Etapas do tratamento de agua

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Sumário
ETAPAS DO TRATAMENTO DE ÁGUA (VISÃO GERAL)	3
Filtração Grosseira	3
Coagulação/Floculação	3
Desinfecção e Decantação	4
Filtração	4
CaO (Controle de pH), Cl2 e Flúor (F-)	5
Distribuição	5
Coagulação	6
Histórico	6
Conceito	6
Mecanismos de coagulação	7
Compressão da dupla camada	8
Adsorção-desestabilização	8
Varredura	8
Formação de pontes químicas	8
Fatores intervenientes na coagulação	9
Tipo de Coagulante	9
Alcalinidade e pH	10
Natureza e Distribuição dos Tamanhos das Partículas	10
Tempo de detenção e gradiente de velocidade da mistura rápida	11
Unidades de mistura rápida	11
Unidades mecanizadas de mistura rápida	12
Unidades hidráulicas de mistura rápida	12
Floculação	13
Mecanismos de transporte	13
Mecanismos de agregação e ruptura dos flocos	14
Fatores intervenientes na floculação	14
Tempo de detenção	15
Gradiente de velocidade	15
Variação do gradiente de velocidade ao longo das câmaras	16
Geometria dos agitadores e das câmaras de floculação	16
Tipos de unidades de floculação	17
Unidades de floculação hidráulica	17
Unidades de floculação mecanizadas	19
Floculação em malhas	19
Comparação entre os tipos de floculadores	19
ETAPAS DO TRATAMENTO DE ÁGUA (VISÃO GERAL)
Filtração Grosseira
As ETA's são as responsáveis por realizar o tratamento da água, então, através de uma represa, do rio ou de um reservatório, essa água será captada e bombeada para a estação de tratamento, passando inicialmente por uma filtração, chamada de filtração grosseira para evitar que todo material , com partículas grandes cheguem até a estação de tratamento, como, folhas galhos e assim por diante.
Coagulação/Floculação
Na etapa de coagulação/floculação adiciona-se na água o sulfato de alumínio (coagulante mais empregado), a cal e o cloro na etapa de pré cloração para fazer a desinfecção da água matando as bactérias e micro-organismos, devido à adição dessas três substâncias. 
A Cal é um oxido básico que quando reage com água forma hidróxido cálcio que é uma base e esse hidróxido de cálcio por sua vez vai reagir com o sulfato de alumínio para formar Al(OH)3 e o CaSO4. O Al(OH)3 é como se fosse um gelzinho e esse gel tem uma propriedade muito importante, ele vai se ligar à sujeira,a terra, a todo material particulado que está na solução e vai formar coágulos/ flocos, existe até uma agitação que é feito para intensificar a formação desses flocos nesse primeiro momento. 
Entretanto mesmo que não se tivesse adicionado o CaO ainda assim formaria o Al(OH)3, mesmo se apenas o Al2(SO4)3 fosse adicionado também haveria a formação do Al(OH)3. O Al2(SO4)3 em água sofre hidrolise e vai ter íons alumínio, a água tem íons OH- e vai formar o Al(OH)3, formando também 6H+ e o 3SO42-, o meio portanto fica ácido.
O fato é que a quantidade de OH- na água é bem pequena então formar-se-ia o gel, porem numa quantidade pequena, portanto utiliza-se a CaO virgem para intensificar o processo, para formar Ca(OH)2 que vai reagir com o sulfato de alumínio e formar bastante Al(OH)3 para ele realmente fazer essa propriedade importante se juntando à sujeira para formar esses flocos, esses coágulos que vão na próxima etapa decantar e acaba sendo também uma maneira de retirar a sujeira da água.
Desinfecção e Decantação
O cloro também é adicionado na etapa de desinfecção, ele reage com a água e forma o HCl e o HClO ,no qual o HClO é muito bactericida e é o responsável por matar as bactérias da água ele também sofre um processo de ionização e forma o hipoclorito (ClO-) que também é bactericida, entretanto o HClO é cerca de 80 vezes mais bactericida que o seu próprio anion que é o ClO-, o que o torna o maior responsável no primeiro momento, chamado de pré-cloração.
O cloro serve como um oxidante, pois tem alguns metais que podem ser solúveis na água, o íon de ferro (Fe2+) por exemplo é solúvel na água e não dá pra retirar da água, entretanto quando ele reage com o cloro, ele perde um elétron e vira um íon de ferro (Fe3+) que é insolúvel na água e assim se consegue tirar esse ferro mais pra frente.
