O documento discute o processo de coagulação no tratamento de água, definindo coagulação como a desestabilização de partículas coloidais através da adição de coagulantes como sulfato de alumínio ou cloreto férrico. Aborda os mecanismos de desestabilização, como compressão da dupla camada, e aspectos hidráulicos do processo, como o dimensionamento de calhas Parshall para mistura rápida e alcance do gradiente de velocidade desejado.

1. ESCOLA POLITÉCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA PHD 2411 – SANEAMENTO I COAGULAÇÃO Prof. Dr. Roque Passos Piveli Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

2. COAGULAÇÃO Introdução Definição de um sistema coloidal Colóides liofóbicos e liofílicos Colóides hidrofóbicos e hidrofílicos Estabilidade de um sistema coloidal

3. COAGULAÇÃO Definição do processo de coagulação em águas de abastecimento Forças intermoleculares de Van der Waals Teoria da Dupla Camada

4. COAGULAÇÃO Comportamento químico em meio aquoso dos coagulantes mais utilizados no processo de tratamento de água Sais de alumínio (Sulfato de alumínio) Sais de Ferro (Cloreto férrico e sulfato férrico)

5. COAGULAÇÃO Mecanismos de desestabilização de partículas coloidais Compressão da Dupla Camada Adsorção neutralização Varredura Ponte interparticular Exercício – Dimensionamento de Calhas Parshall

6. Tratamento Convencional de Águas de Abastecimento Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água final Agente oxidante CAP Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Polímero Polímero Agente oxidante Agente oxidante Flúor Alcalinizante

7. COAGULAÇÃO

8. COAGULAÇÃO

9. DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS 1  m 10 -3  m Partículas dissolvidas Partículas em suspensão Partículas coloidais 0,45  m Turbidez Cor aparente SST Cor real SDT Compostos dissolvidos

10. ESPECTRO DE DIÂMETROS DE PARTÍCULAS

11. DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS 1  m 10 -3  m Partículas dissolvidas Partículas em suspensão Partículas coloidais Processos de membrana Osmose reversa Nanofiltração Tratamento convencional e variantes Filtração direta Filtração em linha Filtração lenta

12. COAGULAÇÃO SISTEMAS COLOIDAIS

13. Definição: Operação unitária responsável pela desestabilização das partículas coloidais em um sistema aquoso, preparando-as para a sua remoção nas etapas subseqüentes do processo de tratamento. COAGULAÇÃO

14. COAGULAÇÃO Diâmetro das partículas Freqüência relativa Água bruta Água coagulada

15. SISTEMAS COLOIDAIS Colóides liofóbicos: São aqueles que formam um sistema heterogêneo com o solvente (Sistema Bifásico). Desta forma, distingue-se uma fase contínua (solvente) e uma fase dispersa (colóides). Uma vez que predomina um sistema bifásico, pode-se definir uma área de interface.

16. SISTEMAS COLOIDAIS Colóides liofílicos: São aqueles que formam um sistema homogêneo com o solvente (Sistema Unifásico). Desta forma, distingue-se uma única fase contínua tendo o solvente e o sistema coloidal como soluto.

17. ESTABILIDADE DE SISTEMAS COLOIDAIS Quando a fase contínua é a água, os sistemas coloidais são denominados hidrofóbicos e hidrofílicos.

18. ESTABILIDADE DE SISTEMAS COLOIDAIS Sistemas coloidais hidrofóbicos: São sistemas instáveis, pois as interações com o solvente são pequenas.

19. ESTABILIDADE DE SISTEMAS COLOIDAIS Sistemas coloidais hidrofílicos: São sistemas estáveis, as interações com o solvente são tais que previnem o sistema contra alterações em sua “estrutura global”.

20. CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS COLOIDAIS Movimento Browniano: Bombardeamento pelas moléculas de água. Efeito Tyndall: Propriedade de dispersar a luz. A quantificação desta propriedade de um sistema coloidal é denominada nefelometria. Comportamento Elétrico: Existência de cargas negativas e positivas na superfície do colóide (Eletroforese).

