Aula 3 Floculação

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PHD-2411 Saneamento I
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ESCOLA POLITÉCNICA DA USP
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA 
HIDRÁULICA E SANITÁRIA
PHD 2411 – SANEAMENTO I
FLOCULAÇÃO
Prof. Dr. Roque Passos Piveli
Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho
PHD-2411 Saneamento I
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FLOCULAÇÃO
Introdução
Mecanismos de transporte
Floculação Pericinética
Floculação Ortocinética
Floculação por Sedimentação Diferencial
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FLOCULAÇÃO
Gradientes de Velocidade
Cinética de Floculação de Suspensões Coloidais
Agregação e Ruptura
Concepção de Sistemas de Floculação 
Exercício
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TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS 
DE ABASTECIMENTO
PHD-2411 Saneamento I
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FLOCULAÇÃO
PHD-2411 Saneamento I
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FLOCULAÇÃO
PHD-2411 Saneamento I
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FLOCULAÇÃO
PHD-2411 Saneamento I
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FLOCULAÇÃO
PHD-2411 Saneamento I
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FLOCULAÇÃO
PHD-2411 Saneamento I
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FLOCULAÇÃO
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DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS 
1 m
10-3 m
Partículas 
coloidais
Partículas em
suspensão
Partículas 
dissolvidas
 Turbidez
 Cor aparente
 SST
 Cor real
 SDT
 Compostos dissolvidos
0,45 m
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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) 
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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)
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Definição: 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
FLOCULAÇÃO
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FLOCULAÇÃO
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FLOCULAÇÃO:OBJETIVO 
Diâmetro das partículas
Frequência relativa
Água bruta 
Água coagulada
Água floculada
Diâmetro crítico
dp > dc Partículas sedimentáveis
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COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO
Coalescência
Floculação
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FLOCULAÇÃO
MECANISMOS DE TRANSPORTE
Floculação Pericinética (Movimento Browniano)
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.
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Floculação Ortocinética (Gradientes de Velocidade)
As partículas são colocadas em contato umas com as outras através do movimento do fluído (Presença de gradientes de velocidade).
FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE
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FLOCULAÇÃO
MECANISMOS DE TRANSPORTE
Floculação por Sedimentação Diferencial
Partículas coloidais com velocidades distintas podem chocar-se umas com as outras em um elemento de volume.
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CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
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CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
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G=Gradiente de velocidade (s-1)
CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Floculadores hidráulicos
		
Floculadores hidráulicos de fluxo horizontal
Floculadores hidráulicos de fluxo vertical
Floculador Alabama
Floculadores em meio poroso
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
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ETA DUARTINA (SABESP)
FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL
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ETA DUARTINA (SABESP)
FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL
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ETA SANTA ISABEL 
FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL
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ETA SANTA ISABEL 
FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL
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ETA SANTA ISABEL 
FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL
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ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA
FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
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ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA
FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
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ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA
FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
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ETA ALDEIA DA SERRA
FLOCULADOR ALABAMA
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ETA ALDEIA DA SERRA
FLOCULADOR ALABAMA
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ETA ALDEIA DA SERRA
FLOCULADOR ALABAMA
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES ALABAMA
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Dispositivos mecânicos
Agitadores de fluxo radial
Agitadores de fluxo axial
Agitadores de fluxo radial e axial
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SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
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SISTEMAS DE AGITAÇÃO
 ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO DA BOA VISTA
Sistemas de floculação
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO DA BOA VISTA
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO DA BOA VISTA
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP) 
Sistemas de floculação
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP) 
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP) 
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP) 
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP) 
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP) 
PHD-2411 Saneamento I
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PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP) 
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Agitadores de fluxo radial
Agitadores de fluxo axial
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE
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Agitadores de fluxo axial
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE
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SISTEMAS DE AGITAÇÃO
 ESCOAMENTO RADIAL
PHD-2411 Saneamento I
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SISTEMAS DE AGITAÇÃO
 ESCOAMENTO RADIAL
PHD-2411 Saneamento I
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SISTEMAS DE AGITAÇÃO
 ESCOAMENTO AXIAL
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SISTEMAS DE AGITAÇÃO
 ESCOAMENTO AXIAL
PHD-2411 Saneamento I
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SISTEMAS DE AGITAÇÃO
 ESCOAMENTO AXIAL
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UNIDADES DE FLOCULAÇÃO
DIMENSIONAMENTO
Gradientes de velocidade situados entre 80 s-1 e 20 s-1
Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusante
03 a 05 câmaras de floculação em série
Tempo de detenção hidráulico situado entre 20 e 40 minutos (Tratamento convencional)
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Vazão: 1,0 m3/s
Dimensionamento de floculadores hidráulicos de fluxo vertical
Dimensionamento de sistemas de floculação mecanizados 
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE FLOCULAÇÃO 
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Condicionantes de Projeto 
Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos
Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
PHD-2411 Saneamento
I
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Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
Número de decantadores=04
Largura do decantador=12,0 m 
Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
PHD-2411 Saneamento I
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
PHD-2411 Saneamento I
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
PHD-2411 Saneamento I
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Cálculo do volume do floculador 
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Cálculo da área superficial do floculador 
 