Em seguida uma decantação onde todo esse material particulado vai pro fundo, ou seja, ficará em repouso no fundo da câmara e ter-se-á a decantação.
Filtração
Depois a água passa por uma outra filtração, pois pode ser que algumas partículas ainda fiquem em suspensão na água e fazendo com que fiquem retidas num filtro onde se utiliza o carvão, que é o carvão ativo ou carvão ativado, areia e cascalho nessa filtração. Lembrando que o carvão ativado tem uma propriedade muito importante que é a de adsorver impurezas o que é diferente da absorção. A adsorção sempre acontece na superfície, nela se tem poros bem pequenininhos no carvão que vão realizar a filtração e as impurezas ficarão na superfície do carvão além de adsorver odores tirar o cheiro e o gosto da água e também impedir a passagem de organoclorados como o clorofórmio. 
Outro fato importante é que, se a água tiver a presença de matéria orgânica, nesse tratamento inicial e com a adição do cloro, o cloro reagirá com a matéria orgânica podendo ocasionar a formação de compostos organoclorados como clorofórmio que é o HCl3, que inclusive são extremamente tóxicos para os seres humanos, e o carvão ativado impede a passagem dele.
Depois a água passa por um filtro de areia e um filtro de cascalho e a água segue para o quinto passo. 
CaO (Controle de pH), Cl2 e Flúor (F-) 
No quinto passo irá ser adicionado mais CaO porque na desinfecção, onde ocorre a adição de cloro e tem-se a formação de ácidos e esses ácidos, evidentemente, não podem ficar na água, pois causam uma diminuição brusca do pH, sendo que o ideal é que a água chegue nas casas com o pH próximo de 7, além disso o pH ácido pode causar corrosão na tubulação que irá conduzir a água até as casas, então deve-se controlar o pH adicionando o CaO e aumentando assim o pH proporcionando melhor controle e o mantendo próximo da neutralidade.
Em seguida é feita uma pós cloração pra garantir que nenhuma bactéria chegue até as residências, então haverá uma outra desinfecção em escala menor.
Além disso ainda na quinta etapa também é colocado flúor que o fluoreto (F-) que é o grande responsável por evitar o aparecimento de carie nas pessoas e fazer com que se tenha a formação nos dentes da fluoropatita que é resistente a ataques de ácidos e faz a profilaxia da carie nos dentes .
	
Distribuição
E o último processo que seria a distribuição, a água vai para um reservatório elevado e segue depois por gravidade até às residências.
Coagulação
Histórico 
Coagular significa converter em solido, este processo decorreu da necessidade de melhorar o aspecto visual da água para consumo humano, era intrínseca a relação entre a maior concentração de partículas e a perspectiva da presença de microrganismos patogênicos. Desta forma, a elevação da turbidez associava-se a perspectiva de transmissão de doenças devido ao aporte de microrganismos aos corpos d’água.
Conceito
A coagulação consiste essencialmente na desestabilização das partículas coloidais e suspensas realizada pela conjunção de reações químicas (reações do coagulante com o líquido a ser tratado e na formação de espécies hidrolisadas com cargas positivas) e ações físicas (transporte das espécies hidrolisadas para que haja contato com as impurezas presentes no líquido a ser tratado) entre o coagulante - usualmente um sal de alumínio ou de ferro -, a água e as impurezas presentes. 
Esse processo é rápido e pode variar desde décimos de segundos a cerca de 100 segundos, dependendo de características como pH, temperatura, quantidade de impurezas, concentração de coagulantes, etc. O transporte de partículas no sistema aquoso é essencialmente físico e é acompanhado de fenômenos, tais como difusão browniana, movimento do fluido e sedimentação, e é controlado por parâmetros físicos, tais como temperatura, gradiente de velocidade e tamanho da partícula.
Em solução aquosa os íons metálicos de ferro e de alumínio, positivamente carregados, formam fortes ligações com os átomos de oxigênio podendo coordenar até seis moléculas de águaao redor, liberando os átomos de hidrogênio (aumentando a concentração do íon H+) e reduzindo o pH da suspensão. Este processo denomina-se hidrolise e os produtos formados constituem-se as espécies hidrolisadas de ferro e alumínio, podendo culminar, em função da dosagem, no precipitado de hidróxido do metal.
