Floculação: Processo de Tratamento de Água

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Aula 5: Floculação
Prof. Mauricio Barreto
FLOCULAFLOCULAÇÇÃOÃO
Professor
Francisco Mauricio de Sá Barreto, Dr.
barreto@ifce.edu.br
Curso: Tecnólogo em Saneamento Ambiental
Departamento: Construção Civil
Disciplina: Saneamento ISaneamento I
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1. Introdução
• Uma vez desestabilizadas as partículas coloidais (coagulação), 
pode-se, em seguida, tratar de reuni-las umas às outras, formando 
os denominados flocos.
� Formação dos flocos:
• Manter a água em agitação durante certo tempo, de forma que as 
partículas desestabilizadas choquem-se entre si.
� Processo:
1) Existem, na água em tratamento, muitas partículas 
desestabilizadas a serem reunidas. Por este motivo, e para propiciar 
condições favoráveis ao choque entre elas, a agitação é
inicialmente intensa (bem menor que na coagulação).
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2) Com o passar do tempo, os flocos que se formam como 
resultado desses choques vão se tornando menos numerosos e mais 
volumosos.
3) Flocos maiores não resistem a agitações intensas, como as 
utilizadas no início da floculação: as forças de cisalhamento aí
prevalecentes seriam capazes de rompê-los.
4) Por este motivo, a intensidade da agitação vai sendo reduzida 
com o tempo, e os flocos crescem cada vez mais ao longo do 
processo.
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Coalescência
Floculação
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Partículas Choques Agregação
Processo Físico
(Transporte)
Estabilidade do Colóide
(Coagulação)
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� Fundamento:
a) Formação de flocos sedimentáveis de suspensões finas através do 
emprego de coagulantes.
b) Finalidade: aumentar as oportunidades de contato entre as 
impurezas das águas e os flocos que se formam pela reação do 
AlSO4, pois os flocos até então formados bem como as impurezas 
ainda dispersas não têm peso suficiente para se sedimentarem por
peso próprio.
c) Depois da adição do AlSO4, a água chega aos floculadores, onde 
pode receber polieletrólito (produto químico), ajudando na 
floculação. 
2. Mistura Lenta ou Floculação
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d) Os flocos formados têm aspecto gelatinoso o que facilita o 
agregamento de partículas na superfície do floco original. Com 
esses encontros e ao longo do tempo os flocos aumentam de 
tamanho (acima de 1 mm de diâmetro) e tornam-se mais 
sedimentáveis na fase seguinte, a decantação. 
Assim:
A FLOCULAÇÃO é um processo físico no qual as partículas 
coloidais são colocadas em contato umas com as outras, de modo a
permitir o aumento do seu tamanho físico, alterando, desta forma, a 
sua distribuição granulométrica.
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a) Movimentos ortocinéticos
Decorrentes da introdução de energia externa; As partículas são 
colocadas em contato umas com as outras através do movimento 
do fluído (presença de gradientes de velocidade).
b) Movimentos pericinéticos
Decorrem do movimento Browniano e da ação da gravidade, que 
faz com que as partículas, ao caírem, se choquem e se 
aglomerem. As partículas coloidais apresentam um movimento 
aleatório devido ao seu contínuo bombardeamento pelas 
moléculas de água. A energia propulsora da floculação 
pericinética é a energia térmica do fluído.
3. Floculação: ortocinética e pericinética
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a. Velocidade de escoamento (m/s);
b. Tempo de detenção (minutos); 
c. Gradiente de velocidade (s-1). 
� Velocidade de escoamento:
Deve ser maior que 0,10 m/s para evitar a sedimentação de flocos 
no próprio floculador. 
Por outro lado não pode ser muito elevada para não quebrar ou 
romper os flocos já formados. 
4. Parâmetros que intervêm no processo 
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� Tempo de detenção:
Grandeza fundamental no dimensionamento hidráulico de floculador 
que depende, inclusive, muito da temperatura da água. 
Brasil: valores de 15 a 20 minutos. 
� Gradiente de velocidade:
Parâmetro usual no projeto de floculadores e, pode-se empregar as 
seguintes expressões: 
agitação hidráulica - G = 3115 (H / t)1/2 
agitação mecânica - G = 685 (P/Qt)1/2 
Sendo:
G = Gradiente (s-1); H = perda de carga (m);
t = período de detenção (s); P = potência aplicada, em HP (HP = 
Cavalo (de potência) = 746 W; Q = vazão (m3/s). 
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• Inicia-se a floculação com muita agitação da água em 
tratamento (G mais elevados).
