operaÇÕes unitarias em meio ambiente coagulaÇÂo floculaÇÃo e decantaÇÃo professor luiz...
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OPERAÇÕES UNITARIAS EM MEIO AMBIENTE
COAGULAÇÂO FLOCULAÇÃO E DECANTAÇÃO
PROFESSOR
LUIZ ALBERTO CESAR TEIXEIRA
APRESENTADO POR
JAVIER BASURCO CAYLLAHUA
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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) Coagulação
b) Floculação
c) Aglomeração
INTRODUÇÃO
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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
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TIPOS DE DISSOCIAÇÃO NA ÁGUA
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Pôr tanto a coagulação é obtida com a redução ou mesmo eliminação da barreira energética repulsiva:
a) Alterar a carga elétrica superficial da partícula
b) Promover a adsorsão específica de ions
c) Provocar a compressão da dupla camada
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FLOCULAÇÃO
A floculação caracteriza-se pela ação de um polímero denominado floculante que promove a agregação de partículas finas em forma de flocos
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Os polímeros podem ser classificados como:
a) Origem
b) Peso Molecular
c) Carga Elétrica
A escolha do reagente deve levar em consideração inicialmente da floculação
Alguns fatores que influem na utilização dos polímeros
a) Forma de Aplicação
b) Ambiente Químico
c) Sistema Hidrodinâmico
d) Tamanho das Partículas
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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 d
c
Dd
3 2
2
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18
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t
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Quando a velocidade terminal se atinge a força de atrito é igual a força do empuxo
2/1
3
)(4
cD
st C
dgV
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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
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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.
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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
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A taxa na qual a água clarificada esta sendo produzida é:
A: Área do tanque de sedimentação
Vc: 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.
A
QVc
VcAQ
Detenção de Tempo
deProfundidaVc
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Fração total de partículas removidas é dada pela equação:
Vc quemenor Vp com removidas partículas de Fração
Xc
0
Vc quemaior Vp e velocidadcom partículas de Fração
Xc
0
:
:)1(
)(Removida Fração
Vc
Vp
Vc
VpXc-1
dx
Xc
dx
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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
Fra
ção
de p
art
ícu
las c
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men
os v
elo
cid
ad
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cid
a,
X
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R
UFAU
S
A )(335.1.
00
orSedimentad do AreaHc
tu
Teoria Aplicada Coe e Clevenger (1916) desenvolveram uma teoria aplicada ao espessamento.
Onde
F: diluição dos sólidos
Rρ: gravidade especifica do líquido
U: diluição do underflow
S: taxa dos sólidos
)2000()()4.62()24( SUFAR
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Área requerida para o sedimentador é determinada pôr Talmadge e Fitch:
uu
ii H
Hcc
H
Hcc 0000
0H
tQA u
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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.
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dftgal
ft
dgal
ft
ft
LmgLmgMgaldMgal
fthft
hssft
sftft
fftdMgalsftdMgal
hfthff
ftft
sdMgalsftdMgal
fLmg
ftLmg
Vc
QA
cQ
ttv
t
H
TQT
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
6.19170
3340
3340400034.81.0
1036.3
6060103.0
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
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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.
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BIBLIOGRAFIA Livros
Tratamento de Minérios Metcalf
PapersEnvironmental Implications of Aggregation Phenomena: Current UnderstandingEverything you want to know about coagulation and flocculation
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MUITO OBRIGADO