Aula 3

Prévia do material em texto

AULA 03: DECANTADORES 
E FILTRAÇÃO
1. Decantadores
1.1. Fases da sedimentação
1.2. Teoria dos decantadores
1.3. Tipos de Decantação/Sedimentação
1.4. Zonas do decantador
1.5. Cortina de Distribuição de água
1.6. Coleta de Água Decantada
1.7. Remoção de lodo
1.8. Tipos de decantadores
2. Filtração
2.1. Taxa de filtração
2.2. Número de filtros e dimensões
2.3. Espessura das camadas e altura da 
caixa do filtro
2.4. Meio filtrantes
2.5. Camada suporte
2.6. Fundos dos filtros
2.7. Lavagem de filtros
1. DECANTADORES
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH
Água Final
Alcalinizante
“São unidades destinadas à remoção de partículas presentes na água, pela ação
da gravidade” (NBR 12.216/92);
1. DECANTADORES
O processo de sedimentação de partículas solidas, em tratamentos de água é
um dos mais comuns nas estações em geral.
Consiste na utilização das forças gravitacionais para separar as partículas com
densidade superior à da água depositando-as em uma superfície ou zona de
armazenamento.
Normalmente as partículas sólidas presentes na água não conseguem ser
removidas por sedimentação simples.
Para isso é utilizada a sedimentação com coagulação prévia, com o objetivo
fundamental de reduzir o volume de partículas sólidas nos filtros.
1. DECANTADORES
Ao diminuir-se à uma baixa velocidade de escoamento,
reduzem-se os efeitos da turbulência, provocando a
deposição de partículas mais pesadas do que a água,
suspensas nas correntes líquidas.
Os primeiros decantadores utilizados em tratamento de
águas foram TANQUES DE FLUXO HORIZONTAL, conhecidos
hoje também como decantadores convencionais.
Apesar de terem sido os primeiros, estes são ainda muito
utilizados até hoje e defendidos por muitos especialistas no
tema.
Seu “concorrente” é o DECANTADOR TUBULAR, conhecido
também como de ALTA TAXA ou de FLUXO LAMELAR.
Este tipo de decantador tem anteparos internos que
favorecem a decantação
1. DECANTADORES
As fases da sedimentação podem ser divididas em:
A = Zona clarificada;
B = Zona de concentração uniforme; 
C = Zona de transição;
D = Sólidos sedimentados.
1.1 FASES DA SEDIMENTAÇÃO
O Comportamento hidráulico dos decantadores em geral pode ser analisado e
dimensionado a partir da teoria de Hazen (1904) que admite o seguinte:
O regime será sempre laminar na zona de sedimentação;
Fluxo perfeitamente uniforme na zona de sedimentação;
A concentração das partículas é uniforme;
Não há resuspensão de sólidos já sedimentados;
Ou seja, uma partícula sedimentando com uma velocidade Vcs, e sendo arrastada com
uma velocidade Vo, tem sua trajetória descrita por semelhança de triângulos.
1.2 TEORIA DOS DECANTADORES
1.2 TEORIA DOS DECANTADORES
A velocidade de sedimentação de uma partícula, é dada pela lei de Stokes:
𝑉𝑐𝑠 =
2
9
𝑟²𝑔(𝜌𝑝−𝜌𝑓)
𝜇
Onde:
Vcs: Velocidade de sedimentação
g: Aceleração da gravidade
ρp: Densidade das partículas
ρf: Densidade do fluido
: Viscosidade do fluido
r: Raio da partícula
1.2 TEORIA DOS DECANTADORES
Uma partícula depositada no fundo do decantador será arrastada a uma velocidade 
igual ou superior a Vo:
𝑉𝑜 =
8
𝑓
1/2
∗ 𝑉𝑐𝑠
Onde:
Vo: Velocidade longitudinal
Vcs: Velocidade Crit. de sedimentação (lei de Stokes)
f: Coef. de atrito de Fanning (f=64/Nr)
Em decantadores de fluxo horizontal a velocidade de escoamento longitudinal deve 
ser inferior a 1,5 cm/s.
1.2.1 CONDIÇÕES PARA EVITAR ARRASTE DE FLOCOS
Os principais tipos de decantação são:
Discreta
São aquelas que, durante a sedimentação, não alteram seu tamanho, forma 
ou peso. 
As partículas permanecem com dimensão e velocidade constantes.
Floculenta
São aquelas que durante a sedimentação chocam-se umas com as outras, e 
crescem, ocorrendo a floculação.
As partículas se aglomeram e sua dimensão e velocidade aumentam ao longo 
do processo de sedimentação.
1.3 TIPOS DE DECANTAÇÃO/SEDIMENTAÇÃO
Zona de entrada: destinada a distribuir
uniformemente o afluente na seção
transversal do tanque;
Zona de sedimentação: onde as
características hidráulicas do escoamento
permitem a deposição das partículas;
Zona de lodo: destinada a armazenar
temporariamente as partículas removidas
no afluente;
Zona saída: tem a finalidade de coletar
uniformemente a agua decantada.