• Ao longo do floculador, esse grau de agitação (G) vai sendo 
reduzido. Com isto, os flocos vão crescendo e se tornando mais 
pesados.
• Na saída do floculador, deseja-se obter flocos pesados o 
suficiente para que a maioria deles possa ser separada da água 
em tratamento, por sedimentação, no interior dos decantadores.
5. Tipos de Floculadores
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� Existem, basicamente, duas formas de se efetuar essa agitação:
• fazendo com que a água percorra um caminho cheio de 
mudanças de direção, ou...
• introduzindo equipamentos mecânicos, capazes de manter a água 
em constante agitação.
� No primeiro caso, tem-se os floculadores hidráulicos.
� No segundo caso, tem-se os floculadores mecanizados.
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� Transcreve-se a seguir alguns itens da referida Norma.
• O “t” no tanque de floculação e os G a serem aplicados devem 
ser determinados por meio de ensaios realizados com a água a 
ser tratada.
• Dependendo do porte da estação e a critério do órgão 
contratante não sendo possível proceder aos ensaios destinados a 
determinar o “t” adequado, podem ser adotados valores entre 20 
e 30 min., para floculadores hidráulicos, e entre 30 e 40 min, 
para os mecanizados.
• Não sendo realizados ensaios, deve ser previsto G máximo, no 
primeiro compartimento, de 70s-1 e mínimo, no último, de 10s-1.
6. Disposições da NBR 12216
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• A agitação da água pode ser promovida por meios mecânicos ou 
hidráulicos.
• Deve ser previsto dispositivo que possa alterar o G aplicado, 
ajustando-o às características da água e permitindo variação de pelo 
menos 20% a mais e a menos do fixado para o compartimento.
• Os tanques de floculação devem ser providos de descarga com 
diâmetro mínimo de 150 mm e fundo com declividade mínima de 
1%, na direção desta.
• Os tanques de floculação devem apresentar a maior parte da 
superfície livre exposta, de modo a facilitar o exame do processo.
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7. Unidades de Floculação
I. Floculadores mecanizados
• Para esses floculadores, são utilizados normalmente agitadores 
dotados de paletas ou agitadores do tipo de hélices ou turbinas.
• O que se deseja determinar é:
a. volume dos compartimentos de floculação;
b. gradiente de velocidade em cada um deles.
• Volume: V = Q.t
onde:
V = volume do compartimento;
Q = vazão;
t = tempo de detenção.
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• Gradiente de velocidade:
V
PG
µ
=
onde:
G = gradiente de velocidade;
µ = viscosidade absoluta da água;
V = volume do compartimento de floculação;
P = potência dissipada na massa líquida.
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Agitadores do tipo paleta
a) Floculador de paletas de eixo vertical
A água coagulada é introduzida numa série de câmaras. No exemplo 
da figura abaixo, elas são em nº de 4.
Floculador mecanizado, do tipo de paletas, de eixo vertical.
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Floculador mecanizado, do tipo de paletas, 
de eixo vertical – perspectiva.
Na 1ª delas, o grau de agitação (e, portanto, o 
G) é mais intenso que na 2ª.
Por sua vez, o grau de agitação na2ª câmara 
(e, portanto, o G) é mais intenso que na 3ª.
E, assim, sucessivamente, até a 4ª e última 
câmara.
O G depende da rotação do eixo e das 
características da paleta: altura, espessura e 
espaçamento, entre outras.
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b) Floculador de paletas de eixo horizontal
• Um floculador desse tipo é mostrado esquematicamente nas 
figuras a seguir.
• A água coagulada é introduzida numa série de câmaras. No 
exemplo da figura, apenas uma dessas séries é representada.
• Em cada uma delas, o G é mais intenso que na seguinte e menos 
intenso que na anterior.
• O G depende da velocidade de rotação do eixo e das 
características da paleta: altura, espessura e espaçamento, entre 
outras.
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Floculador mecanizado, do tipo de paletas, de eixo horizontal.
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Floculador mecanizado, do tipo de paletas, de eixo horizontal – perspectiva.
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• Os eixos são movimentados por conjuntos motor-redutor, 
normalmente instalados no interior de poços secos, 
construídos ao lado dos floculadores.
• Essa necessidade tem sido apontada por alguns como a 
principal desvantagem dos floculadores de eixo horizontal.
• A utilização de floculadores mecanizados de paletas desse 
tipo pode ser alternativa interessante em ETA’s de grandes 
dimensões.
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c) Floculador de paleta única, de eixo vertical
• Embora mais raras, algumas ETA’s brasileiras utilizam esse 
tipo de equipamento.
