Aula 11 - Coagulação

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOASUNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
CAMPUS DO SERTÃOCAMPUS DO SERTÃO
SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUASISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
COAGULAÇÃOCOAGULAÇÃO
Prof. Dr. Prof. Dr. Antonio Pedro de Oliveira Antonio Pedro de Oliveira NettoNetto
TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS 
DE ABASTECIMENTODE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH
Água Final
Polímero Agente oxidante
Alcalinizante
•• Definição: Operação unitária Definição: Operação unitária 
responsável pela desestabilização das responsável pela desestabilização das 
COAGULAÇÃOCOAGULAÇÃO
partículas coloidais em um sistema partículas coloidais em um sistema 
aquoso, preparandoaquoso, preparando--as para a sua as para a sua 
remoção nas etapas remoção nas etapas subsequentessubsequentes do do 
processo de tratamento.processo de tratamento.
COAGULAÇÃO COAGULAÇÃO 
re
la
ti
va
Água bruta 
Água coagulada
Diâmetro das partículas
F
re
q
u
ên
ci
a
re
la
ti
va
SISTEMAS COLOIDAISSISTEMAS COLOIDAIS
•• Colóides liofóbicos: São aqueles que Colóides liofóbicos: São aqueles que 
formam um sistema heterogêneo com o formam um sistema heterogêneo com o 
solvente (Sistema Bifásico). Desta solvente (Sistema Bifásico). Desta solvente (Sistema Bifásico). Desta solvente (Sistema Bifásico). Desta 
forma, distingueforma, distingue--se uma fase contínua se uma fase contínua 
(solvente) e uma fase dispersa (solvente) e uma fase dispersa 
(colóides). Uma vez que predomina um (colóides). Uma vez que predomina um 
sistema bifásico, podesistema bifásico, pode--se definir uma se definir uma 
área de interface.área de interface.
SISTEMAS COLOIDAISSISTEMAS COLOIDAIS
•• Colóides liofílicos: São aqueles que Colóides liofílicos: São aqueles que 
formam um sistema homogêneo com o formam um sistema homogêneo com o formam um sistema homogêneo com o formam um sistema homogêneo com o 
solvente (Sistema Unifásico). Desta solvente (Sistema Unifásico). Desta 
forma, distingueforma, distingue--se uma única fase se uma única fase 
contínua tendo o solvente e o sistema contínua tendo o solvente e o sistema 
coloidal como soluto.coloidal como soluto.
ESTABILIDADE DE ESTABILIDADE DE 
SISTEMAS COLOIDAISSISTEMAS COLOIDAIS
Quando a fase contínua é a água, os Quando a fase contínua é a água, os Quando a fase contínua é a água, os Quando a fase contínua é a água, os 
sistemas coloidais são denominados sistemas coloidais são denominados 
hidrofóbicos e hidrofílicos.hidrofóbicos e hidrofílicos.
ESTABILIDADE DE SISTEMAS ESTABILIDADE DE SISTEMAS 
COLOIDAISCOLOIDAIS
Sistemas coloidais hidrofóbicos: Sistemas coloidais hidrofóbicos: 
São sistemas instáveis, pois as São sistemas instáveis, pois as São sistemas instáveis, pois as São sistemas instáveis, pois as 
interações com o solvente são interações com o solvente são 
pequenas.pequenas.
ESTABILIDADE DE SISTEMAS ESTABILIDADE DE SISTEMAS 
COLOIDAISCOLOIDAIS
Sistemas coloidais hidrofílicos: São Sistemas coloidais hidrofílicos: São 
sistemas estáveis, as interações com sistemas estáveis, as interações com sistemas estáveis, as interações com sistemas estáveis, as interações com 
o solvente são tais que previnem o o solvente são tais que previnem o 
sistema contra alterações em sua sistema contra alterações em sua 
“estrutura global”.“estrutura global”.