1.4 ZONAS DO DECANTADOR
Tem por objetivo uniformizar o fluxo de água no decantador na entrada da zona de
sedimentação.
Constitui-se de madeira de lei ou uma placa de alvenaria com orifícios para distribuição do
fluxo.
A NBR 12216/1992 preconiza as seguintes condições para as cortinas de distribuição:
Ter o maior número possível de orifícios uniformemente espaçados segundo a largura
e a altura útil do decantador; a distância entre orifícios deve ser igual ou inferior a
0,50m;
A câmara de entrada que antecede a cortina deve ser projetada de modo a facilitar a
sua limpeza;
1.5 CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
A cortina deve estar situada a uma distância “d” da parede que contem as comportas de 
entrada calculada por:
𝑑 ≥ 1,5
𝑎
𝐴
𝐻
Onde:
a= área total dos orifícios, em m2;
A= área útil do decantador, em m2;
H= altura útil do decantador, em m.
1.5 CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
1.5 CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
1.5 CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
Deve-se priorizar obter vazões iguais nas saídas do decantador;
Em decantadores convencionas, para os quais a velocidade de sedimentação Vcs
tenha sido dimensionada em laboratório, a vazão por metro de tubo perfurado de
coleta deve ser igual ou inferior a:
q=0,018.H.Vcs
Onde: q=Vazão, em L/s x m; H=Profundidade do decantador, em m; Vs= Velocidade de sedimentação,
em m3/m2xdia.
Não sendo possível proceder a ensaios de laboratório a vazão nos vertedores ou nos
tubos perfurados de coleta deve ser igual ou inferior a 1,8 L/s.m.
1.6 COLETA DE ÁGUA DECANTADA
1.6 COLETA DE ÁGUA DECANTADA
1.6 COLETA DE ÁGUA DECANTADA
PROJETOS INADEQUADOS DE CALHAS
Tem sido comum uso indevido de calhas de coleta com comprimento relativamente
longo na direção longitudinal de decantadores convencionais;
Provocando o arrastamento de flocos que eventualmente sedimentariam caso o
dispositivo estivesse adequadamente localizado, preferencialmente, no final do
decantador.
Em decantadores convencionais é conveniente que a zona de saída ocupe, no máximo,
20% do comprimento do decantador.
1.6 COLETA DE ÁGUA DECANTADA
1.7 REMOÇÃO DE LODO
A remoção de lodo, de acordo com a NBR 12216/92, poderá ser feita por três
modelos:
Manual
Hidráulica
Com raspadores
1.7 REMOÇÃO DE LODO
O decantador com remoção manual de lodo, deve apresentar as seguintes
características:
Ser provido de descarga de fundo, dimensionada para esvaziamento no tempo
máximo de 6 h;
A descarga do decantador deve situar-se preferencialmente na zona de maior
acumulação de lodo;
O fundo deve ter declividade mínima de 5% no sentido do ponto de descarga.
Nos decantadores convencionais, com remoção manual de lodo, deve ser prevista
altura adicional suficiente para acumular o lodo resultante de 60 dias de
funcionamento.
1.7 REMOÇÃO DE LODO
Os decantadores devem ser dotados de remoção hidráulica de lodo, com ou sem
dispositivo mecânico de arraste, quando o lodo acumulado é rico em matéria
orgânica não-estabilizada ou outras condições demonstrem ser a descarga
hidráulica mais vantajosa do que a limpeza manual
A remoção hidráulica do lodo acumulado exige o fundo do decantador inclinado
de ângulo superior a 50°, formando poço em forma de tronco de pirâmide ou de
cone invertido, na extremidade inferior do qual deve situar-sea abertura da
descarga.
1.8.1 DECANTADORES DE FLUXO HORIZONTAL (CONVENCIONAL)
Após ser admitida no interior do decantador, a água floculada é distribuída em toda
sua seção transversal através de uma cortina distribuidora.
Em seguida, ela percorre a extensão do decantador com velocidade muito baixa,
até atingir a zona de saída.
Neste local, a água decantada é recolhida através de calhas coletoras ou tubulações
perfuradas.
1.8 TIPOS DE DECANTADORES 
1.8.1 DECANTADORES DE FLUXO HORIZONTAL (CONVENCIONAL)
1.8 TIPOS DE DECANTADORES 
1.8.1 DECANTADORES DE FLUXO HORIZONTAL (CONVENCIONAL)
1.8 TIPOS DE DECANTADORES 
1.8.1.1 VANTAGENS X DESVANTAGENS
VANTAGENS
Ideais para vazões pequenas;
Suporta variações de vazão quando projetadas adequadamente;
Pode ser adaptado para funcionar como sistema de alta taxa.
