Coagulação 6

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COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO 
 
 
As impurezas contidas na água podem encontrar-se em: 
• Suspensão 
• Dissolvidas 
 
As suspensões podem ser: 
• Grosseiras: facilmente capazes de flutuar ou decantar, quando a 
água estiver em repouso (ex: folhas, sílica, restos vegetais, etc.). 
• Finais: turbidez, bactérias, plankton, etc. 
• Coloidais: emulsões (CO2), ferro e manganês oxidado, etc. 
 
As impurezas dissolvidas são: a dureza (sais de cálcio e magnésio), ferro e 
manganês não oxidados. 
 A coagulação tem por objetivo aglomerar as impurezas que se encontram 
em suspensões finais (ou em estado coloidal) e algumas que se encontram 
dissolvidas, em partículas maiores que possam ser removidas por decantação ou 
filtração. 
Este fenômeno de aglomeração ocorre devido à duas ações distintas: 
1) Uma desestabilidade onde, por adição de produtos químicos se 
neutralizam as forcas elétricas superficiais e se anulam as forcas 
repulsivas (coagulação). 
2) Uma aglomeração dos colóides “descarregados” até a formação de 
flocos que sedimentam a uma velocidade adequada. Esta 
aglomeração é facilitada pela agitação suave, porém completa para 
facilitar o contato dos flocos uns com os outros. Esta é chamada de 
floculação sem, contudo quebrá-los. 
O processo de coagulação/floculação/sedimentação se inicia na câmara de 
mistura rápida. A finalidade desta câmara é criar condições para que em poucos 
segundos, o coagulante seja uniformemente distribuído por toda a massa d’água. 
 Nesta câmara tem-se uma agitação muito intensa, promovida por 
agitadores, ou devido à própria hidrodinâmica em alguma parte da ETA. No caso 
da ETA Castelo Branco (Curado – Recife-PE) a câmara de mistura fica na entrada 
da ETA, logo após o venturi (onde é injetado o coagulante) a alta velocidade da 
água e as gincanas localizadas na câmara promovem condições ótimas para a 
mistura. 
 Ao sair da câmara de mistura, a água segue para a câmara de floculação. 
Nesta, os flocos (sementes de flocos gerados na coagulação) irão agregado, por 
adsorção, as partículas dissolvidas ou em estado coloidal. Há casos em que são 
utilizadas duas camadas de floculação, uma com velocidade mais baixa, onde os 
flocos começam a crescer e entra com velocidade um pouco maior (para evitar a 
decantação dos flocos maiores), pois os mesmos continuam a aumentar de 
tamanho. 
 Ao sair da câmara de floculação, a água segue para os decantadores, onde 
a velocidade é bem pequena, fazendo com que os flocos sedimentem. Durante 
este caminho eles vão arrastando (e ativando) ainda partículas que vão 
encontrando ate atingir o fundo do decantador, para constituírem assim o 
chamado lodo químico (formado pela adição de coagulantes, geralmente não 
naturais). 
 
Reagentes Utilizados 
Os reagentes utilizados no processo de coagulação são agrupados em três 
categorias: 
• Coagulantes: compostos, geralmente de ferro ou alumínio. Capazes de 
produzir hidróxidos gelatinosos insolúveis e englobar as impurezas. 
• Alcalinizantes: capazes de conferir a alcalinidade necessária à coagulação 
(calviva - óxido de cálcio; hidróxido de cálcio; hidróxido de sódio – soda 
caustica; carbonato de sódio – barrilha). 
• Coadjuvantes: capazes de formar partículas mais densas e tornar os flocos 
mais lastrados (argila, sílica ativa, polieletrólitos, etc.) 
 
Propriedades dos Coagulantes 
• Reagem com álcalis produzindo hidróxidos gelatinosos que envolvem e 
adsorvem impurezas (remoção de turbidez). 
• Produzem íons trivalentes de cargas elétricas positivas, que atraem e 
neutralizam as cargas elétricas dos colóides que, em geral são negativas 
(remoção de cor). 
 
Fatores que Influenciam a Coagulação 
• Espécie de Coagulante 
o Ferro 
o Alumínio 
o Outros metais ou substâncias naturais 
• Quantidade de Coagulante 
o Turbidez e cor a serem removidas 
o Ao teor bacteriológico 
 
Embora existam tabelas que relacionem a turbidez com a quantidade de 
coagulante, apenas ensaios (no tar teste é que dizem a quantidade exata) 
dosagens maiores de coagulantes reduzem a quantidade de reagentes para 
desinfecção. 
 
• Teor e Tipo da Cor e Turbidez 
o Maior ou menor quantidade de colóides 
o Maior ou menor quantidade de emulsificantes 
o Substancias coloridas diversas, etc 
• Outras Características Químicas da Água 
o Alcalinidade 
o Teor de ferro 
o Matéria orgânica, etc. 
 