O PROCESSO DE O PROCESSO DE 
COAGULAÇÃOCOAGULAÇÃO
Mecanismos de desestabilização de Mecanismos de desestabilização de 
partículas coloidaispartículas coloidaispartículas coloidaispartículas coloidais
••Compressão da dupla camadaCompressão da dupla camada
••AdsorçãoAdsorção--neutralizaçãoneutralização
••VarreduraVarredura
••Ponte interparticularPonte interparticular
TEORIA DA DUPLA CAMADATEORIA DA DUPLA CAMADA
ESTABILIDADE COLOIDALESTABILIDADE COLOIDAL
-
--- -
-
-
-+ +
+
++
+++
+
+
+
+
+
-
-
-
- -
++
Meio Aquoso
Camada difusaCamada rígida
TEORIA DA DUPLA CAMADATEORIA DA DUPLA CAMADA
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-- -
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
++ + +
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
- -
+
+
Partícula
Cargas
N-
N+
COAGULANTES COAGULANTES EMPREGADOSEMPREGADOS
•• Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) 
•• Cloreto férrico (líquido) Cloreto férrico (líquido) 
•• Sulfato férrico (líquido) Sulfato férrico (líquido) 
•• Cloreto de polialumínio (sólido ou Cloreto de polialumínio (sólido ou 
líquido) líquido) 
•• Coagulantes orgânicos catiônicos Coagulantes orgânicos catiônicos 
(sólido ou líquido) (sólido ou líquido) 
DOSAGENS DE COAGULANTE DOSAGENS DE COAGULANTE 
USUALMENTE EMPREGADOS NO USUALMENTE EMPREGADOS NO 
TRATAMENTO DE ÁGUAS DE TRATAMENTO DE ÁGUAS DE 
ABASTECIMENTOABASTECIMENTO
•• Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l)Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l)
•• Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l)Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l)
•• Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l)Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l)
•• Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l 
a 4 mg/l)a 4 mg/l)
SULFATO DE ALUMÍNIO SULFATO DE ALUMÍNIO 
ADQUIRIDO NA FORMA SÓLIDAADQUIRIDO NA FORMA SÓLIDA
•• Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 100 Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 100 
mg/l)mg/l)
•• Produto adquirido na forma sólidaProduto adquirido na forma sólida•• Produto adquirido na forma sólidaProduto adquirido na forma sólida
•• Sacos com 25 kg e 40 kg de capacidadeSacos com 25 kg e 40 kg de capacidade
•• Pureza: 90% a 95%Pureza: 90% a 95%
•• Massa Específica Aparente: 700 a 800 Massa Específica Aparente: 700 a 800 
kg/mkg/m33
SULFATO DE ALUMÍNIO SULFATO DE ALUMÍNIO 
ADQUIRIDO NA FORMA SÓLIDAADQUIRIDO NA FORMA SÓLIDA
SULFATO DE ALUMÍNIO SULFATO DE ALUMÍNIO 
ADQUIRIDO NA FORMA LÍQUIDAADQUIRIDO NA FORMA LÍQUIDA
•• Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 100 Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 100 
mg/l)mg/l)
•• Produto adquirido na forma líquidaProduto adquirido na forma líquida•• Produto adquirido na forma líquidaProduto adquirido na forma líquida
•• Caminhão tanqueCaminhão tanque
•• Pureza: 50 %Pureza: 50 %
•• Massa Específica: 1.300 kg/mMassa Específica: 1.300 kg/m33
SULFATO DE ALUMÍNIO SULFATO DE ALUMÍNIO 
ADQUIRIDO NA FORMA LIQUIDAADQUIRIDO NA FORMA LIQUIDA
CLORETO FÉRRICO ADQUIRIDO CLORETO FÉRRICO ADQUIRIDO 
NA FORMA LÍQUIDANA FORMA LÍQUIDA
•• Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 70 Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 70 
mg/l)mg/l)
•• Produto adquirido na forma líquidaProduto adquirido na forma líquida•• Produto adquirido na forma líquidaProduto adquirido na forma líquida
•• Caminhão tanqueCaminhão tanque
•• Pureza: 35 %Pureza: 35 %
•• Massa Específica: 1.400 kg/mMassa Específica: 1.400 kg/m33
CLORETO E SULFATO FÉRRICO CLORETO E SULFATO FÉRRICO 
ADQUIRIDO NA FORMA LIQUIDAADQUIRIDO NA FORMA LIQUIDA
O PROCESSO DE O PROCESSO DE 
COAGULAÇÃOCOAGULAÇÃO
••Compressão da dupla camadaCompressão da dupla camada
342
)(SOAl 2
4
3 .3.2 −−−−++++ ++++ SOAl
342
)(SOAl
4
.3.2 ++++ SOAl
3
FeCl
−−−−++++ ++++ ClFe .33
342
)(SOFe 2
4
3 .3.2 −−−−++++ ++++ SOFe
COAGULAÇÃO: REAÇÕES QUÍMICASCOAGULAÇÃO: REAÇÕES QUÍMICAS
ALUMÍNIOALUMÍNIO
OHAl
3 ++++
++++ ++++++++ ++++ HAlOH
2
342
)(SOAl 2
4
3 .3.2 −−−−++++ ++++ SOAl
OHAl
2
++++
++++ ++++ HAlOH
OHAlOH
2
2 ++++
++++ ++++++++ ++++ HAlOH
2
OHAlOH
22
++++
++++ (((( )))) ++++++++ HOHAl
Sólido3
(((( )))) OHOHAl
Sólido 23
++++ ++++−−−− ++++ HAlOH
4
COAGULAÇÃO: REAÇÕES QUÍMICASCOAGULAÇÃO: REAÇÕES QUÍMICAS
FERROFERRO
3
FeCl
−−−−++++ ++++ ClFe .33
342
)(SOFe 2
4
3 .3.2 −−−−++++ ++++ SOFe
OHFe
2
3 ++++
++++ ++++++++ ++++ HFeOH
2
OHFeOH
2
2 ++++
++++ ++++++++ ++++ HFeOH
2
OHFeOH
22
++++
++++ (((( )))) ++++++++ HOHFe
Sólido3
(((( )))) OHOHFe
Sólido 23
++++ ++++−−−− ++++ HFeOH
4
DIAGRAMA DE SOLUBILIDADE DO DIAGRAMA DE SOLUBILIDADE DO 
FERRO E ALUMÍNIO EM MEIO FERRO E ALUMÍNIO EM MEIO 
AQUOSOAQUOSO
2
4
6
8
Fe Total
Al Total
-12
-10-8
-6
-4
-2
0
2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
pH
L
o
g
 (
A
l 
o
u
 F
e
)
VISÃO DINÂMICA DO VISÃO DINÂMICA DO 
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
Solvente Coagulante
Colóide
•• Dispositivos hidráulicosDispositivos hidráulicos
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
•• Calhas ParshallCalhas Parshall
•• Vertedores retangularesVertedores retangulares
•• Malhas difusorasMalhas difusoras
•• InjetoresInjetores
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
VERTEDORES RETANGULARESVERTEDORES RETANGULARES
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALLCALHAS PARSHALL
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALL CALHAS PARSHALL 
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALL CALHAS PARSHALL 
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)
•• Dispositivos mecânicosDispositivos mecânicos
PROCESSO DE COAGULAÇÃOPROCESSO DE COAGULAÇÃO
••Agitadores mecânicosAgitadores mecânicos
••TurbinasTurbinas
••Hélice propulsoraHélice propulsora
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL E RADIALESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL E RADIALESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
Agitadores de fluxo radial
vFP
aot
.====
Agitadores de fluxo axial
53 ... DnKP
Tot
ρρρρ====
CÁLCULO DO GRADIENTE DE CÁLCULO DO GRADIENTE DE 
VELOCIDADEVELOCIDADE
vFP
aot
.====
2
... 2vAC
F
pd
a
ρρρρ
====
2
... 3vAC
P
pd
ot
ρρρρ
====
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)
Agitadores de fluxo axial
53 ... DnKP
Tot
ρρρρ====
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
