ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO

Resumo

Sedimentação nada mais é do que um processo de separação sólido-líquido, em uma suspensão diluída, que tem como força propulsora a ação da gravidade, através da qual se obtém um fluído límpido na parte superior e um lodo com maior teor de sólido na parte inferior. A separação gravitacional é muito utilizada no tratamento de efluentes industriais, onde o produto desejado tanto pode ser o líquido límpido que pode ser reutilizado como água de processo ou descarte, como o lodo que pode ser filtrado para produzir um produto seco. O mecanismo de separação é realizado através dos sedimentadores. Desta forma desevolveu-se este trabalho com o objetivo de dimensionar um sedimentador contínuo para operar com 10ton/h de uma suspensão aquosa de carbonato de cálcio (CaCO3), (Experimento 1 e 2 utilizando sulfato de alumínio e sulfato ferroso como floculante respctivamente), e suspensão aquosa de carbonato de magnésio (Experimento 3, utilizando sulfato de alumínio como floculante), considerando que alimentação apresente concentração de 50g/L. Pretende-se também que a lama tenha concentração de 100g de sólido por litro, utilizando o método de Kynch e de Roberts, além de verificar a influência dos floculantes. A menor área encontrada para os sedimentadores com suspensão aquosa de carbonato de cálcio, foi utilizando 0,2g de sulfato de alumínio como agente floculante sendo 1142,3320 m² pelo método de Roberts e 1371,1650 m² utilizando método de Kynch. Já o experimento utilizando carbonato de magnésio como suspensão, a menor área foi com a adição de 0,1g de sulfato de alumínio, sendo 2134,0370 m ² para o método de Roberts e S = 3527,0040 m², utilizando o método de Kynch.

Palavras-Chave: sedimentação, área sedimentador contínuo, floculantes, métodos.

INTRODUÇÃO

A sedimentação é um dos processos de separação sólido-líquido baseado na força gravitacional. De baixo custo e simplicidade operacional, baseia-se na diferença entre as densidades dos constituintes sólidos ou em outras propriedades, como diâmetro de partículas, para promover a separação seqüencial de sólidos ou das fases sólida e líquida (PINTO et al., 2009).

Muitas indústrias tem que trabalhar com grandes quantidades de suspesões de particulas. Em muitos casos os volumes excedem a capacidade para serem tratados pelos métodos convencionais de separação como centrifugação, filtração sob pressão, etc. A separação é entao realizada mediante processos nos quais a gravidade proporciona a força necessária, produzindo a sedimentação gravitacional (PASQUEL,1992).

É comum classificar os sedimentadores em dois grupos: os clarificadores, com produção de lamas de baixas concentrações e os espessadores, nos quais o produto de interesse é a fase sólida e que se caracterizam pela produção de lamas altamente concentradas. A maneira mais simples e eficiente para o estudo das condições operacionais de sedimentação em batelada de suspensões com concentrações iniciais previamente estabelecidas (AROUCA, 2007).

As operações de sedimentação industriais podem ser efetuadas ou descontinuamente ou continuamente em equipamentos denominados tanques de decantação ou decantadores (espessadores ou clarificadores), onde o equipamento decantador é um espessador quando o produto a que visa é a lama decantada, e o decantador é um clarificador quando a operação visa a obter um líquido límpido. O decantador descontínuo nada mais é que um tanque cilíndrico com aberturas para a alimentação da suspensão e retirada do produto. O tanque é cheio pela solução diluída e a suspensão fica em repouso, sedimentando. Depois do período preestabelecido de tempo, o líquido puro é decantado até que a lama aparece no fluido efluente. A lama removida do tanque através de aberturas no fundo. Contudo, os decantadores contínuos são tanques rasos, de grande diâmetro, onde operam grades que giram lentamente e removem a lama. A suspensão é injetada pelo meio do tanque. Em torno da borda do tanque estão os vertedores para o líquido límpido. As grades servem para raspar a lama, conduzindo-a para o centro do fundo, por onde é descarregada. O movimento das grades também “agita” a camada de lama. Esta suave agitação favorece a remoção da água retirada da lama (FOUST et al., 1982, p. 555).

A maneira mais simples para descrever o projeto de um sedimentador é feito com base em testes de decantação em provetas, onde se obtêm as velocidades de sedimentação e espessamento do lodo em função das características dos flocos formados. Como podemos observar na Figura 1:

Figura 1 – Zonas durante um experimento de sedimentação em proveta.

Na figura é possível perceber quatro zonas características:

A= Líquido limpo.

B= Concentração uniforme(C0).

C= Zona de transição.

D=Zona de dimensões e concentração variáveis.

E= Sólidos grossos (compactado).

Neste ensaio é identificado o ponto critico de sedimentação, onde ao final do processo B e C desapareceram, ficando apenas o líquido clarificado, a suspensão em compressão e o sedimento grosso (SOARES, 2007, p. 12). A partir deste ponto, o processo consiste em uma compressão lenta dos sólidos, forçando o líquido contido nessa região para a região límpida. Essa é a parte mais lenta do processo, sendo que a velocidade nesse período pode ser dada por:

-dz/dθ=i(Z-Zf) (1)

A velocidade de sedimentação é lenta nesta lama grossa. O aumento do tamanho de partículas aumenta a velocidade de sedimentação. O aumento do tamanho de partículas aumenta a velocidade de sedimentação.

Os sedimentadores podem ser classificados quanto aos processos, que podem ser em bateladas ou descontínuos e contínuos.

Numa operação descontinua de sedimentação, as alturas das varias zonas variam com o tempo. Num equipamento que opera continuamente as mesmas zonas estão presentes. No entanto, uma vez que se tenha atingido o estado permanente as alturas de cada zona serão constantes. A Figura 2 representa as zonas em uma sedimentação contínua. (FOUST et. al., 1982, p.555)

Figura 2. Disposição das zonas em um decantador contínuo.

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