 
• pH da Água 
o Há um pH ótimo de floculação, que é determinado 
experimentalmente. 
• Tempo de Misturas Rápidas e Lenta 
o Rápida, fará a distribuição do coagulante de maneira uniforme 
o Lenta, para formação do floco (floculação). Aglomeração do material 
gelatinoso (coágulo) em partículas maiores que decantam mais 
rapidamente. 
• Temperatura 
o A coagulação ocorre de forma melhor em temperaturas mais altas 
(temperatura mais baixa aumenta o consumo de coagulante). 
• Agitação 
o Velocidade Pequena � formação dos flocos diminui dificultando a 
decantação 
o Velocidade muito alta (agitação violenta)� há formação dos flocos e 
depois a quebra dos mesmos em partículas menores retardando a 
decantação. 
• Presença de Núcleos 
o Os coadjuvantes (aditivos de floculação) são substâncias capazes de 
promover núcleos mais densos para flocos mais pesados. 
 
Processo de Coagulação� dispersão do coagulante e sua reação com a 
alcalinidade para a formação do gel e ainda a aglomeração dessa gelatina para a 
formação do floco (floculação). 
 Coagulação: mistura rápida e continua ainda na lenta 
 Floculação: mistura lenta 
 
 
 
 
Coagulantes Utilizados 
 
Alumínio - estudos vêm demonstrando que a hidrolise dos sais de alumínio e ferro 
é bem mais complexo do que é apresentada nas equações citadas na literatura. 
Estas, porém, são de utilidade na obtenção aproximada dos produtos das reações 
e das relações quantitativas. 
 
Sulfato de Alumínio - é de longe o mais utilizado entre os coagulantes. É um sólido 
cristalino de cor branca-acinzentada, contendo aproximadamente 17% de Al2O3 
solúvel em água. É disponível em pedra, em pó ou em soluções concentradas. 
Na hidrolise do íon alumínio, em água pura com pH baixo predomina a forma Al+++ 
e em soluções alcalinas Al(OH)4- e Al(OH)5--. Em soluções diluídas na neutralidade 
temos o Al(OH)3. 
 Na água, o Al2(SO4)3 . 18H2O reage com a alcalinidade natural formando o 
Al(OH)3 segundo a reação. 
 
( ) ( ) ( ) 234232342 623318 COOHAlCaSOHCOCaOHSOAl +↓+→+⋅ 
 
O Al(OH)3 irá formar os flocos e o CO2 é o responsável pelo aumento da 
acidez da água. 
Quando a alcalinidade natural é reduzida, geralmente adiciona-se cal 
((Ca(OH))2 ou carbonato de sódio Na2CO3. 
 
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) 2234322342
23422342
31523318
1823318
COOHOHAlNaSOCONaOHSOAl
OHOHAlCaSOOHCaOHSOAl
+++→+⋅
++→+⋅
 
 
Outros sais de Al: sulfato duplo de alumínio e amônio Al2(SO4)3 . (NH4)2SO4 . 
24H2O (Alúmen de Amônio) e Na2Oal2O3 (Alúmen de Sódio). 
 
 
 
O sulfato é apresentado em 3 formas: 
• Branco: isento de ferro. Mais onerosa e desnecessária, pois possui 
características dispensáveis (isenção de ferro) 
• Amarelo: o mais comum e mais barato. Produzido da reação do ácido 
sulfúrico com a bauxita pulverizada 
• Negro: mistura do branco ou amarelo com carvão ativado (2 a 5%) – para 
remoção de gosto e cheiro. 
 
Coagulantes de Ferro 
 Sulfato ferroso (FeSO4.7H2O) é um sólido cristalino de cor branca 
esverdeada, que é obtido como subproduto de outros processos químicos, 
principalmente a decapagem do aço. 
 Disponível na forma liquida (da decapagem), é encontrado também na 
forma granular. 
 O ferro ferroso,quando adicionado à águaprecipita a forma oxidada de 
hidróxido de ferro (ferro III), assim a adição de cal ou cloro é geralmente 
necessária para uma coagulação efetiva. 
 
( ) ( ) OHCaSOOHFeOOHCaOHSOFe 24322242 13222
127 ++↓→++⋅ 
Reação de pH alcalino (9 a 11) / clarificação de águas turvas com abastecimento 
com cal 
 
 Caparrosa clorada é preparada adicionando-se cloro para oxidar o sulfato 
ferroso. 
 A vantagem em relação a Cal é que a coagulação pode ser obtida numa 
extensa faixa de pH entre 4,8 e 11,00 
 
( ) OHFeClSOFeClOHFeSO 23342224 2173 ++→+⋅ 
 
 Disponível na forma granular marrom-avermelhado, que é rapidamente 
solúvel em água. 
 
