ESCOLA POLITCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRULICA

ESCOLA POLITÉCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA PHD 5745 – PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS I SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL ► Introdução ► Sedimentação ► Lei Discreta (Tipo I) de Newton ► Lei de Stokes ► Modelação Matemática do Processo de Sedimentação Discreta ► Parâmetros de Projeto

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL ► Sedimentação Floculenta (Tipo II) ► Modelação Matemática do Processo de Sedimentação Floculenta ► Ensaio em Coluna de Sedimentação ► Parâmetros de Projeto

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL ► Sedimentação em Zona (Tipo III) ► Modelação Matemática do Processo de Sedimentação em Zona ► Dimensionamento de Adensadores ► Método proposto por Coe e Clevenger ► Parâmetros de Projeto

Manancial Coagulação Polímero Agente oxidante Alcalinizante Coagulante CAP Agente oxidante TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Floculação Sedimentação Polímero Água Final Desinfecção Agente oxidante Alcalinizante Fluoretação Flúor Correção de p. H Agente oxidante Filtração

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL Decantadores !!!

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL Decantadores !!!

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

PROCESSO DE LODOS ATIVADOS CONVENCIONAL Grade Caixa de areia Decantador Primário Tanque de Aeração Decantador Secundário Rio Adensamento Digestão Secagem Lodo “Seco”

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO Definição: Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade.

SEDIMENTAÇÃO Classificação dos Processos de Sedimentação ► Sedimentação discreta (Tipo 1) ► Sedimentação floculenta (Tipo 2) ► Sedimentação em zona (Tipo 3) ► Sedimentação por compressão (Tipo 4)

Velocidade de Sedimentação Força de arraste Empuxo Peso

Velocidade de Sedimentação Força de arraste Empuxo Peso

Velocidade de Sedimentação Força de arraste Empuxo Peso

Velocidade de Sedimentação Força de arraste Empuxo Peso Log Cd 0, 44 Região A Região C Região D Região B 0, 1 0, 2 500 2. 105 Log Re

Velocidade de Sedimentação Log Cd 0, 44 Região A Região C Região D Região B Lei de Newton 0, 1 0, 2 500 2. 105 Log Re Lei de Stokes

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I) ► Sedimentação discreta: As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

Sedimentação Discreta (Tipo I) 1 H 2 Vh Vs B L

Sedimentação Discreta (Tipo I) 1 H 2 Vh Vs B L

Sedimentação Discreta (Tipo I) 1 H 2 Vh Vs B L Taxa de escoamento superficial Partículas com Vs superiores a q serão removidas durante o processo de sedimentação gravitacional

Sedimentação Discreta (Tipo I) Análise do Equacionamento Matemático Vs=Velocidade de sedimentação (m/s) q=taxa de escoamento superficial(m 3/m 2/dia) ►q é função somente da geometria do decantador, portanto, é um parâmetro de projeto.

Sedimentação Discreta (Tipo I) Análise do Equacionamento Matemático Vs=Velocidade de sedimentação (m/s) q=taxa de escoamento superficial(m 3/m 2/dia) ► Vs é uma propriedade da partícula, podendo esta ser manipulada mediante a operação dos processos de coagulação-floculação

Floculação e Sedimentação Frequência relativa Água bruta Água coagulada dc apresenta Vs Se Vs > q, todas as partículas com diâmetro superior a dc serão removidas Diâmetro crítico Diâmetro das partículas

Floculação e Sedimentação Água bruta Água coagulada Água floculada Frequência relativa dp > dc Partículas sedimentáveis Diâmetro crítico Diâmetro das partículas

Sedimentação Discreta (Tipo I) 1 H 2 Vh Vs B L Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão física da partícula permanece inalterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional, o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.

SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II) ► Sedimentação floculenta: a velocidade de sedimentação das partículas não é mais constante, uma vez que as mesmas agregam-se ao longo do processo de sedimentação.

SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II) ► Com o aumento do diâmetro das partículas há, conseqüentemente, o aumento de sua velocidade de sedimentação ao longo da altura.

Sedimentação Floculenta (Tipo II) 1 H Vh Vs 2 B L Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.

Sedimentação Floculenta (Tipo II) 1 H Vh Vs 2 B L

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 0 C 1, t 1 C 1, t 2 C 1, tn C 0 C 2, t 1 C 2, t 2 C 2, tn C 0 C 3, t 1 C 3, t 2 C 3, tn C 0 C 4, t 1 C 4, t 2 C 4, tn C 0 C 5, t 1 C 5, t 2 C 5, tn C 0 C 6, t 1 C 6, t 2 C 6, tn t 1 t 2 tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 0 R 1, t 1 R 1, t 2 R 1, tn R 0 R 2, t 1 R 2, t 2 R 2, tn R 0 R 3, t 1 R 3, t 2 R 3, tn R 0 R 4, t 1 R 4, t 2 R 4, tn R 0 R 5, t 1 R 5, t 2 R 5, tn R 0 R 6, t 1 R 6, t 2 R 6, tn t 1 t 2 tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) R 0 R 1, t 1 R 1, t 2 R 1, tn R 0 R 2, t 1 R 2, t 2 R 2, tn R 0 R 3, t 1 R 3, t 2 R 3, tn R 0 R 4, t 1 R 4, t 2 40% 20% t 0 R 5, t 1 R 5, t 2 R 0 R 6, t 1 R 6, t 2 t 1 t 2 60% 100% 80% R 4, tn R 5, tn 50% R 6, tn tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 0 t 1 t 2 tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 0 t 1 t 2 tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 0 t 1 t 2 tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 0 t 1 t 2 tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 0 t 1 t 2 tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 0 t 1 t 2 tn Tempo

Altura Sedimentação Floculenta (Tipo II) t 1 t 2 tn Tempo Remoção SST (%) t 0 Taxa de escoamento superficial (m 3/m 2/dia)

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

DECANTADORES CONVENCIONAIS EM ETA’S E ETE’S

DECANTADORES CONVENCIONAIS EM ETA’S E ETE’S

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA Decantadores !!!

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

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DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP) Decantadores !!!

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO TIÊTE (SABESP) Decantadores !!!

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

DECANTADORES PRIMÁRIOS ETE IPIRANGA (SABESP)

DECANTADORES PRIMÁRIOS ETE ABC (SABESP)

DECANTADORES PRIMÁRIOS ETE ABC (SABESP)

DECANTADORES CONVENCIONAIS PAR METROS DE PROJETO ► Taxa de escoamento superficial: 20 m 3/m 2/dia a 60 m 3/m 2/dia. ► (Função das características de sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de coagulaçãofloculação) ► Altura do decantador: 3, 0 metros a 5, 0 metros.

DECANTADORES CONVENCIONAIS PAR METROS DE PROJETO Comprimento/Largura 4 ► Taxa de escoamento linear (vertedor) 1, 8 l/m/s ► Re 20. 000 (Verificação) ► Fr 10 -5 ► Relação

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR L’ 1 H 2 Vh Vs B H/2 L 02 canais

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR L’ 1 H 2 Vh Vs B H/4 L 02 canais n canais

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR Vsh Vsv V 0 l Vs w Trajetória crítica h

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR Vsh Vsv V 0 l Vs w Trajetória crítica h

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR Vsh Vsv V 0 l Vs w Trajetória crítica h

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR Ap Vsh Vsv V 0 l Vs w h Trajetória crítica Equação de dimensionamento

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR

CONVENCIONAL X LAMINAR Decantador convencional Decantador laminar • Sc=1 (Placas planas) • Sc=4/3 (Tubos circulares) • Sc=11/8 (Tubos quadrados)

CONVENCIONAL X LAMINAR NGULO DAS PLACAS

CONVENCIONAL X LAMINAR GRANDEZA L (l/w)