Em seguida, com a aproximação e colisão das partículas desestabilizadas, há formação dos flocos os quais podem ser removidos por sedimentação, flotação e filtração.
Assim, espera-se remover especialmente turbidez, matéria orgânica coloidal, substancias toxicas de origem orgânica e inorgânica, e outras passiveis de conferir odor e sabor a água, microrganismos em geral e os precursores da formação de trihalometanos elevando-se a qualidade da água distribuída.
Mecanismos de coagulação
São fatores que causam a desestabilização referenciada no próprio conceito de coagulação e permitirá a aproximação das partículas vencendo a barreira de energia decorrente dos potenciais elétricos. Este processo constitui-se na conjunção de quatro mecanismos que podem inclusive ocorrer simultaneamente.
Segundo Di Bernardo & Dantas (2005) partículas coloidais, substâncias húmicas e microrganismos em geral apresentam carga negativa na água. Quando duas partículas coloidais se aproximam, devido ao movimento browniano que as mantém em constante movimento, atuam sobre elas forças de atração (Forças de Van der Waals) e forças de repulsão (devido à força eletrostática ou da dupla camada elétrica), impedindo a agregação entre as partículas e a consequente formação de flocos. A Figura 3.7 apresenta a formação da dupla camada elétrica também denominada camada compacta, sua camada difusa, sendo que a distância entre a superfície do colóide e os íons de carga contrária até o limite da camada difusa representa o potencial zeta. 
A desestabilização é um processo de interação colóide-coagulante controlado por parâmetros físicos e químicos. Os mesmos autores consideram a coagulação química como o resultado da ação combinada de quatro possíveis mecanismos distintos: compressão da camada difusa; adsorção e neutralização; varredura; adsorção e formação de ponte. Entretanto, para os coagulantes químicos geralmente empregados como os sais de ferro ou alumínio, há predominância dos mecanismos de adsorção-neutralização e varredura. 
Compressão da dupla camada
O aumento da força iônica ocasiona a compressão da camada difusa. Os íons de carga positiva atravessam a camada compacta, reduzindo a magnitude do potencial zeta e a espessura da dupla camada, permitindo a posterior aproximação das partículas.
Adsorção-neutralização
O mecanismo de adsorção-neutralização de cargas é muito importante quando o tratamento é realizado através de uma das tecnologias da filtração direta. Nesse mecanismo ocorre a neutralização das cargas das partículas presentes na água bruta e não há necessidade da produção de flocos para posterior sedimentação ou flotação, mas de partículas desestabilizadas que serão retidas no meio granular dos filtros. 
Assim, as dosagens de coagulante utilizadas tendem a ser inferiores às necessárias no mecanismo de coagulação por varredura.
Varredura
 O mecanismo de varredura é utilizado para tecnologias convencionais, ou de ciclo completo, que incluem as seguintes etapas de tratamento: coagulação, floculação, decantação e filtração. Os flocos formados no mecanismo de coagulação por varredura deverão apresentar densidade suficiente para permitir sua deposição nos decantadores.
Formação de pontes químicas
Com o objetivo de reduzir as dosagens do coagulante e conferir ao floco maior densidade passaram a ser empregados polímeros orgânicos naturais ou sintéticos, usualmente como auxiliares de floculação. 
No emprego dos polímeros, a coagulação pode efetuar-se por intermédio da formação de pontes químicas, quando as partículas coloidais são adsorvidas na superfície das diversas cadeias dos polímeros. Para tal finalidade, a molécula do polímero deve ser longa o suficiente para minimizar o efeito repulsivo da dupla camada quando da aproximação de mais de uma partícula e permitir a adsorção em sua superfície.
Em qualquer mecanismo de coagulação o processo de desestabilização pode ser revertido caso haja variações no pH de coagulação ou da dosagem de coagulante, conduzindo a restabilização das partículas coloidais e evitando a agregação.
Fatores intervenientes na coagulação
Diversos fatores haverão de interferir em maior ou menor intensidade no processo de coagulação. Embora não existam hierarquias absolutas em termos da coagulação, dentre os principais fatores intervenientes destacam-se:
· O tipo de coagulante;
· O pH e a alcalinidade da água bruta;
· A natureza e a distribuição dos tamanhos das partículas causadoras de cor e turbidez;
· E a uniformidade de aplicação dos produtos químicos na massa liquida. 
Em menor grau podem também ser mencionados:
· A presença de íons; 
· A concentração e a idade da solução de coagulante;
· A temperatura da água; 
· E, dependendo do mecanismo predominante, o gradiente de velocidade e o tempo de agitação na unidade de mistura rápida.