PHD-2411 Saneamento I
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Cálculo da largura do floculador 
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros 
 
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Floculador
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Cálculo do número de espaçamentos entre chicanas em cada câmara de floculação 
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
n=número de espaçamentos
a=largura do canal do floculador em metros
L=comprimento do floculador em metros
G=gradiente de velocidade em s-1
Q=vazão em m3/s
h=tempo de detenção hidráulico em minutos 
 
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Cálculo do espaçamento entre chicanas
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Cálculo das velocidades nos trechos retos e curvas 180o 
 
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Quadro resumo dos cálculos iniciais
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
		Canal
		G (s-1)
		n
		e (m)
		V1 (m/s)
		V2 (m/s)
		1
		70
		43
		0,28
		0,32
		0,22
		2
		50
		35
		0,35
		0,26
		0,17
		3
		20
		19
		0,63
		0,14
		0,094
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Floculador
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Cálculo da extensão dos canais
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Cálculo do Raio Hidráulico
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Cálculo das perdas de carga localizadas
Cálculo das perdas de carga distribuídas
 
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Cálculo do gradiente de velocidade
 
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Quadro resumo dos cálculos finais
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
		Canal
		G (s-1)
		L (m)
		Rh
		(Hd (cm)
		(Hl (cm)
		(HT (cm)
		G
		1
		70
		192
		0,127
		5,17
		32,8
		38,0
		73
		2
		50
		156
		0,156
		2,04
		17,1
		19,1
		52
		3
		20
		84
		0,257
		0,017
		2,7
		2,7
		19
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Condicionantes de Projeto 
Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos
Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
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Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
Número de decantadores=04
Largura do decantador=12,0 m 
Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
PHD-2411 Saneamento I
*
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
PHD-2411 Saneamento I
*
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
PHD-2411 Saneamento I
*
Cálculo do volume do floculador 
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
Cálculo da área superficial do floculador 
 
PHD-2411 Saneamento I
*
Cálculo da largura do floculador 
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros 
 
PHD-2411 Saneamento I
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Cálculo do volume de cada câmara de floculação
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
O sistema de floculação será composto por três reatores em série e três em paralelo, o que irá proporcionar um total de 09 câmaras de floculação 
 
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
Floculador
Decantador convencional
12,0 m
8,4 m
2,8 m
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Cálculo da potência a ser introduzida no volume de líquido 
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
Dimensionamento do sistema de agitação
 
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Seleção do sistema de agitação
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
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Diâmetro do rotor selecionado 
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
Cálculo da velocidade periférica
 
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Quadro resumo dos cálculos finais
 
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
		Câmara
		G (s-1)
		Vol (m3)
		Pot (W)
		D (m)
		n (rpm)
		Vp (m/s)
		1
		70
		50
		286
		1,2
		26
		1,60
		2
		50
		50
		146
		1,2
		20
		1,28
		3
		20
		50
		24
		1,2
		12
		0,70
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DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS 
Floculador
Decantador convencional
12,0 m
8,4 m
2,8 m
PHD-2411 Saneamento I
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LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA 
PHD-2411 Saneamento I
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LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA 
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LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA 
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Muito Obrigado !!!
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