DECANTADORES LAMINARES ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARES ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARES ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES PAR METROS DE PROJETO ► Velocidade de sedimentação: 20 m 3/m 2/dia a 60 m 3/m 2/dia. ► (Função das características do floco, definidas pelas etapas de coagulação e floculação) ► ngulo das placas com a horizontal: 60 o

DECANTADORES LAMINARES PAR METROS DE PROJETO ► Comprimento da placa: 0, 6 metros a 1, 2 metros ► Velocidade de escoamento entre as placas: 15 cm/min a 20 cm/min ► Espessura entre as placas: 4 cm a 8 cm

DECANTADORES LAMINARES PAR METROS DE PROJETO ► Altura do decantador: 4, 0 metros a 6, 0 metros. ► Relação Comprimento/Largura 2 ► Taxa de escoamento linear (vertedor) 1, 8 l/m/s

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III) ► Sedimentação em zona: As partículas sedimentam-se como um bloco rígido, a concentração de sólidos é alta, o que faz com que as interações entre as partículas sejam significativas

DECANTADORES SECUNDÁRIOS ETE SUZANO (SABESP)

DECANTADORES SECUNDÁRIOS ETE BARUERI (SABESP)

DECANTADORES SECUNDÁRIOS ETE BARUERI (SABESP)

ADENSADORES POR GRAVIDADE ETE BARUERI (SABESP)

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III) Teor de sólidos (%) Baixo TS Sedimentação Tipo III Sedimentação Tipo IV Alto TS Mineral Floculenta

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III) H 0 H 1 H 2 Tempo t 0 Tempo t 1 Tempo t 2

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III) Velocidade de sedimentação H H 0 Ponto de compressão H 1 H 2 Tempo t 0 Tempo t 1 Tempo t 2 Tempo

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III) H C 0 C 1 C 2 Tempo

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III) ► TEORIA DE KYNCH: A velocidade de sedimentação das partículas é função da concentração de sólidos H C 2, V 2 C 1, V 1 C 0, V 0 Tempo

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III)

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III)

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III)

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III)

SEDIMENTAÇÃO EM ZONA (TIPO III)

ESQUEMA GERAL DE UM ADENSADOR POR GRAVIDADE Q, X 0 Qa, Xa X 0 H Qu, Xu Xu X

ESQUEMA GERAL DE UM ADENSADOR POR GRAVIDADE Q, X 0 Qa, Xa 0 Qu, Xu

ADENSADOR POR GRAVIDADE TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS Q, X 0 Fluxo de sólidos devido a ação da gravidade Qa, Xa Qu, Xu Xi, Vi Fluxo de sólidos devido a retirada de lodo

ADENSADOR POR GRAVIDADE TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS Q, X 0 Qu, Xu Qa, Xa Xi, Vi

ADENSADOR POR GRAVIDADE TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS Q, X 0 Qa, Xa Qu, Xu Xi, Vi

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ

ESQUEMA GERAL DE UM ADENSADOR POR GRAVIDADE Q, X 0 Qa, Xa X 0 H Qu, Xu Xu X

ADENSADOR POR GRAVIDADE TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS Q, X 0 Qa, Xa Qu, Xu Xi, Vi

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ Fluxo de sólidos limitante

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TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ Fluxo de sólidos limitante CS limitante

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ Fluxo de sólidos limitante CS limitante

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ Adensamento !!! CS retirada Fluxo de sólidos limitante CS limitante

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ Relação entre Xi e Vi Fixa-se o valor de U Determina-se FSl e Xl CS retirada Fluxo de sólidos limitante CS limitante Determina-se Xu Calcula-se o valor de A

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ Xu

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ Xu Xu Xu

TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ

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TEORIA DE FLUXO DE SÓLIDOS ESTUDO DE CASO: ETA GUARAÚ Clarificação !!!

Muito Obrigado !!!