( ) ( )
( ) ( ) 432242
2432342
323
6323
CaSOOHFeOHCaSOFe
COCaSOOHFeHCOCaSOFe
+↓→+
++↓→+
 
 
 O cloreto férrico, FeCl3 . 6H2O é usado, primariamente, na coagulação de 
esgotos sanitários e industriais, e encontra aplicações limitados no tratamento de 
água. 
 Obtido clorando-se ferro. Disponível comercialmente nas formas sólida e 
liquida, é altamente corrosivo (armazenagem). 
 Hidratado (FeCl3.6H2O) ou anidro (FeCl3) / pH de 4 a 11. 
 
Alcalinizantes 
 Dentre os alcalinizantes, o mais utilizado pelo seu baixo custo é a Cal (cal 
virgem ou viva, cal hidratada ou extinta, cal dolomítica, são outras denominações 
do óxido de cálcio). Podem também ser utilizado o hidróxido de cálcio [CaOH)2] e 
de misturas deste com o óxido de magnésio (MgO) e o hidróxido de magnésio 
[Mg(OH)2]. 
 Cal Virgem - Ca O da ordem 80% (rejeitar com menos de 70%) 
 Cal Hidratada - Ca O da ordem 90% (rejeitar <60%) 
 Carbonato de Sódio (barrilha) Na2CO3 - 99,4% de Na2 CO3 e 58 % de Na2O 
 
Auxiliares de Coagulação 
 Dificuldades com a coagulação, freqüentemente, ocorrem devido aos 
precipitados de baixa decantação, ou flocos frágeis que são facilmente 
fragmentados sob forças hidráulicas, nos decantadores e filtros de areia. 
 Os auxiliares de coagulação beneficiam a floculação, aumentando a 
decantação e o enrijecimento dos flocos. 
 Os materiais mais utilizados são os polieletrólitos, a sílica ativada, agentes 
adsorventes de peso e oxidantes. 
Polímeros Sintéticos 
 São substâncias químicas orgânicas de cadeia longa e alto peso molecular, 
disponíveis numa variedade de nomes comerciais. 
 Polieletrólitos são classificados de acordo com a carga elétrica na cadeira 
do polímero, os carregados positivamente são chamados de catiônicos e os que 
não possuem carga elétrica são os não-iônicos. 
 Os antônicos e os não-iônicos são geralmente utilizados com coagulantes 
metálicos para promoverem a ligação entre os colóides, a fim de desenvolver 
flocos maiores e mais resistentes. A dosagem requerida de um auxiliar de 
coagulação é da ordem de 0,1 a 1,0 mg/L. 
 Na coagulação de algumas águas, os polímeros podem promover 
floculação satisfatória, com significativa redução das dosagens de sulfato de 
alumínio. As vantagens potenciais são a reduções da quantidade de lodo e a 
maior amenidade à desidratação. 
 
Polímeros Catiônicos tem sido usados com sucesso, em alguns casos, como 
coagulantes primários. Embora o custo unitário destes polímeros seja cerca de 15 
vezes maior que o de sulfato, as dosagens requeridas são reduzidas, podendo 
igualar o custo final para os dois casos. 
 Adicionalmente, ao contrario do lodo gelatinoso e volumoso oriundo do 
sulfato de alumínio, o lodo formado pelo uso de polímeros é relativamente mais 
denso e fácil de ser desidratado, facilitando o manuseio e disposição. 
 Algumas vezes, polímeros catiônicos e não-iônicos podem ser usados 
conjuntamente para formar um fluxo adequado, o primeiro sendo coagulante 
primário e segundo auxiliar de coagulação. Apesar de diversos avanços neste 
campo, existem varias águas que não podem ser tratadas apenas com 
polieletrólitos. Testes devem ser realizados para obtenção da eficiência um 
polieletrólito no tratamento de uma determinada água. 
 
Sílica Ativada 
 É o silicato de sódio tratado com ácido sulfúrico, sulfato de alumínio, dióxido 
de carbono ou cloro. 
 Como auxiliar de coagulação ela apresenta as seguintes vantagens: 
aumenta a tava de reação química, reduz a dosagem de coagulante, aumenta a 
faixa de pH ótimo e produz um floco com melhores propriedades de decantação e 
resistência. 
 Desvantagem em relação aos polieletrólitos é a necessidade de um controle 
preciso de preparo e dosagem. 
 Dosagem de 7 a 11% da dosagem do coagulante primário expresso em 
mg/L de SiO2. 
Quando utilizada junto com o sulfato de alumínio ou sulfato ferroso, a sílica, por 
sua elevada carga negativa, promove a formação de flocos maiores, mais densos 
e resistentes, o que aumenta a eficiência de coagulação. 
A sílica, mesmo um pequenas quantidades causa prejuízos as caldeiras à vapor. 
 
Argilas Bentoniticas 
 Usadas no tratamento de águas contendo alto teor de cor, baixa turbidez e 
baixo conteúdo mineral. Nestas condições, os flocos de Fe ou Al são 
demasiadamente leves para decantar rapidamente. A adição da argila resulta num 
aumento de peso do floco melhorando a decantabilidade. A dosagem deve ser 
feita na forma de testes mas as dosagens são da ordem de 10 a 15 mg/L. 
 