DESVANTAGENS
O tempo de detenção da água é relativamente alto;
A velocidade da água deve ser baixa para impedir o arrastamento do lodo;
Pode apresentar corrente secundária que podem prejudicar a sedimentação,
oriundas de: conversão térmica, gradientes de concentração de partículas
suspensas, ação do vento na superfície e curtos-circuitos hidráulicos.
1.8.1.2 DIMENSIONAMENTO
Nestes decantadores a velocidade crítica de sedimentação é dada por:
𝑉𝑐𝑠 =
𝑄
𝐴
Onde:
Q= vazão da ETA (m³/s)
A = área horizontal do decantador que também pode ser descrita como L*b.
Esta relação entre a Vazão e a Área horizontal é também conhecida como taxa
de escoamento superficial.
1.8.1.2 DIMENSIONAMENTO
Enquanto a Velocidade longitudinal é dada por:
𝑉𝑜 = 18𝑣𝑐𝑠
Área da seção transversal é dada por:
𝑎 =
𝑄
𝑉𝑜
𝑜𝑢 𝑎 = 𝑏 ∗ ℎ1
E o dimensionamento deve respeitar as seguintes relações:
2,25 ≤
𝐿
𝑏
< 10 e 
𝐿
ℎ1
=
𝐴
𝑎
≤ 18
Onde:
L: Comprimento do decantador ; h1: profundidade do decantador; a: Área da 
seção transversal; A: Área da superfície
1.8.1.2 DIMENSIONAMENTO
Respeitar a relação entre comprimento e largura é muito importante.
Afinal, um comprimento pequeno dificulta a boa distribuição de água
Comprimentos grandes podem resultar em velocidades longitudinais elevadas,
causando arrasto das partículas
Em geral boa parte dos projetos, utiliza uma relação de L/b = 3 ou 4.
1.8.1.2 DIMENSIONAMENTO
1. Encontrar “A”
𝑉𝑐𝑠 =
𝑄
𝐴
2. Encontrar “Vo”
𝑉𝑜 = 18𝑣𝑐𝑠
3. Encontrar “a”
𝑎 =
𝑄
𝑉𝑜
4. Adotar “L/b”
2,25 ≤
𝐿
𝑏
< 10
5. Encontrar “L”
𝐴 = 𝑏 ∗ 𝐿 𝑒
𝐿
𝑏
= 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑚 4.
6. Encontrar “b”
𝐿
𝑏
= 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑚 4.
7. Encontrar “h1”
𝑎 = 𝑏 ∗ ℎ1
8. Fazer as relações e conferir, caso contrário 
refazer os cálculos 
2,25 ≤
𝐿
𝑏
< 10
𝐿
ℎ1
=
𝐴
𝑎
≤ 18
1.8.1.2 DIMENSIONAMENTO
A NBR 12216:1992 preconiza as seguintes condições para o número de decantadores 
da ETA:
Podem dispor de apenas um decantador:
Estações com capacidade inferior a 1.000 m³/dia, operação continua;
Estações com capacidade de até 10.000 m³/dia com período de funcionamento 
inferior a 18 h/dia;
Quando não mecanizada devem dispor de no mínimo dois decantadores:
Estações com capacidade superior a 10.000 m³/dia;
Estações com capacidade superior a 1.000 m³/dia e período de funcionamento 
superior a 18h/dia;
EXERCÍCIO
Você passou no concurso público de uma prefeitura. Logo no seu primeiro dia o
secretário de obras informa que será aberta uma licitação para ampliação da
estação de tratamento de água do município. Como o engenheiro mais antigo saiu de
férias você ficou responsável por pré-dimensinar um novo decantador convencional,
para poder orçar a implantação da obra, que irá compor o edital de licitação.
Sabendo que a vazão esperada é 50 L/s e que os testes realizados na antiga ETA
apresentaram uma Velocidade de sedimentação (Vcs) de 3,0 cm/min, qual o deve ser
tamanho do novo decantador da ETA, para que seja possível orçar sua implantação?
Encontrar “A”
𝑉𝑐𝑠 =
𝑄
𝐴
Encontrar “Vo”
𝑉𝑜 = 18𝑣𝑐𝑠
Encontrar “a”
𝑎 =
𝑄
𝑉𝑜
Adotar “L/b”
2,25 ≤
𝐿
𝑏
< 10
Encontrar “L”
𝐴 = 𝑏 ∗ 𝐿 𝑒
𝐿
𝑏
= 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑚 4.
Encontrar “b”
𝐿
𝑏
= 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑚 4.
Encontrar “h1”
𝑎 = 𝑏 ∗ ℎ1
Fazer as relações e conferir, caso contrário 
refazer os cálculos 
2,25 ≤
𝐿
𝑏
< 10
𝐿
ℎ1
=
𝐴
𝑎
≤ 18
EXERCÍCIO