Tipo de Coagulante
 A característica fundamental para um coagulante ser empregado no tratamento de água consiste na capacidade de produzir precipitados e espécies hidrolisadas em dissociação no meio aquoso, capazes de desestabilizar ou envolver as partículas suspensas e coloidais presentes nas águas naturais.
A definição do tipo de coagulante frequentemente deve fiar-se em fatores relacionados a adequabilidade da água bruta, a tecnologia de tratamento, ao custo do coagulante propriamente dito e dos produtos químicos porventura a ele associados - alcalinizantes, ácidos ou auxiliares de coagulação - e ao custo e manutenção dos tanques e dosadores. 
Outro aspecto que vem sendo progressivamente considerado relevante para a escolha do coagulante refere-se a quantidade e características do lodo gerado no tratamento, as quais dependem das características da água bruta e dos produtos químicos utilizados na coagulação. Consequentemente, as características químicas e físicas dos resíduos gerados no tratamento de água serão influenciadas pela composição do coagulante, e problemas relacionados ao manuseio e a disposição podem ser minimizados ajustando-se o processo de coagulação, culminando em alguns casos com a alteração do coagulante.
Alcalinidade e pH
Quando a coagulação se efetua com sais de ferro ou de alumínio, independente do mecanismo predominante, o pH assume importante papel na prevalência das espécies hidrolisadas do coagulante. Já a alcalinidade da água bruta, natural ou artificial, funcionará como tampão, minimizando a queda muito acentuada do pH de coagulação. Este fato adquire maior relevância no mecanismo da varredura quando o coagulante empregado é o sulfato de alumínio, pois este apresenta espectro de variação mais restrito do pH de coagulação para formação do hidróxido, comparado ao cloreto férrico.
Em contrapartida, para estações de filtração direta, nas quais o mecanismo de coagulação predominante inclina-se para adsorcao-desestabilizacao, alcalinidade mais significativa da água bruta pode tornar-se fator de restrição ao êxito do processo, que usualmente se sucede com valores mais baixos de pH. Neste mesmo contexto, embora águas coloridas tendam a apresentar pH e alcalinidade baixos, pode haver necessidade do emprego de acido como auxiliar de coagulação, concorrendo para reduzir a dosagem do coagulante primário e a geração de lodo.
Natureza e Distribuição dos Tamanhos das Partículas
As impurezas presentes na água, em função de sua natureza e dimensões, podem apresentar-se na forma coloidal, dissolvida ou suspensa, conferindo turbidez e/ou cor verdadeira as águas naturais. A predominância de uma ou outra característica influenciará significativamente o processo, tanto na dosagem do coagulante como no pH de coagulação.
A coagulação é fortemente influenciada pelo tamanho das partículas, sobretudo quando o mecanismo predominante é a adsorção. Nesse caso, como járessaltado, a área superficial exerce papel significativo na dosagem do coagulante em virtude da adsorção das espécies hidrolisadas na superfície das partículas. A amplitude de variação da dosagem de coagulante no mecanismo de adsorção tende a se elevar em função do numero de partículas coloidais presentes na suspensão. Efeito similar se verifica quando do emprego de polímeros como auxiliares de coagulação, uma vez que a área superficial das partículas propicia maior entrelaçamento dos flocos.
Em contrapartida, na varredura, a formação dos flocos é fruto do envolvimento das partículas coloidais pelo precipitado. Desta forma, a dimensão destas influenciará significativamente a densidade e a velocidade de sedimentação dos flocos. Geralmente verifica-se que a densidade dos flocos é inversamente proporcional ao tamanho das partículas primárias da suspensão. Esta relação é ainda mais pronunciada em função das características físicas da água bruta, apresentando-se mais marcante para águas de cor elevada (Tambo; Francois, 1991).
No mecanismo da varredura, o aumento da concentração de partículas propicia elevação da probabilidade de choques, otimizando a floculação e conferindo aos flocos melhor sedimentabilidade. 
Tempo de detenção e gradiente de velocidade da mistura rápida
A mencionada relação entre as vazões de coagulante e afluente a estação tornaa importante que a homogeneização do coagulante na massa liquida ocorra com alta turbulência, para evitar que as espécies hidrolisadas combinem-se mutuamente nos pontos de maior concentração do coagulante, fenômeno denominado retromistura. Quando tal se sucede haverá maior gasto de coagulante para se obter a plena desestabilização das partículas coloidais e/ou menor formação dos flocos. Desta forma, maior uniformidade do gradiente de velocidade de mistura rápida (Gmr) na massa liquida é fundamental para o êxito do processo de coagulação.