Carvão Ativado 
 Aplicam na forma de pó, tem grande poder de adsorção. É bastante 
empregada no tratamento da água com gosto e odor provocador por material 
orgânico. 
 
Ácido Sulfúrico 
É usado como auxiliar na coagulação de águas de cor e pH bastante elevados. 
 
Gradiente de Velocidade 
 O dimensionamento das câmaras de mistura rápida e de floculação 
convencionais, era feito em função exclusiva da velocidade da água e do tempo 
de detenção. Atualmente leva-se em conta também o gradiente de velocidade. 
 O gradiente de velocidade é a diferença dV entre as velocidades V1 e V2 
separados de dy, de duas partículas P1 e P2, respectivamente. 
 A diferença de velocidade entre duas partículas na água pode decorrer da 
introdução, nesta, de energia cinética, por um dispositivo mecânico. Assim, o 
vapor do gradiente de velocidade é dado por: 
 
µ
PG = (1) 
Onde: P = potência introduzida no líquido por unidade de volume 
 µ = viscosidade absoluta do líquido 
 
V
tNP
60
2 ⋅⋅
=
π (2) 
Onde: N = velocidade do rotor em RPM 
 t = torque 
 V = volume do reator 
 
Substituindo a eq. (2) em (1), teremos: 
 
µ
π
⋅⋅
⋅⋅
=
V
tNG
60
2 
 
 
 
 
 
 
Camada de Mistura Rápida 
 Qualquer dispositivo capaz de provocar intensa agitação (turbulência) na 
água pode ser utilizado para mistura rápida, como bomba, ressaltos hidráulicos, 
vertedores, etc. 
 A prática recomenda um tempo de dispersão (agitação) igual a um 
segundo, tolerando-se no máximo 5 seg. 
 Para a mistura rápida recomenda-se G de 700 S-1 a 2000 S-1, geralmente 
utiliza-se 1500 S-1. 
 Nas câmaras mecânicas, a água é intensamente agitada por meio de 
hélices, turbinas, motores ou palhetas giratórias. 
 As câmaras são geralmente de seção horizontal quadrada. 
 
 Nas câmaras não-mecanicas, a turbulência da água é obtida à custa de 
uma perda de carga acentuada. O que pode ser constatado pela diferença de 
cotas entre o nível d’água de montante e de jusante. 
 Destacam-se as câmaras de chicana com movimentos horizontal da água, 
as câmaras de chicana com movimento vertical da água e a câmara com ressalto 
hidráulico. 
 As câmaras de chicana devem ser dimensionadas geralmente para as 
velocidades de 0,30 a 0,50 cm/seg. 
 Nos ressaltos hidráulicos, a velocidade da água deve superar 2m/s. quando 
é adotado o vertedor parshall para media a vazão de água bruta, o ressalto 
hidráulico que nele se forma pode ser utilizado para promovera mistura rápida, 
desde que haja queda livre de 15 cm no mínimo. 
 
Câmaras de Floculação 
As câmaras de floculação devem ser dimensionadas em função do 
gradiente de velocidade G e do período de detenção T, obtidos dos ensaios no “jar 
test”. T varia de 20 a 40 minutos e G de 20 a 90s. 
 
Câmaras Mecanizadas 
 Dispositivos como hélices, rotores, pás ou palhetas, que giram com 
velocidades de 1 a 8 RPM. 
 As de eixo vertical o motor fica acima do nível d’água, nas de eixo 
horizontal, o motor fica em um poço seco na lateral. 
 
Câmaras não-mecânicas 
 Como as de mistura rápida, existem as câmaras com movimento horizontal 
e com movimento vertical da água. Para fornecer a formação do floco, a 
velocidade varia de 0,10 a 0,40 m/seg. 
 
Câmaras mistas 
 As mecanizadas permitem a variação da velocidade da água, uma perda de 
carga nula, porém há formação de espaços mortos, o que não ocorre nas com 
chicanas. 
 Hoje então utiliza-se câmaras mistas com 4 ou 5 compartimentos em série. 
 
Câmaras tipo “Alabama” 
 Construídas em compartimentos onde a água faz um movimento, a principio 
ascendente e depois descendente. 
 
Flutuação ou Flotação 
 
 É o movimento usado para converter os sólidos suspensos finalmente 
divididos e a graxa, em matéria flutuante. 
 Tem sido observado, em muitos casos, que os sólidos finalmente divididos 
podem ser removidos, com auxilio de “agentes de flotação” em um tempo mais 
curto pela ascensão gravitacional do que pela decantação. Com a redução do 
tempo de detenção, há uma redução nos custos da construção da unidade. 
 Quando utilizada em conjunto com a sedimentação, os sólidos em 
suspensão poderiam ser removidos (os quais não se depositaria normalmente, a 
não ser com elevados tempos que são proibitivos). 
 A flutuação também tem sido utilizada para o espessamento da câmara 
ativada. 
 
