao longo do processo de sedimentação.
• Sedimentação em zona (Tipo 3) – As partículas sedimentam em massa (i.e.,
adição de cal). As partículas ficam próximas e interagem.
• Sedimentação por compressão (Tipo 4) – As partículas se compactam como lodo.
3 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Sedimentação Discreta (Tipo I)
A dimensão física da partícula
permanece inalterada durante o
seu processo de sedimentação
gravitacional
B
H
L
1
Vh
Vsc
4 TH028 - Saneamento Ambiental I
velocidade de
sedimentação
constante
Propriedade da Sedimentação Discreta
Vs >Vsc Vs <Vsc
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Sedimentação Discreta (Tipo I)
B
H
L
1
Vh
Vs
tLVh /
tHVS / L
HVV h
S
.
HB
Q
A
QVh
.
As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas
s
SA
Q
LB
QV
.
LHB
HQVS
..
.
sA
Taxa de aplicação superficial (TAS)
5
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Análise do Equacionamento Matemático
SV
qVs
Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)
q=TAS=Taxa de aplicação superficial (m3/m2/dia)
► TAS 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
6 TH028 - Saneamento Ambiental I
Sedimentação Discreta (Tipo I)
sA
Partículas com Vs superiores a q
serão removidas durante o
processo de sedimentação
gravitacional
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Floculação e Sedimentação
Diâmetro das
partículas
Fre
qu
ênci
a r
elati
va
Água bruta
Água coagulada
Diâmetro crítico
Se Vs > q, todas as
partículas com diâmetro
superior a dc serão
removidas
dc apresenta Vs
7 TH028 - Saneamento Ambiental I Fonte: EPUSP
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Floculação e Sedimentação
Diâmetro das
partículas
Fre
qu
ênci
a r
elati
va
Água bruta
Água coagulada Água floculada
Diâmetro crítico
dp > dc
Partículas
sedimentáveis
8 TH028 - Saneamento Ambiental I Fonte: EPUSP
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SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)
• Partículas se agregam ao longo do processo de sedimentação
– velocidade de sedimentação das partículas não é mais constante
• Com o aumento do diâmetro das partículas
– aumento de sua velocidade de sedimentação ao longo da altura
TH028 - Saneamento Ambiental I 9
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Propriedade da Sedimentação Floculenta
B
H
L
1 Vh
Vs
10 TH028 - Saneamento Ambiental I
Sedimentação Floculenta (Tipo II)
A dimensão física da partícula é
alterada durante o seu processo
de sedimentação gravitacional
(floculação por sedimentação
diferencial)
velocidade de
sedimentação
variável
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Tipos de decantadores em ETA
• Em função da direção do escoamento: – horizontal – vertical
• Em função do princípio de funcionamento: – convencional ou clássico (esc.
Turbulento) • Simples • Mecanizados
– Alta taxa, tubular, de placas (esc. Laminar)
11 TH028 - Saneamento Ambiental I
Sedimentação Floculenta (Tipo II)
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12
Zona de turbilhonamento
É a zona situada na entrada da água, observa-se nesta zona uma certa agitação onde a localização das partículas é variável.
Zona de decantação
Nesta zona não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente.
Zona de ascensão
Os flocos que não
alcançam a zona de
repouso seguem o
movimento da água
e aumentam a
velocidade.
Zona de repouso
É onde se acumula
o lodo. Esta zona
não sofre
influência da
corrente de água
do decantador em
condições normais
de operação.
TH028 - Saneamento Ambiental I
Sedimentação Floculenta (Tipo II)
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Decantador – Seção retangular
TH028 - Saneamento Ambiental I 13
Fonte: CARLOS EDUARDO F MELLO (UFOP)
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Decantador - Seção circular
TH028 - Saneamento Ambiental I 14
Fonte: CARLOS EDUARDO F MELLO (UFOP)
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DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP)
15 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Decantadores !!!
SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
Fonte: EPUSP 16 TH028 - Saneamento Ambiental I
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TH028 - Saneamento Ambiental I 17
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Fonte: EPUSP 18 TH028 - Saneamento Ambiental I
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TH028 - Saneamento Ambiental I 19
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Fonte: EPUSP
20 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Fonte: EPUSP
21 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Decantador Convencional – ETA Iguaçu
Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR)
22 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Decantador Convencional – ETA Iguaçu
Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR)
23 TH028 - Saneamento Ambiental I
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DECANTADORES CONVENCIONAIS PARÂMETROS DE PROJETO
► Taxa de aplicação superficial:
20 a 60 m3/m2/dia
(Em função das características de sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de coagulação-floculação ensaio)
► Altura do decantador: 3 a 5 metros.