21. TEORIA DA DUPLA CAMADA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - + + + + Partícula Cargas N- N+ Meio Aquoso Camada difusa Camada rígida

22. TEORIA DA DUPLA CAMADA ESTABILIDADE COLOIDAL

23. TEORIA DA DUPLA CAMADA ESTABILIDADE COLOIDAL

24. ESTABILIDADE COLOIDAL

25. O PROCESSO DE COAGULAÇÃO Mecanismos de desestabilização de partículas coloidais Compressão da dupla camada Adsorção-neutralização Varredura Ponte interparticular

26. COAGULANTES EMPREGADOS EM ENGENHARIA AMBIENTAL Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) Cloreto férrico (líquido) Sulfato férrico (líquido) Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido) Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido)

27. DOSAGENS DE COAGULANTE USUALMENTE EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l) Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l) Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l) Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4 mg/l)

28. O PROCESSO DE COAGULAÇÃO Compressão da dupla camada

29. O PROCESSO DE COAGULAÇÃO Porque a compressão da dupla camada é incompleto no que tange à explicação do mecanismo de desestabilização de partículas coloidais ? São desprezados os efeitos entre o coagulante e o solvente, bem como da partícula coloidal e o solvente

30. COAGULAÇÃO: REAÇÕES QUÍMICAS ALUMÍNIO

31. COAGULAÇÃO: REAÇÕES QUÍMICAS FERRO

32. DIAGRAMA DE SOLUBILIDADE DO FERRO E ALUMÍNIO EM MEIO AQUOSO

33. VISÃO DINÂMICA DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO Solvente Coagulante Colóide

34. DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS PROCESSO DE COAGULAÇÃO Calhas Parshall Vertedores retangulares Malhas difusoras Injetores

35. PROCESSO DE COAGULAÇÃO VERTEDORES RETANGULARES

36. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL

37. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA

38. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA

39. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA

40. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO

41. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO

42. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO

43. PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO

44. DISPOSITIVOS MECÂNICOS PROCESSO DE COAGULAÇÃO Agitadores mecânicos Turbinas Hélice propulsora

45. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

46. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

47. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA

48. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA

49. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA

50. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA

51. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP)

52. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP)

53. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA RIO GRANDE (SABESP)

54. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA RIO GRANDE (SABESP)

55. PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA RIO GRANDE (SABESP)

56. CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dx dy dz

57. CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dx dy dz

58. CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE G=Gradiente de velocidade (s -1 ) dx dy dz

59. CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE Agitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axial F a =força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C d =coeficiente de arraste A p =área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W)

60. CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE Agitadores de fluxo axial F a =força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C d =coeficiente de arraste A p =área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W) 1,63 Turbina com seis palhetas inclinadas a 45 0 1,0 a 1,2 Turbina com quatro palhetas inclinadas a 32 0 1,27 Turbina com quatro palhetas inclinadas a 45 0 4,80 Turbina (seis palhetas curvas) 5,75 Turbina (seis palhetas retas) 0,87 Hélice propulsora marítima (3 hélices) Valor de K T Tipo de rotor

61. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL

62. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL

63. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL

64. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL

65. SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL

66. Gradiente de velocidade  1.000 s -1 Mecanismo de coagulação por adsorção-neutralização Gradiente de velocidade  300 s -1 Mecanismo de coagulação por varredura Tempo de detenção hidráulico  30 s UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA DIMENSIONAMENTO

67. Vazão: 1,0 m 3 /s Verificação do gradiente de velocidade DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL

68. Seleção da Calha Parshall DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL

69. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL

70. Equação de descarga: DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL

71. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da largura na secção de medida

72. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da velocidade na secção de medida

73. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da energia total disponível

74. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do ângulo fictício 

75. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da velocidade da água no início do ressalto

76. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da altura de água no início do ressalto

77. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do número de Froude

78. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da profundidade no final do trecho divergente

79. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da velocidade no final do trecho divergente

80. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da perda de carga no ressalto hidráulico

81. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do tempo de residência médio no trecho divergente

82. DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do gradiente de velocidade

83. Muito Obrigado !!!