Tratamento Preliminar 
 A flutuação está sendo usada, principalmente como uma fase no tratamento 
do esgoto contendo grandes quantidades de resíduo industrial que adicionam uma 
pesada carga de sólidos finalmente divididos em suspensão e de graxa ao esgoto. 
 A flotação tem sido utilizada (e indicada) para o tratamento de esgoto 
contendo material que produz escuma. Tal como o resíduo do processamento de 
pêssegos, devido à escuma ser removida e manuseada mais facilmente na 
unidade de flutuação do que em um clarificador convencional. 
 
Principio de Flotação 
 A flutuação, conforme é aplicada ao tratamento municipal de esgoto, é 
restrita ao uso do ar como “agente de flutuação”. As bolhas de ar são introduzidas 
ou formadas no esgoto e tendem a aderir às partículas sólidas. Quando são 
obtidas as condições de repouso, os sólidos sobrem e são postos a flutuar pela 
ação de sustentação das bolhas de ar. 
 A inserção do ar pode ser feito por: 
• Aeração 
• Ar pressurizado seguido de descompressão do liquido para a 
atmosfera 
• aplicação do vácuo após a saturação com ar 
 
A aeração sozinha não é particularmente efetiva na flotação de sólidos, no 
entanto ela ajuda na remoção subseqüente da graxa. 
 Os dois últimos processos são os melhores métodos para a introdução do 
ar, por fazerem as bolhas se formarem (ou se originarem) em contato direto com 
as partículas, em vez de em um lugar afastado. Esta ação tem lugar, devido a 
nucleação ou formação da bolha tender a decorrer na descontinuidade da 
partícula sólida. As bolhas assim formadas aderem à partícula e a suspendem 
para a superfície do liquido. 
 
Flotação – Tipos de Unidades 
Unidades do tipo aeração/Flotação por ar induzido (FAI): as bolhas de ar são 
introduzidas no esgoto pelo bombeamento do ar com uma ventoinha ou um 
compressor, para o fundo do tanque de aeração, onde ele é disperso no liquido ao 
passar através de um mecanismo de difusão. O ar também pode ser introduzido 
por meios mecânicos como com a utilização de turbinas superficiais de aeração. 
{processamento de minérios} 
 
Flotação por Ar Dissolvido (FAD) 
Unidades do tipo Pressão 
Este processo consistem na pressurização do fluxo de esgoto com ar de uma a 
três atmosferas e então descomprimi-la em um depósito adequado. Quando a 
pressão sobre o liquido é reduzida, o gás dissolvido, além da saturação na 
pressão atmosférica, é descomprimido em bolhas extremamente pequenas. Estas 
bolhas aderem e suspendem a matéria em suspensão para a superfície. Esta 
remoção é superior às unidades tipo vácuo. Esta unidade pode trabalhar com ou 
sem recirculação. 
Esta unidade pode substituir o decantador primário, produzindo um efluente 
final de qualidade superior, porém com um custo mais elevado. A principal 
vantagem é que os flocos não estarão submetidos aos esforços cisalhantes das 
bombas ou sistemas pressurizados. 
 
Solubilidade do Ar 
 A saturação do ar na água é diretamente proporcional à pressão e 
inversamente proporcional à temperatura. Foi constatado que a solubilidade do 
oxigênio e do nitrogênio seguem a lei de Henry para uma ampla faixa de pressão. 
 Foi demonstrado a existência de uma relação linear entre a pressão e a 
solubilidade para vários efluentes industriais, onde a inclinação da curva varia em 
função da natureza dos constituintes dos efluentes. 
 A quantidade de ar liberada, teoricamente, da solução quando a pressão é 
reduzida para 1atm pode ser calculada por: 
 
Sa
Pa
PSa S −= 
 
Onde: S = Ar liberado para ATM por unidade de volume a 100% saturação cm³/L 
 Sa = saturação do ar à pressão atmosférica 
 P = Pressão absoluta (submetida) 
 Pa = Pressão Atmosférica 
 
 A quantidade de ar liberado depende também das condições de mistura 
turbulenta no ponto de pressão reduzida e o grau de saturação obtido pelo 
sistema de pressurização. 
 A solubilidade do ar em efluentes industriais é menos que a da água, logo 
aplica-se um coeficiente de correção (f). 
 Tanques de retenção alcançam geralmente uma saturação de 85 a 90% 
 






−= 1
Pa
fPSaS 
 
Onde: f é a tração de saturação do tanque de retenção. 
 
 A performance do sistema de flotação depende, sobretudo de haver 
quantidade suficiente de bolhas de ar para promover uma flotação substancial de 
todos os sólidos suspensos. Uma quantidade insuficiente de ar resulta na flotação 
apenas de uma parte dos sólidos. 
 A performance da unidade de flotação em termos da qualidade dos 
efluentes e da concentração dos sólidos na flotação pode ser relacionado com a 
relação ar/sólidos, que é geralmente definida como a massa liberada por massa 
de sólidos na efluente. 
 






