Avaliação da influência da distribuição de tamanho de partículas e do binômio velocidade/tempo de detenção na zona de reação no desempenho da flotação com emprego de sonda ultra-sônica e de técnica de análise por imagem

• Main Author: Moruzzi, Rodrigo Braga
• Other Authors: Reali, Marco Antonio Penalva
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2005
• Subjects: Análise digital de imagem; Digital image analyses; Dissolved air flotation (DAF); Flocos; Flocs; Flotação por ar dissolvido (FAD); Hidrodinâmica; Hydraulics; Micro-bolhas; Micro-bubbles; Perfil tridimensional de velocidade; Reaction zone; Three-dimensional velocity profile; Zona de reação
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-04072007-170028/

O desempenho de uma unidade de flotação por ar dissolvido (FAD) em escala piloto, tratando água destinada ao abastecimento contendo 50 uC e 05 uT, foi investigada sob o ponto de vista das partículas presentes (micro-bolhas e flocos) e da hidrodinâmica. A análise centrou-se na zona de reação da unidade de FAD onde foi desenvolvido o modelo matemático proposto por Reali (1991). A determinação das partículas foi realizada por método que emprega a análise de imagem. A condição hidrodinâmica foi avaliada por meio de ensaios de estímulo e resposta, combinada com a análise tridimensional do escoamento feita através de mapeamento utilizando equipamento que emprega ultra-som (sonda micro-ADV). Para a consecução do trabalho foram desenvolvidos dois métodos. Um para aquisição, tratamento e obtenção da distribuição de tamanho de micro-bolhas e flocos utilizando a análise de imagem digital em instalação com escoamento contínuo, sem a extração de amostras. Outro, envolvendo o desenvolvimento de programa (VelDigital3D) para tratamento dos dados da sonda utilizada. Inicialmente, foram realizados os ensaios de validação da utilização da sonda micro-ADV em água contendo micro-bolhas de ar e os ensaios de mapeamento da unidade utilizando a referida sonda conjugada ao programa VelDigital3D. Posteriormente, foram investigados alguns possíveis agentes na aglutinação das micro-bolhas após a despressurização tais como: i) as condições de mistura expressas em termos da taxa de aplicação superficial (TAS) e tempo de detenção na zona de reação (Tdz.r), ii) razão de recirculação (p), iii) a variação de pH e, iv) a dosagem de coagulante (\'AL POT.+3\'). Finalmente, a sensibilidade do modelo matemático proposto por Reali (1991) para a zona de reação de unidades de FAD convencional foi verificada com base nos parâmetros de projeto: tempo de detenção da zona de reação (Tdz.r) e taxa de aplicação superficial na zona de clarificação TASap. (downflow); e com base nos parâmetros operacionais: distribuição de tamanho de partículas (micro-bolhas e flocos) e razão de recirculação (p). As principais conclusões foram: i) a sonda micro-ADV pode ser utilizada para obtenção do perfil de velocidade em águas contendo micro-bolhas de ar, nas vazões investigadas; ii) o escoamento no interior da zona de reação apresentou um padrão bem definido de recirculação ao longo da altura, confirmando os resultados obtidos com os ensaios estímulo e resposta; iii) a variação do diâmetro médio das micro-bolhas foi muito pequena (de 20 a 30 \'mü\'m), embora tenha havido ressalvas e iv) o modelo proposto por Reali (1991) foi sensível aos parâmetros investigados e responde coerentemente com o desempenho da unidade piloto de FAD. === This work investigated the performance of a dissolved air flotation (DAF) pilot plant, used to treat drinking water containing 05 Tu and 50 Cu. The particles (micro-bubbles and flocs) and hydraulic characteristics were taken into account. The focus was given in the reaction zone as hypothesized by Reali\'s mathematic model (REALI, 1991). An image analyses was used to assess particles distribution sizes. The hydraulics of the DAF tank was assessed by using a pulse stimulus-response test combined with the three-dimensional flow analyses carried-out with equipment that applied ultra sound (microADV). Therefore, two methods were developed; one for the acquisition, treatment and also to obtain the micro-bubbles and flocs sizes distribution, without the need of extracting samples and another, involved the development of a software (VelDigital3D) in order to treat the microADV data. Initially, the application of the microADV in the DAF process was evaluated. After, the data collection was made and the result was treated by using the VelDigital3D software. Sequentially, the effects of some agents for micro-bubbles coalescence after the releasing point were investigated: i) mixture conditions in terms of hydraulic loading rate (HLR) and detention time (DT); ii) recirculation rate (p); iii) pH variation and, iv) coagulant dosage (\'AL POT.+3\'). Finally, the mathematic model behavior proposed by Reali (1991) was investigated by varying some parameters in the design, such as: detention time in the reaction zone (DTr.z) and hydraulic loading rate in the clarification zone HLRc.z (dowflow); and by varying some operational parameters, such as: particles sizes distribution (micro-bubbles and flocs) and recirculation rate (p). The main conclusions were: i) the microADV probe can be used to obtain the velocity flow profile in water containing micro-bubbles; ii) the flow within the reaction zone showed a well defined pattern of recirculation throughout the height of the unit, confirming the obtained results by using the stimulus-response tests; iii) the variation of micro-bubbles medium size was low (from 20 to 30 \'mü\'m) but some points regarding this aspect were discussed and, iv) the behavior of the mathematical model proposed by Reali (1991) showed a significant adjustment to the experimental data proving that it can be applied to analyzed design parameters.