• Um floculador desse tipo é mostrado esquematicamente na 
Figura abaixo.
• A água coagulada é introduzida numa série de câmaras. 
No exemplo da Figura, elas são em número de três.
• Na 1ª delas, o G é mais intenso que na 2ª.
• Por sua vez, o G na 2ª câmara é mais intenso que na 3ª.
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Floculador mecanizado, do tipo de paleta única, de eixo vertical.
O G depende da rotação do eixo e das 
características da paleta: altura e espessura, 
entre outras.
Os eixos são movimentados por conjuntos 
motor-redutor, instalados sobre as 
passarelas do floculador.
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Agitadores mecanizados do tipo de paletas.
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Figura: Floculador mecanizado de paletas de eixo horizontal.
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Fig. - Floculador mecanizado, do tipo de paleta única, de eixo horizontal
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Processo de floculação ETA 3 e 4 - SANASA
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Processo de floculação ETA 3 e 4 - SANASA
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Processo de Floculação ETA - Alto Tiête (SABESP) 
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II. Floculadores Hidráulicos
• Constituem o tipo mais numeroso de floculadores, 
especialmente no caso de pequenas e médias ETA’s.
• Diversos tipos de floculadores hidráulicos podem ser 
encontrados, cada qual com suas vantagens e desvantagens, entre 
os quais são citados os tipos mais utilizados no Brasil.
� Floculador de chicanas
• Pode ser de chicanas horizontais ou verticais, (figura). O último 
tipo é mais comum em estações de pequena capacidade. Embora 
os dois tipos assegurem maior homogeneidade à mistura da água
em tratamento, apresentam como desvantagem o grande número 
de compartimentos.
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Fig. - Floculador de chicanas.
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� Chicanas verticais
• São representados esquematicamente na figura abaixo.
Fig. - Floculador hidráulico, de chicanas verticais
A água percorre o floculador em mov. 
sucessivamente ascendentes e 
descendentes. Na figura, a água 
originaria da câmara nº 1 passa para a 
câmara nº 2 através de uma passagem 
situada no fundo. Em seguida, a água 
passa para a câmara nº 3 através de uma 
passagem superior. E assim 
sucessivamente. Observe que a água 
passa da câmara nº 3 para a câmara nº 4 
através de uma passagem inferior.
Para evitar que os flocos se depositem 
no interior das câmaras de floculação 
(CF) à medida que vão sendo formados, 
os floculadores de chicanas verticais 
são projetados para que a velocidade 
média da água nesses locais não seja 
inferior a 10 cm/s.
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• As paredes das CF foram construídas de madeira. Mas isto não é
obrigatório. Elas podem ser construídas de qualquer outro 
material que garanta estanqueidade (isto e, a não ocorrência de 
vazamentos).
• Os floculadores de chicanas verticais têm muitas câmaras de 
floculação. De modo geral, eles têm cerca de quarenta câmaras. 
Isto tem sido considerado uma desvantagem. De fato, é bem mais 
fácil limpar e regular floculadores com menor número de 
câmaras.
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Processo de floculação ETA Ribeirão da Estiva - floculador de fluxo vertical.
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Processo de floculação ETA Ribeirão da Estiva - floculador de fluxo vertical.
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Fig. - Floculador hidráulico de chicanas verticais – ETA Sobral.
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Fig. - Floculador hidráulico de chicanas verticais com canal de distribuição – ETA Sobral.
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Fig. – detalhe do canal distribuição e da comporta para saída da água floculada para os decantadores – ETA Sobral.
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� Chicanas horizontais
• A figura abaixo representa esquematicamente um floculador de 
chicanas horizontais
Fig. - Floculador hidráulico de chicanas horizontais
Neste tipo de floculador, a 
agitação é assegurada pela 
passagem da água em tratamento 
por sucessivas mudanças 
horizontais de direção.
Como no caso dos floculadores de 
chicanas verticais, é desejável que 
a velocidade média de escoamento 
da água em seu interior seja 
superior a 10 cm/s. Para que essa 
condição seja atendida, de forma 
que os canais de floculação não 
resultem muito estreitos, costuma-
se construir floculadores de 
chicanas horizontais somente para 
o tratamento de vazões mais 
elevadas. 
Assim sendo, no caso de vazões menores, é preferível 
utilizar floculadores de chicanas verticais.
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Processo de floculação ETA Duartina (SABESP) floculador de fluxo horizontal.
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Processo de floculação ETA Duartina (SABESP) floculador de fluxo horizontal.