A magnitude das diferenças de velocidade das linhas de corrente perpendiculares ao escoamento denomina-se gradiente instantâneo de velocidade.
Unidades de mistura rápida
Na aplicação dos produtos químicos ha dois fenômenos distintos, embora semelhantes, e complementares: dispersão e mistura. A primeira usualmente efetua-se, em estações de maior porte, por meio de tubos de PVC perfurados, cortados longitudinalmente ao longo do eixo, ou, para pequenas estações, mangueiras plásticas conectadas a bombas dosadoras ou a dosadores por gravidade. Já a mistura do coagulante - dai a denominação mistura rápida - apresenta-se em duas alternativas distintas, por meio da agitação mecânica ou hidráulica, visando a dispersão mais homogênea possível dos produtos químicos na massa liquida. 
Unidades mecanizadas de mistura rápida
Para mistura mecanizada são empregados agitadores do tipo turbina ou hélices, nos quais a água bruta aflui à câmara de mistura e o coagulante é comumente disperso por meio de bombas dosadoras.
A principal vantagem apregoada por tais misturadores em relação aos hidráulicos centra-se na perspectiva de variação do gradiente de velocidade da mistura rápida, passível de ser alcançada pela mudança da rotação - e consequentemente da potencia dissipada. Todavia, esta vantagem minimiza-se pela desuniformidade da turbulência no interior da câmara de mistura rápida e pela mencionada menor relevância desta etapa para as estações convencionais cujo mecanismo de coagulação predominante é a varredura.
Unidades hidráulicas de mistura rápida
Com idêntico propósito de favorecer o contato entre as espécies hidrolisadas de alumínio e as partículas, são também empregadas unidades de mistura rápida que utilizam a energia hidráulica, tais como vertedores de seção retangular, vertedores triangulares - estes aplicáveis a pequenas estações - e, especialmente, medidores Parshall.
Embora os vertedores permitam em varias situações a realização de uma dispersão adequada do coagulante, a determinação da vazão afluente e relativamente imprecisa reduzindo usualmente o espectro de aplicação desta alternativa para estações de pequeno porte.
Floculação
Etapa em que são fornecidas condições para facilitar o contato e a agregação de partículas, formando flocos para serem removidos por sedimentação, flotação ou filtração direta. 
A floculação, por sua vez, ocorre em tanques denominados floculadores, onde as partículas previamente desestabilizadas (na etapa de coagulação) recebem agitação lenta controlada por um tempo relativamente longo para que se aumente a probabilidade de ocorrência dos choques entre as mesmas. Esses gradientes devem ser limitados para que não ultrapassem a capacidade de resistência do cisalhamento das partículas e não destruam os flocos formados anteriormente. 
O desempenho da etapa da floculação depende diretamente da eficiência do processo de coagulação acrescida de alguns parâmetros inerentes a esta fase: gradiente de velocidade médio e tempo de floculação e o tipo e geometria do equipamento utilizado. 
Mecanismos de transporte
A fenomenologia da floculação baseia-se em dois mecanismos complementares: 
· Adesão: relacionado às cargas superficiais das partículas, que devem ser alteradas durante a coagulação para que os choques sejam efetivos;
· Transporte: refere-se à agitação introduzida ao meio e pode ser divido em outros três:
1. Movimento Browniano (floculação pericinética):
O movimento aleatório das partículas coloidais de dimensão inferior a 1 µm permite que ocorram os primeiros choques. Pode-se afirmar que os primeiros contatos entre as partículas desestabilizadas iniciam-se já na unidade de mistura rápida, decorrentes do movimento Browniano e da ação da gravidade.
2. Movimento do fluído (floculação ortocinética): 
Decorre da introdução de energia externa que fomenta a aglutinação das partículas desestabilizadas e dos microflocos - formados inicialmente por intermédio do movimento Browniano -, para a formação de flocos de maior peso, passiveis de serem removidos por sedimentação ou flotação.
3. Sedimentação diferencial: 
Refere-se a sedimentação diferencial, decorrente da desuniformidade de volume e de densidade dos flocos formados. Assim, os flocos adquirem distintas velocidades de sedimentação, concorrendo para que no movimento descendente na unidade de decantação ocorram os choques e a consequente formação de flocos mais pesados.