ol
ot
V
P
G
.µµµµ
====
Tipo de rotor Valor de KT
CÁLCULO DO GRADIENTE DE CÁLCULO DO GRADIENTE DE 
VELOCIDADEVELOCIDADE
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
Hélice propulsora marítima (3 hélices) 0,87
Turbina (seis palhetas retas) 5,75
Turbina (seis palhetas curvas) 4,80
Turbina com quatro palhetas 
inclinadas a 450
1,27
Turbina com quatro palhetas 
inclinadas a 320
1,0 a 1,2
Turbina com seis palhetas inclinadas a 
450
1,63
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO RADIALESCOAMENTO RADIAL
53... DnKP Tot ρρρρ====
5,55 aKT ≅≅≅≅
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO RADIALESCOAMENTO RADIAL
53... DnKP Tot ρρρρ====
0,25,1 aKT ≅≅≅≅
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIALESCOAMENTO AXIAL
53... DnKP Tot ρρρρ====
8,05,0 aKT ≅≅≅≅
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIALESCOAMENTO AXIAL
3,12,1 aKT ≅≅≅≅
53... DnKP Tot ρρρρ====
SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIALESCOAMENTO AXIAL
53... DnKP Tot ρρρρ====
4,03,0 aKT ≅≅≅≅
•• Gradiente de velocidade Gradiente de velocidade ≥≥≥≥≥≥≥≥ 1.000 s1.000 s--11
Mecanismo de coagulação por adsorçãoMecanismo de coagulação por adsorção--
neutralizaçãoneutralização
UNIDADES DE MISTURA RÁPIDAUNIDADES DE MISTURA RÁPIDA
DIMENSIONAMENTODIMENSIONAMENTO
neutralizaçãoneutralização
•• Gradiente de velocidade Gradiente de velocidade ≥≥≥≥≥≥≥≥ 300 s300 s--11
Mecanismo de coagulação por varreduraMecanismo de coagulação por varredura
•• Tempo de detenção hidráulico Tempo de detenção hidráulico ≤≤≤≤≤≤≤≤ 30 s30 s
W (pol) W (cm) A B C D E F G K N X Y
Vazão com 
Escoamento
Livre (L/s)
1'' 2,5 36,3 35,6 9,3 16,8 22,9 7,6 20,3 1,9 2,9 - - 0,3 - 5,0
3'' 7,6 46,6 45,7 17,8 25,9 45,7 15,2 30,5 2,5 5,7 2,5 3,8 0,8 - 53,8
6'' 15,2 61,0 61,0 39,4 40,3 61,0 30,5 61,0 7,6 11,4 5,1 7,6 1,4 - 110,4
9'' 22,9 88,0 86,4 38,0 57,5 76,3 30,5 45,7 7,6 11,4 5,1 7,6 2,5 - 252,0
1' 30,5 137,2 134,4 61,0 84,5 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 3,1 - 455,9
Dimensões do Medidor Parshall (cm) e
Vazão com escoamento livre (L/s)
1' 30,5 137,2 134,4 61,0 84,5 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 3,1 - 455,9
1 1/2' 45,7 144,9 142,0 76,2 102,6 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 4,2 - 696,6
2' 61,0 152,5 149,6 91,5 120,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 11,9 - 937,3
3' 91,5 167,7 164,5 122,0 157,2 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 17,3 - 1427,2
4' 122,0 183,0 179,5 152,5 193,8 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 36,8 - 1922,7
5' 152,5 198,3 194,1 183,0 230,3 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 45,3 - 2423,9
6' 183,0 213,5 209,0 213,5 266,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 73,6 - 2930,8
7' 213,5 228,8 224,0 244,0 303,0 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 85,0 - 3437,7
8' 244,0 244,0 239,2 274,5 349,0 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 99,1 - 3950,2
10' 305,0 274,5 427,0 366,0 475,9 122,0 91,5 183,0 15,3 34,3 - - 200,0 - 5660,0
Planta baixa e corte longitudinal de medidor Parshall
Relações geométricas de turbina utilizada para mistura 
rápida