► Relação Comprimento/Largura
2,5 < L/B < 10 (usual: L/B 4)
4 < L/h < 25
► Re 20.000 (Verificação)
► Fr 10-5
► Tempo de detenção: 1,5 a 3 h (usual: 2 a 2,5 h)
Valor prático: t = 2 horas
24 TH028 - Saneamento Ambiental I
TAS em função da vazão tratada na ETA (ABNT, 1992):
Vazão tratada na ETA (m³/d)
TAS (m3m-2d-1)
Até 1.000 Até 25
1.000 a 10.000
Até 35 (bom nível operacional) Até 25 (outros casos)
> 10.000 Até 40
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• Número de unidades Q < 10.000 m3/d → mínimo 2 unidades (limpeza) Q > 10.000 m3/d → critérios econômicos (terreno, forma, tamanho)
TH028 - Saneamento Ambiental I 25
Projeto Operação TAS
(m3/m
2.d)
t
(h)
Instalações pequenas
Nova tecnologia
(Floculação)
Nova tecnologia
(Floculação)
Precária
Boa
Excelente
20 - 30
35 - 45
40 - 60
3 - 4
1,5 - 2,5
1,5 – 2,5
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Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada
TH028 - Saneamento Ambiental I 26
qHql ..018,0
ql=vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m) H=altura útil do decantador (m) q=taxa de aplicação superficial no decantador (m3/m2/dia)
Em casos de impossibilidade de ensaio em laboratório da velocidade de sedimentação: Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/s/m
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Exercício: Dimensionamento de unidades de sedimentação
• Dados: – Vazão: 1,0 m3/s
• Adota-se: – Número de unidades de sedimentação: 04
– Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
27 TH028 - Saneamento Ambiental I
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12,0 m
45,0 m
2,0 m 1,0 m
9,0 m
Resposta:
TH028 - Saneamento Ambiental I 28
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Decantadores laminares, tubulares ou
de altas taxas de escoamento superficial
29 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Decantador convencional de fluxo horizontal
Todas as partículas dotadas de vs>vsc serão removidas, ao
longo do comprimento L durante um determinado tempo T.
30 TH028 - Saneamento Ambiental I
B
H
L
1
Vh
Vsc
Vs >Vsc Vs <Vsc
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Decantadores de andares e de fundo múltiplo
Se for colocada uma bandeja a uma altura H menor que H0, as mesmas partículas poderiam ser removidas num comprimento menor, reduzindo também o tempo necessário para a remoção.
Vx
Vy
H
Vx
Vy
Vx
Vy
H/3
H/3
H/3
L/3
Bandejas
31 TH028 - Saneamento Ambiental I
Problemas: • Aumento da frequência de
remoção do lodo • Não apresentou eficiência
esperada problema no regime do escoamento que interferia no processo de sedimentação (Re entre 2.000 e 20.000
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Decantador de fundo múltiplo
TH028 - Saneamento Ambiental I 32
Fonte: Richter
Decantador de fundo múltiplo
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TH028 - Saneamento Ambiental I 33
Filtros Decantador Floculação Coagulante
5° )
Descarga de água de lavagem
Floculação Filtros Decantador Coagulante
60° )
Descarga de água de lavagem
a)
b)
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34 TH028 - Saneamento Ambiental I
Decantador laminar ou de alta taxa
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Decantadores laminares Canal de Água
Floculada
Escoamento preferencial
Canal de Água Decantada
Descarga de
Lodo
35 TH028 - Saneamento Ambiental I
Prof. Selma Cubas
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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
38 TH028 - Saneamento Ambiental I
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39 TH028 - Saneamento Ambiental I
Decantadores laminares ou de altas taxas
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TH028 - Saneamento Ambiental I 40
Série de tubos: circulares, quadrados ou hexagonais
Lâminas planas paralelas
Ângulo de inclinação (usualmente entre 50 a 60°)
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Decantador tubular
TH028 - Saneamento Ambiental I 41
Configuração típica
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Montagem
TH028 - Saneamento Ambiental I 42
1 - Montagem
1
Fonte: cidadesaopaulo.olx.com.br/tubos-retangulares
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TH028 - Saneamento Ambiental I 43
2
Fonte: cidadesaopaulo.olx.com.br/tubos-retangulares
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TH028 - Saneamento Ambiental I 44
3
Fonte: cidadesaopaulo.olx.com.br/tubos-retangulares
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Decantador de Placas Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR)
45 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Decantador de Placas
46 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Decantador de Placas
47 TH028 - Saneamento Ambiental I
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TH028 - Saneamento Ambiental I 48
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Decantadores laminares
52 TH028 - Saneamento Ambiental I
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Decantadores laminares
53 TH028 - Saneamento Ambiental I
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TH028 - Saneamento Ambiental I 54
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Decantador tubular adaptado a partir de decantador clássico retangular
TH028 - Saneamento Ambiental I 55
Fonte: CARLOS EDUARDO F MELLO (UFOP)
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Bases teóricas para
dimensionamento dos decantadores de altas taxas
vcs
ve
d
Trajetória crítica
h
vcs,h vcs,v
56
.......