Mecanismos de agregação e ruptura dos flocos
Convergem-se em dois mecanismos: a agregação e a ruptura dos flocos. Nessa premissa, em função das características da água e das condições de coagulação e floculação, o crescimento dos flocos efetua-se até um tamanho limite para o qual se equivalem as tensões de cisalhamento e as forças de aglutinação que mantém as partículas desestabilizadas aderidas a estrutura do floco. Com o progressivo aumento das dimensões e da densidade, aliada a melhor sedimentabilidade, ocorre elevação da área superficial dos flocos favorecendo a prevalência das forças heterodinâmicas que tendem a provocar o descolamento destas partículas.
Concorre para maximizar os efeitos da ruptura o fato dos flocos rompidos dificilmente voltarem a se formar para as mesmas condições de floculação, mesmo quando se verifica o emprego de polímeros orgânicos como coagulantes primários. Nestes casos, após a ruptura do floco, ha tendência de que os segmentos dos polímeros envolvam completamente a mesma partícula, reestabilizando-a e evitando a reagregacão.
Fatores intervenientes na floculação
Evidentemente que todos os fatores intervenientes no processo da coagulação podem ser listados como relevantes na eficiência da floculação. Alem da coagulação propriamente dita, o gradiente de velocidade e o tempo de detenção ou tempo de floculação constituem-se indubitavelmente nos principais fatores intervenientes na floculação, ainda que para as unidades mecanizadas as geometrias das câmaras e das paletas possam também ser secundariamente mencionadas. Tais parâmetros governarão a densidade e o tamanho dos flocos formados, reduzindo a turbidez e/ou cor aparente da água decantada ou, para estaçõesde filtração direta, conferindo aos flocos maior resistência aos efeitos de cisalhamento provocado pelas forcas heterodinâmicas do escoamento maximizando a retenção nos interstícios do meio filtrante.
Tempo de detenção
Atualmente, ainda que o tempo de detenção continue sendo fator preponderante, a inserção do conceito de gradiente de velocidade de floculação relegou a velocidade de escoamento como parâmetro de projeto papel secundário no dimensionamento destas unidades. 
No sentido estrito do termo, o tempo de detenção hidráulico corresponderia a razão entre o volume útil da unidade de floculação e a vazão afluente a mesma. Este parâmetro abarca o tempo necessário a redução do numero de partículas desestabilizadas, consequência dos choques promovidos pela energia dissipada na massa liquida. Contudo, na pratica o valor teórico somente se verifica para as unidades de floculação hidráulica dotadas de maior numero de câmaras (preferencialmente superior a oito).
Gradiente de velocidade
As dimensões e a densidade dos flocos formados são fortemente influenciadas pelas colisões decorrentes das diferentes velocidades das linhas de corrente contiguas na seção transversal ao escoamento. A magnitude destas diferenças de velocidade atribui-se denominação de gradiente instantâneo de velocidade. Nas unidades de floculação hidráulicas e mecanizadas a agitação conferida a massa liquida pode ser decorrente, respectivamente, das mudanças de direção do escoamento ou da rotação dos agitadores. 
Para as unidades de mistura rápida mecanizadas, há sensível desuniformidade da potencia dissipada na massa liquida, concorrendo para variações sensíveis do gradiente de velocidade no interior da câmara. Desta forma, o gradiente de velocidade médio de floculação (Gf), corresponde ao trabalho total por unidade de tempo e volume. 
Variação do gradiente de velocidade ao longo das câmaras
Como nas unidades de mistura rápida, ha na floculação relação intrínseca entre o tempo de detenção (Tf) e o gradiente de velocidade médio (Gf) aplicado a massa liquida. Tal relação materializa-se no adimensional Gf.Tf usualmente denominado Numero de Camp (NC). O conceito que o fundamenta se refere a perspectiva de conferir idêntica probabilidade de choques entre as partículas desestabilizadas. Assim, em tese, obter-se-ia eficiência de mesma magnitude se menores tempos de detenção hidráulico estiverem associados a gradientes de velocidade mais elevados ou vice-versa.
Contudo, a floculação realizada com gradiente de velocidade variável decrescente apresentou consistentemente melhores resultados em termos de remoção de turbidez, quando comparada a floculação com gradiente constante.