−= 1
Pa
fP
SaQ
SaR
S
A 
Onde: R = reciclo pressurizado 
 Q = fluxo de esgoto 
 As = óleo ou sólido suspenso na água 
 
As bolhas liberadas após a pressurização variam de tamanhos de 30 a 120 
µm. a velocidade de ascenção aproxima-se da Lei de Stokes, cujos valores típicos 
são entre 2,6 e 12,6 cm/min. 
Na flotação por lodo ativado com 0,91 de sólidos a 2,72 atm Hurwitz e Katz 
observaram velocidades livre de ascenção de 9, 34 e 55 cm/min para tavas de 
reciclo de 100, 200 e 300 % respectivamente. 
As variáveis primárias para projetos de flotação são pressão, taxa de 
recicurlação, concentração de sólidos na alimentação e tempo de retenção. 
 A concentração de sólidos suspensos no liquido diminui e a concentração 
de sólidos na escuma aumenta com o aumento do tempo de detenção. 
 Quando a unidade de flotação é utilizada para clarificação são utilizados 
tempos de retenção da ordem de 20 a 30min. 
 Os principais componentes de um sistema de flotação são a bomba de 
pressurização, acessórios de pressão de ar, tanque de retenção, o reguladorde 
pressão e a unidade de flotação. 
A bomba de pressão cria uma elevada pressão para aumentar a 
solubilidade do ar. O ar é usualmente injetado através de injetores na linha de 
sucção da bomba diretamente no tanque de retenção. 
O ar e o liquido são misturados no tanque de retenção em um intervalo de 1 
a 3 minutos. O regulador de pressão mantém a pressão constante na bomba de 
pressurização. 
A unidade de flotação pode ser circular ou retangular com um mecanismo 
para remover o lado espessado e flutuado. 
O projeto e uso das unidades de flutuação não estão bem estabelecidos. 
Uma investigação cuidadosa é necessária para determinar a sua adeqüabilidade 
para o tratamento de qualquer esgoto em partículas em alguns casos, tem sido 
feitos estudos em instalação piloto e os fabricantes possuem equipamento 
disponível para este fim. Em geral, parecem ser indicadas as seguintes vantagens 
e desvantagens no uso das unidades de flutuação. 
 
Vantagens: 
• a graxa, os sólidos leves, os detritos sólidos e sólidos pesados são todos 
removidos na unidade 
• altas vazões de transbordamento e períodos curtos de retenção significam 
tanques de menor tamanho(menor espaço e economia na construção) 
• redução do odor devido à curtos períodos de retencao e a pressão das 
unidades 
• a escuma e a lama obtida são mais espessas. 
 
Desvantagens: 
• o equipamento adicional resulta num custo operacional mais alto 
• geralmente as unidades de flutuação não tratam tão bem quanto uma 
unidade de decantação 
• as unidades topo pressão têm a necessidade de alta potência, o que 
aumentam o custo operacional 
• a manutenção é mais rigorosa e assim mais cara 
Decantação 
 
 A separação mecânica de partículas pode ser realizada por: 
a) Centrifugação ou Filtração (ex: separar cristais e sal da solução-mãe) 
b) Classificação ou Penetração (ex: separar diferentes frações de um mineiro 
moído) 
c) Sedimentação (ex: separação de lamas do liquido) 
 
Em oposição aos métodos mecânicos tem-se os métodos de separação por 
vaporização ou condensação. 
 O objetivo da decantação e a separação dos sólidos em suspensão para 
partículas com diâmetros menores que 5mm. 
Quando o interesse é obter um liquido sobrenadante “purificado”, dá-se o 
nome a essa operação de clarificação. 
Quando o objetivo é concentrar as partículas em suspensão, denomina-se 
espessamento. 
Segundo a concentração e a tendência das partículas interagirem, existem 
4 tipos de decantação: Partícula Discreta; Partícula Floculante; Zonal e 
Compressão. 
 
Sedimentação Discreta 
 Ocorre em baixa concentração de sólidos em suspensão. As partículas 
decantam como entidades individuais, sem a interação com partículas vizinhas. 
Este é o tipo que ocorre nas caixas de areia. 
 
Sedimentação Floculante 
 Diz respeito à suspensão diluída que coalescem ou floculam durante a 
operação de sedimentação. Por coalescência, as partículas aumentam de massa 
e decantam a taxas mais elevadas. Ocorre nos decantadores primários das ETE’s 
e na decantação de lodo químico. 
Sedimentação Zonal 
 Diz respeito à suspensões de concentração intermediaria 2 a 10mg/L, na 
qual as forças interparticulares são suficientes para retardar a sedimentação de 
partículas vizinhas as partículas se unem e tendem a sedimentar como um único 
bloco. Uma interface sólido-líquido bem nítida aparece no topo da massa 
decantável e começa a descer como tempo (ocorre no decantador secundário de 
sistemas de lodo ativado). 
 