vcs = velocidade crítica de sedimentação ve = velocidade no sentido do escoamento l = comprimento das placas d = distância entre unidades sucessivas de placas paralelas ou diâmetro interno do elemento tubular
coscs
cse
v
senvv
d
l
cshcsve v
d
vv
lt
vcs
ve
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• Sc = constante crítica = fator de eficiência
– Placas planas – S = 1
– Placas onduladas – S =1,3
– Tubos circulares – S = 4/3
– Condutos quadrados – S =11/8
• = ângulo de inclinação das placas ou tubos A eficiência dos decantadores decresce à medida que se aumenta a
inclinação além de 60° • Obs. Manter Re <500 (preferencialmente manter Re<250)
Bases teóricas para dimensionamento dos decantadores de altas taxas
57 TH028 - Saneamento Ambiental I
Eficiência de um sistema de decantação tubular varia com sua configuração segundo um fator S:
cosrsen
vSV ec
cs
Sendo r = l/d
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Canal de água floculada (Canal de acesso ao decantador)
TH028 - Saneamento Ambiental I 58
Velocidade ao longo do canal: • Maior que 0,15 m/s para evitar sedimentação (senão devem ser previstas facilidades para limpeza (declividade, registros de descarga, etc) • No máximo igual à metade da velocidade nas aberturas de entrada nos decantadores
Comportas: • Objetivo: distribuir equitativamente a água no decantador • Gradiente de velocidade (G): menor ou igual à última câmara de floculação
Consultar NBR 12216/92
Seção transversal: • Decrescente ao longo do comprimento
Vianna, 1997
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Cortina distribuidora
TH028 - Saneamento Ambiental I 59
Objetivo: Uniformizar o fluxo de água floculada
Velocidade: • Muito baixa: distribui mal • Muito alta: Quebra o floco
Material: • Alvenaria • Madeira • Concreto
Vianna, 1997
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Cortina distribuidora
TH028 - Saneamento Ambiental I 60
Gradiente de velocidade:
G = gradiente de velocidade (s-1) D = diâmetro do orifício (m) S= espaçamento entre os eixos de dois orifícios adjacentes (m) U = velocidade média de passagem de água através do orifício (m/s) ν= viscosidade cinemática da água (m²/s) x = distância percorrida pelos jatos até que haja interferência entre eles (m)
Vianna, 1997
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TH028 - Saneamento Ambiental I 61
Distância entre orifícios ≤ 0,5 m Distância da entrada = 1,5 H a/A Sendo: H – Altura útil do decantador (m) a – área total dos orifícios (m²) A – Seção transversal do decantador (m²) a/A ≤ 0,5 Gradiente de velocidade nos orifícios ≤ 20 s-1
Se a parede da cortina tiver espessura inferior à dimensão que caracteriza as aberturas de passagem da água, estas devem receber bocais de comprimento pelo menos igual à referida dimensão.
Consultar NBR 12216/92
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Decantador convencional x de alta taxa
Decantador convencional
• Escoamento horizontal
• TAS < 50 m3m-2d-1
• Tempo de residência (θH ): 2-4 h
Decantador de alta taxa
• Introdução de dutos/placas
• TAS 150 m3m-2d-1
• Tempo de residência (θH ): <60min Área menor
Remoção de lodo: • Mecânica ou manual • Frequência=f(conc. de sólidos), mas não pode ser longo demais para não
solubilizar metais/impurezas
65 TH028 - Saneamento Ambiental I
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DECANTADORES LAMINARES PARÂMETROS DE PROJETO
► Velocidade de sedimentação: 20 a 60 m/dia
(Em função das características do floco, definidas pelas etapas de coagulação e floculação)
► Ângulo das placas com a horizontal: 60º
► Comprimento da placa: 0,6 a 1,2 metros
► Velocidade de escoamento entre as placas: 15 a 20 cm/min
► Espaçamento entre as placas: 4 a 8 cm
► Altura do decantador: 4 a 6 metros
► Relação Comprimento/Largura 2
► Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/s/m
66 TH028 - Saneamento Ambiental I
qHql ..018,0 ql=vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m) H=altura útil do decantador (m) q=taxa de aplicação superficial no decantador (m3/m2/dia)
Em casos de impossibilidade de ensaio em laboratório da velocidade de sedimentação
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Referências Bibliográficas
• Richter, Carlos A. 2009. Água – Métodos e Tecnologia de Tratamento. São Paulo: Ed. Blucher.
TH028 - Saneamento Ambiental I 69