Geometria dos agitadores e das câmaras de floculação
Para as unidades de floculação com tempos de detenção mais curtos é de se esperar que as câmaras de base quadrada apresentem desempenho inferior quando cotejadas as de base circular, em função da maior possibilidade de zonas mortas. Contudo, para tempos de detenção mais longos a forma das câmaras possivelmente não interferira significativamente na eficiência da floculação e o desempenho da unidade será governado pelo numero de câmaras e pela disposição das passagens.
As câmaras de floculação de seção quadrada são as mais empregadas por permitirem arranjos que viabilizam otimizar a área destinada a estação de tratamento e reduzir o custo da construção pelo aproveitamento comum das paredes. Câmaras de seção circular predominam nas estações pré-fabricadas. 
Evidentemente que a geometria dos agitadores somente pode influir na floculação mecanizada.
Valendo-se de estudo experimental pode-se depreender que para a mistura rápida a geometria do reator parece não afetar substancialmente a eficiência do processo de coagulação. Empregando agitadores tipo hélice e turbina, e reatores cilíndricos e de base quadrada, verificou-se que os agitadores tipo turbina apresentaram resultados ligeiramente superiores quando instalados nos reatores de base quadrada.
Tipos de unidades de floculação
A distinção dos tipos de floculadores fundamenta-se na forma de transferir energia a massa liquida, hidráulica ou mecânica, para que possam ocorrer os choques entre as partículas desestabilizadas e a consequente formação dos flocos. Para quaisquer tipos de unidades, a relevância do gradiente de velocidade e do tempo de detenção como balizadores da floculação confirma-se pelos parâmetros de projeto recomendados na literatura técnica.
Unidades de floculação hidráulica
Para as unidades de floculação hidráulica, o gradiente de velocidade deve-se a perda de carga nas passagens entre as sucessivas câmaras.
Para estações existentes, de acordo com a magnitude da vazão afluente, a determinação da declividade da linha d’água após as passagens e do volume de cada câmara fornecerá o gradiente de velocidade de floculação.
Tanto para as unidades mecanizadas quanto para as hidráulicas o gradiente de velocidade nas passagens deve ser inferior ao da câmara anterior, objetivando evitar a ruptura dos flocos. A determinação do gradiente de velocidade nas passagens, quando estas estão abaixo da linha d’água, considera-se a perda de carga em conduto forcado, cujo comprimento e a espessura da chicana ou parede.
Floculadores de escoamento helicoidal
Nas unidades hidráulicas de escoamento helicoidal comumente dispõem-se em lados alternados aberturas inferiores dotadas de anteparos ou curvas de 90° para impingir o escoamento sempre na direção ascendente. Quando construídas em concreto, usualmente, o numero de câmaras é inferior a 12, podendo com emprego de divisórias em madeira atingir até 24 câmaras.
Estas unidades são utilizadas em estações de tratamento de pequeno e médio porte, recebendo também a denominação de floculadores Alabama.
Floculadores de escoamento horizontal
Constituem-se em canais dotados de chicanas através das quais ocorrem as alterações da direção do escoamento que hão de favorecer a formação dos flocos.
Em função da disposição e espaçamento das chicanas confere-se o gradiente de velocidade para a promoção dos choques e formação dos flocos.
Floculadores de escoamento vertical
Os floculadores hidráulicos de escoamento vertical apresentam-se com chicanas ou aberturas superiores e inferiores. No primeiro caso ocorre escoamento livre por sobre as chicanas nas passagens superiores e estas unidades frequentemente são dotadas de até 40 câmaras. No segundo caso, as aberturas instaladas abaixo da linha d’água asseguram-lhes o escoamento forçado, com o numero de câmaras via de regra inferior a 10.
Assim como para as unidades de escoamento horizontal, recomendam-se velocidades de escoamento superiores a 0,10 m/s, objetivando minimizar a precoce deposição de flocos.
Unidades de floculação mecanizadas
As unidades de floculação mecanizadas distinguem-se basicamente pelo eixo, vertical ou horizontal, por meio do qual as paletas, turbinas ou hélices estão conectadas aos conjuntos motor-redutor. 
As unidades de floculação mecanizada de eixo horizontal comumente dispõem de mais de um conjunto de braços em função do tamanho das câmaras. Já os floculadores de eixo vertical dispõem de apenas um conjunto de braços (Nc = 1), a exceção dos agitadores de câmaras sobrepostas, utilizados nas primeiras concepções das estações de tratamento pré-fabricadas no final da década de 1970.