Compressão 
 Refere-se a decantação na qual a concentração das partículas é alta e que 
a sedimentação ocorre apenas por compressão da estrutura. Alguns autores 
associam este tipo de sedimentação à zona. Ela ocorre nas camadas mais baixas 
(profundas) do decantador secundário de lodo (espessamento). 
 
Sedimentação de uma Partícula Discreta 
 Seja uma partícula esférica de massa especifica Os, imersa em um liquido 
de massa especifica Pl. passando algum tempo, a partícula entra em regime 
estacionário e a velocidade de queda fica uniforme. Isto deve-se ao equilíbrio 
entre as forças de arrasto, empulxo e peso. 
 
Decantador Ideal para Remoção de Partículas Discretas 
 
Hazen (1904) propôs a modelagem matemática para um decantador ideal, 
seguindo as seguintes hipóteses: 
• O decantador é um TQ ideal, isto é, a sedimentação ocorre sem qualquer 
interferência externa. 
• O escoamento é continuo e não turbulento. 
• As partículas são discretas, com mesma velocidade de sedimentação 
• A sedimentação das partículas é livre, sem interferência de uma sem a 
outra. 
• Não há ressuspensão do fundo do tanque 
Segundo Hazen o decantador pode ser dividido em 4 zonas: 
• 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 decantação 
• Zona de lodo: Destinada a armazenar temporariamente as partículas 
removidas. 
• Zona de Saída: destinada a coletar uniformemente a água decantada. 
 
 A matéria da partícula no interior do tanque de sedimentação é dada pela 
resultante de duas componentes de velocidade. A velocidade horizontal, obtida a 
partir da vazão de alimentação do decantador, e a velocidade de decantação. 
 Desta forma, no interior do decantador pode ocorrer 3 casos: 
 
 
 
1° CASO: v’s > vs - a partícula sedimenta antes da saída 
2° CASO: vs - a partícula sedimenta mesmo à saída 
3° CASO: v’’s < vs - a partícula não sedimenta no tanque 
 
 Uma conseqüência muito importante deste resultado é que vale mais 
utilizar tanques de sedimentação de área grande e pouca profundidade. 
 No dimensionamento consideram-se dois postulados. 
� As partículas se distribuem uniformemente na entrada 
� As partículas consideram-se separadas quando atingem o fundo 
Como: 
• Partículas com v1 > v2 sedimentam 
• Partículas com v1 < v2 separam-se na proporção v1/vS 
Isto é conseqüência de 
H
h
v
v
s
S
=
''
 
 
A carga hidráulica (ou fundo especifico) é dada por Q/Af (m/n). Esta 
corresponde à velocidade de sedimentação V3 de uma partícula com um tempo de 
sedimentação igual ao tempo de detenção. 
 
ff
s A
Q
Q
AH
H
Q
v
H
t
Hv =





 ⋅
=== 
 
Valores típicos desareadores 
• Tempo: 20 segundos a 1 minuto 
• Diâmetro: 0,1 a 1,0 mm 
 
Sedimentação Floculante 
 Partículas de soluções relativamente diluídas não decantam discretamente, 
mas elas coalescem ou floculam durante a sua sedimentação. Quando isso ocorre 
a massa da partícula aumenta fazendo com que decantem mais rápido. 
 A extensão deste efeito de coalescência dependem da oportunidade de 
contato entre as partículas, que é função da vazão, da profundidade do tanque, do 
gradiente de velocidade do sistema, da concentração de partículas e de sua faixa 
de tamanho. Os efeitos destas variáveis podem ser medidas a partir de ensaios 
laboratoriais. 
 Para se determinar as características de sedimentação, deve ser utilizada 
uma colina de 150nm de diâmetro e 3 m de altura com tomadas para amostragem 
a cada 0,6m. as amostras devem ser coletadas nas portas em intervalos de tempo 
regulares. 
 Valores típicos para este tipo de sedimentação: 
• 2 – 3,5 m de profundidade 
• T de 0,5 a 1,5h 
• V de 18 a 80 m/h 
• Rendimento de separação de sólidos solúveis de 40 a 60 % 
• 30 a 50% de redução de DBO 
 
Sedimentação 
 Em sistemas contendo alta concentração de sólidos suspensos, a 
decantação retardada ou zonal e a decantação por compressão ocorrem 
usualmente. 
 A sedimentação ocorre quando uma suspensão concentradainicialmente 
uniforme é posta em um cilindro graduado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ao por a solução no cilindro começa a se formar uma zona bem nítida de 
separação entro o lodo e o liquido do clarificado, chamado de frente de 
decantação. A medida que os sólidos vão decantando, o liquido vai subindo pelos 
interstícios dos flocos, sofrendo assim uma filtração que deixa os líquidos 
sobrenadante bastante liquido. 
 
