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Decantação/Sedimentação
Introdução
Decantação ou sedimentação é um processo dinâmico de separação de partículas sólidas suspensas nas águas. Diminuindo-se a velocidade de escoamento das águas reduzem-se os efeitos da turbulência, provocando a deposição de partículas mais pesadas do que a água, suspensas nas correntes líquidas. O processo de sedimentação para remoção de partículas sólidas em suspensão é um dos mais comuns no tratamento da água. Consiste na utilização das forças gravitacionais para separar partículas de densidade superior a da água, depositando-as em uma superfície ou zona de armazenamento. As partículas que não são removidas na sedimentação, seja por seu pequeno tamanho ou por serem de densidade muito próxima a da água, deverão ser removidas na filtração. Normalmente a água contém materiais finamente divididos, no estado coloidal, ou em solução, que não podem ser removidos por sedimentação simples, sendo necessária a adição de coagulante para formar aglomerados ou flocos que sedimentam com facilidade. A sedimentação, com coagulação prévia, é um processo de clarificação usado na maioria das estações de tratamento, visando reduzir a carga de sólidos aplicada aos filtros. A sedimentação de partículas floculentas é usualmente chamada de decantação e, as unidades onde se realiza este processo, de tanque de decantação, ou simplesmente de decantadores. Os decantadores mais utilizados são: decantadores de fluxo horizontal, apresentam alta eficiência e baixa sensibilidade a condições de sobrecarga e; decantadores tubulares ou de alta taxa.
Velocidade de sedimentação
Velocidade de sedimentação a 20º C, de partícula com densidade de 2,.
Partículas Tamanho das partículas
Velocidade de sedimentação
Tempo necessário para cair 3,00 m Areia 0,20 mm 2,4 cm/s 2 minutos Areia fina 0,10 mm 0,9 cm/s 6 minutos Silte 0,01 mm 0,01 cm/s 8 horas
Decantadores de fluxo horizontal.
A relação Q/A é conhecida como taxa e escoamento superficial e é, usualmente dada em m^3 /m^2 xdia. A taxa de escoamento superficial é numericamente igual à velocidade crítica de sedimentação. Todas as partículas com velocidade de sedimentação igual ou superior a Vcs serão integralmente removidas no decantador. Partículas com velocidade de sedimentação menores que Vcs só serão removidas se
entrarem no decantador, Figura 1, a uma profundidade do fundo não superior a x = Vs x to, sendo to tempo nominal de detenção.
Figura 1– Trajetória de partículas discretas na zona de sedimentação
Como cs cs cs
o (^) V
h bxlxV
bxlxh AxV
bxlxh Q
V
t = = = =
Os flocos de sulfato de alumínio geralmente sedimentam a uma velocidade compreendida entre 0,02 e 0,08 cm/s, ou seja, entre 18 e 70 m^3 /m^2 xdia. Em primeira análise, poder-se-ia concluir, pois que a taxa e escoamento superficial deve ficar entre esses valores. Com os recursos modernos, compreendendo a dispersão de regentes, a coagulação com agentes auxiliares e a floculação mais eficiente, consegue-se obter flocos com melhores condições de sedimentação. A limitação da velocidade longitudinal máxima a um valor adequado para evitar o arrasto e a resuspensão de flocos já depositados, irá impor uma condição de profundidade mínima nos decantadores dado pela seguinte equação:
a
A
h
l
Onde:
h e l são respectivamente o comprimento e a profundidade do decantador; A e a, áreas da superfície e da secção transversal. A profundidade dos decantadores convencionais tem sido adotada geralmente entre 3,5 a 4,5 m. Pode-se adotar profundidades menores quando se faz remoção contínua de lodos. Com a fixação de uma profundidade mínima resulta um tempo de detenção, parâmetro indevidamente usado como critério básico de projeto há algum tempo.
Relação entre comprimento e a largura
Nos decantadores de fluxo horizontal, deve-se ter uma relação conveniente entre o comprimento e a largura. Comprimentos relativamente pequenos dificultam a boa distribuição da água. Comprimentos relativamente grandes podem resultar em velocidades longitudinais elevadas que causam o arrasto de flocos. Geralmente são aceitos os limites seguintes:
B
L
Mais comumente: = B
L
3 a 4
Onde: L = comprimento B = largura
Período de detenção
Deve-se assegurar um certo tempo de permanência para a água nos decantadores, para possibilitar a sedimentação das partículas que se deseja remover.
Adota-se:
Período de detenção (horas) = vazão no decantador
volume do decantador − −
Onde:
Vazão = em m^3 /h Volume do decantador = em m^3
Para decantadores clássicos adota-se geralmente entre 2h e 2h30.
Profundidade dos decantadores
Com o período de detenção e a vazão, obtém-se o volume do decantador, que juntamente com a área superficial, fornecerá a profundidade.
área erficial
volume H −sup
BxL
TxQ H =
Onde:
H = profundidade Q = vazão T = tempo de detenção B = largura L = comprimento
A velocidade de escoamento das águas, deve ser inferior a velocidade de arraste das partículas sedimentadas, V < 1,25 cm/s.
BxH
Q
S
V =^ Q =
O número mínimo de decantadores em uma E.T.A deve ser de 2 unidades, para possibilitar limpeza e reparos, sem interromper o tratamento.
EXEMPLO
Uma E.T.A, com 2 decantadores deverá purificar 60 L/s (216 m^3 /hora; 5. m^3 /dia) de águas coloidais. Calcular os decantadores.
Solução:
a) Área do decantador
Taxa de escoamento superficial adotada: 30 m^3 /m^2 xdia
Q = AxV
2 3 2
3 173 30 /
m m m xdia
m dia V
Q
A = = =
Área para um decantador: 173/2 = 86,5 m^2
b) Largura e comprimento
Adotando-se = 2 , 5 B
L
L x B = 86,
2,5B x B = 86,
2 86 ,^5
B =