Floculação em malhas
Embora não se constitua em um dispositivo especifico de floculação, as telas de fios de nylon ou arame tem sido utilizadas em canais de água coagulada ou mesmo nas passagens entre as câmaras das unidades de floculação. Sua aplicação apresenta-se como alternativa interessante para estações existentes, operando com sobrecarga, dotadas de canais de água coagulada ou floculada de maiores dimensões. Nesta ultima circunstancia é possível com a instalação destas malhas prolongar o tempo de floculação. Evidentemente, pela mesma razão de minimizar a ruptura dos flocos, que no primeiro caso as malhas devem conferir gradientes de velocidade superiores ao da primeira câmara de floculaçãoe no segundo inferiores ao da ultima. Quando utilizadas a jusante da unidade de mistura rápida, as malhas prestam-se a auxiliar a aplicação dos produtos químicos utilizados na coagulação, como os polímeros, ou mesmo dos compostos de flúor quando este processo e realizado no inicio do tratamento.
Comparação entre os tipos de floculadores
Na definição do tipo de floculador a ser empregado, os métodos hidráulicos tem sido, via de regra, preteridos pelos mecanizados nos recentes projetos de construção e ampliação de estações de tratamento de água de médio e grande porte. A despeito desta supremacia, na comparação entre as distintas unidades de floculação algumas constatações são inequívocas, pois os floculadores hidráulicos praticamente:
	Floculadores Hidráulicos
	Vantagens
	Desvantagens
	Prescindem de manutenção
	Maior perda de carga, como consequência do maior numero de câmaras e do tamanho da abertura relacionar-se com o gradiente de velocidade na câmara.
	Demandam gastos com energia elétrica
	Dificuldade de alteração da magnitude dos gradientes de velocidade, para adequa-los aos câmbios das características da água bruta.
	Alternativa mais viável para as localidades distantes dos centros mais desenvolvidos.
	A variação do gradiente de velocidade nos floculadores apresenta nítida dicotomia.
	Apresentam custo de implantação inferior ao das unidades mecanizadas, a exceção, provavelmente, dos floculadores de escoamento horizontal de menor profundidade
	
	A primeira restrição, dependendo do ponto de vista, pode apresentar-se como vantagem pela redução dos curtos-circuitos
	
Desta forma, como já foi ressaltado, constituem em numero absoluto o tipo de unidade mais extensivamente empregada no Pais, sobretudo em estações de tratamento para pequenas e médias comunidades onde as prováveis dificuldades inerentes a manutenção dos equipamentos inviabilizariam o uso da floculação mecanizada.
	Floculadores Mecanizados
	Vantagens
	Desvantagens
	Perda de carga praticamente nula como consequência do menor numero de câmaras e do fato das aberturas não desempenharem, ao contrario das unidades hidráulicas, nenhum papel na perspectiva de ocorrência dos choques entre as partículas;
	Consumo de energia
	Maior facilidade de instalação em estações existentes, especialmente as unidades de eixo vertical, cujos conjuntos motor-redutor são mais facilmente instalados nas passarelas sobre as câmaras de floculação
	Desuniformidade da agitação dentro da câmara de floculação
	Facilidade de adaptação na perspectiva de automação do processo de tratamento
	Probabilidade de curtos-circuitos
	Maior flexibilidade de operação em função das variações das características da água bruta.
	necessidade de manutenção dos equipamentos
A sedimentação é o processo seguinte à floculação e pode ser definida como um fenômeno físico de separação de fases (sólido-líquido) em que as partículas apresentam movimento descendente devido à ação da força da gravidade, propiciando a clarificação do meio líquido (DI BERNARDO et. al. 2002). Numa estação de tratamento em escala real, a sedimentação irá ocorrer nos decantadores, cujas principais variáveis de controle são a taxa de escoamento superficial e o tempo de detenção hidráulica. Para auxiliar o processo de floculação e sedimentação, podem ser empregadas substâncias conhecidas como polieletrólitos. 
De acordo com Rivas et al. (2004), polieletrólitos são substâncias compostas por moléculas orgânicas de cadeia longa possuindo cargas iônicas em sua estrutura que facilitam a aglutinação das partículas, aumentando o tamanho dos flocos e consequentemente diminuindo o tempo de sedimentação. Comumente são denominadas de floculantes ou polímeros e podem ser catiônicos, aniônicos ou não iônicos, conforme a carga da cadeia polimérica.