 
 
compressão 
zonal 
floculenta 
discreta 
Na primeira fase deste tipo de decantação tem-se a preponderância do 
fenômeno de sedimentabilidade. A do lodo começa a influenciar o processo e 
termina por governá-lo, como pode ser visto na figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 Tornando-se a tangente à curva de decantação na primeira fase, tem-se a 
velocidade de sedimentação dh/dt=V5 e tomando a tangente na II fase tem-se a 
velocidade da taxa de compressão dh/dt=Vc 
 
O decantador secundário do clarificador, combina as funções de: 
• Espessador 
• Clarificador 
• Reservatório de lodo 
 
Os fatores que atendam a seu funcionamento segundo Ekama et al (1997) 
são: 
• Fatores Hidráulicos e Físicos: Como a vazão de esgoto e idade do lodo 
• Fatores internos dos decantadores: presença de zona de floculação, forma 
do reservatório; geometria; configuração do fluxo (longitudinal ou 
transversal) e turbulência, etc. 
zona de compressão 
zona mista 
t 
h zona de sedimentação 
• Condições locais: ação do vento: Variação de temperatura da água e do ar, 
etc. 
• Características do lodo: concentração no tanque de arejamento; 
decantabilidade (floculação, decantação e compressão) e processo 
biológico (ex: denitrificação). 
 
A Teoria de Kynch 
Ela é aplicada para que se possa obter o par velocidade/concentração à 
partir de uma única curva de decantação H(t). 
Segundo Kynch, a velocidade de sedimentação das partículas de uma 
camada que decanta, é função unicamente da concentração daquela câmara. 
Para obtenção destes parâmetros, traça-se uma tangente à curva de 
decantação no ponto onde deseja-se calcular o par 
i
i
C
v . Pela inclinação da 
tangente é obtida a velocidade vi e a concentração é obtida pela equação: 
 
i
i H
H
CC 00= 
 
Onde: Hi é a altura equivalente obtida pela interseção da tangente no eixo H. 
 
Modelos de Decantação 
 Existe na literatura diversos modelos que permitem descrever a evolução 
da velocidade de decantação em função da concentração das partículas. Os mais 
conhecidos e utilizados são o da potência e o exponencial. 
 
Calculo dos Decantadores 
 Para se projetar clarificadores que operem em sedimentação zonal, deve-
se: 
• Calcular a área mínima para conseguir a clarificação das lamas 
• Calcular a área mínima para conseguir o espessamento da lama até 
a concentração desejada 
• Considerar a maior área 
 
O projeto inicia-se calculando-se a velocidade de sedimentação através de 
ensaios em provetas de 1L a várias concentrações. 
 
Vs = Ho/t 
 
Em geral a sedimentação é um processo contínuo, extraindo-se lamas 
continuamente. 
 
µµ XQXQXQ ee +=00 
Como: µQQQ e +=0 
Logo: 
( )
e
e XX
XXQ
Q
µ
µ 00
= 
 
Vamos agora calcular a área mínima para o espessamento das lamas ate a 
concentração desejada (xµ). 
 Define-se a capacidade do clarificador para arrastar os sólidos para a fonte. 
Inferior, como uma concentração Yi, por gravidade em funcionamento 
descontinuo, como: 
 
GB = Xi Vi 
Q0, X0 
Qµ, Xµ 
Qe, Xe 
Onde: GB = Fluxo sólidos nas lamas 
 Yi = Concentração de sólidos nas lamas 
 V = Velocidade de sedimentação para concentração xi 
 
Esta equação permite calcular o fluxo de sólido em regime descontinuo em 
função da velocidade de sedimentação e a concentração de sólidos (métodos 
Yoshika). 
 
Tipos de Decantador 
 Os decantadores estáticos, sem raspador, possuem as seguintes 
características: 
• Cilindro – Cônicos: adequados para pequenas instalações tem um fundo 
cônico com grande inclinação para evacuação lodo por gravidade. 
• Fluxo Horizontal: requer uma elevada superfície. É pouco utilizado. 
• Fluxo Laminal: se melhorada o rendimento com a introdução das lâminas, 
que favorecem a sedimentação dos sólidos e o fluxo ascencional dos líquidos, 
aumentando a altura eficaz sem aumentar a altura do equipamento. 
 
Tanques Circulares e quadrados com raspador podem ser de fluxo radial ou 
diametrial; arraste de lodos com um só lâmina ou com várias; sistema de tanques 
retangulares. 
Há unidades que juntam o processo de floculação à sedimentação, sendo 
assim chamado de decantador floculador. 
Além destas unidades existem ainda as com recirculação, temos então 
circulator o decantador turbicirculador, o decantador accelator ns. 
O circulator é um modelo mais simples, apto para instalações pequenas e 
médias. A mistura do lodo se faz por um sistema hidráulico. 
No turbocirculator, mistura de lodos se faz por uma hélice de perfil 
adequado para evitar a destruição dos flocos frágeis. 
O modelo accelator troca a distribuição das zonas de mistura e de lodos 
com relação ao modelo anterior.