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OPERAÇÕES UNITARIAS EM MEIO AMBIENTE
COAGULAÇÂO FLOCULAÇÃO E DECANTAÇÃOPROFESSOR
LUIZ ALBERTO CESAR TEIXEIRA
APRESENTADO PORJAVIER 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) Coagulaçãob) Floculaçãoc) 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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60
120
min
612
4
Jones - Lennard de Potencial ''
dr
drG
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total
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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 partículab) Promover a adsorsão específica de ionsc) 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) Origemb) Peso Molecularc) Carga Elétrica
A escolha do reagente deve levar em consideração inicialmente da floculação
Alguns fatores que influem na utilização dos polímerosa) Forma de Aplicaçãob) Ambiente Químicoc) Sistema Hidrodinâmicod) 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 dc
Dd 3
2
2
gVF sp )(
18)( 2gDV s
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 sedimentaçãoVc: 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.
AQVc
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 FraçãoXc
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
Fraç
ão d
e pa
rtícu
las
com
m
enos
vel
ocid
ade
que
a es
tabe
leci
da, X
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RUFAU
SA )(335.1.
00
orSedimentad do AreaHc
tu
Teoria Aplicada Coe e Clevenger (1916) desenvolveram uma teoria aplicada ao espessamento.
OndeF: diluição dos sólidosRρ: gravidade especifica do líquidoU: diluição do underflowS: 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
HccH
Hcc 0000
0HtQA 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
ftft
LmgLmgMgaldMgal
fthft
hssft
sftft
fftdMgalsftdMgal
hfthff
ftft
sdMgalsftdMgal
fLmg
ftLmg
VcQ
A
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ttv
t
HTQT
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
6.191703340
3340400034.81.0
1036.36060103.0
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