Processo de agregação e ruptura : estudo experimental com carvão ativado e modelagem matemática por balanço populacional

Abstract

Em um tratamento de águas de abastecimento ou residuárias, a coagulação/floculação é um processo de grande importância. A determinação dos agentes coagulante/floculante e a quantidade necessária de cada um deles são problemas rotineiros para os profissionais e podem influenciar na qualidade do tratamento. Determinar o tamanho dos flocos é fundamental para que a operação de floculação ocorra com melhor eficiência. Ainda, variáveis hidrodinâmicas, como a velocidade, volume das partículas e do recipiente, também têm a mesma importância nesta finalidade. No presente trabalho, a modelagem do processo de floculação via balanço populacional foi estudada com o objetivo de prever a formação de agregados/flocos em relação com o tempo até atingir o estado estacionário e em condições de operação distintas. Assim, um modelo de balanço populacional pela técnica de discretização por pivô fixo foi implementado no software EMSO. Um estudo foi realizado através de processamento/análise de imagens capturadas em um experimento de coagulação/floculação. As imagens obtidas do processo de floculação foram analisadas e foi verificado a distribuição do tamanho dos flocos. Com os dados de volume e concentração inicial de partículas foi possível a simulação no modelo matemático. Assim tornou-se possível observar o crescimento, a estabilização, o comportamento dos flocos em comparação com o modelo matemático e a frequência desses flocos em cada tamanho em diferentes condições, como o gradiente de velocidade e a concentração inicial de partículas. Os resultados obtidos em comparação com os dados experimentais e a simulação do modelo matemático foram possíveis verificar comportamento semelhante de distribuição de tamanho de flocos. A partir dessa análise, o modelo matemático mostrou-se satisfatório em prever o comportamento experimental. Em diferentes condições pode-se verificar que o gradiente de velocidade e a concentração inicial de partículas influenciam na formação e estabilização dos flocos. Este estudo teve a utilização de softwares de livre acesso para trazer a proposta de implementação a fim de trazer economia de agentes químicos utilizados e melhoria nos processos de operação da estação tratamento de efluentes.

In a wastewater treatment, coagulation / flocculation is a process of great importance. The determination of coagulant / flocculant agent and the required amount of each problems are routine for professional and can influence the quality of treatment. Determination the flocs size is essential for flocculation operation to occur with greater efficiency. Still, hydrodynamic variables, such as speed, particles volume and the container also have the same importance in this purpose. In the present work, modeling of flocculation process by population balance was studied in order to predict the formation of aggregates / flocs in relation to time to reach steady state and at different operating conditions. Thus, a population balance model by discretization technique for fixed pivot was implemented in EMSO software. A study was conducted through the processing / analysis of images captured on an experiment coagulation / flocculation. Images obtained in the flocculation process were analyzed and it was found the size distribution of flocs. With the volume and initial particle concentration values, simulation was possible in mathematical model. Thus it became possible to observe the growth, establization and behavior of flocs in comparison with the mathematical model, and the frequency of such flocs in each size in different conditions, such as the velocity gradient and the initial particle concentration. The results obtained in comparison to experimental data and simulation of the mathematical model we observed behavior flocs size distribution similar. From this analysis, mathematical model was satisfactory to predict the experimental behavior. Under different conditions can be seen that the velocity gradient and the initial concentration of particles influence the formation and stabilization of flocs. This study was the use of software-free access to bring the implementation of proposal in order to bring savings of chemicals used and improvement in operating processes of wastewater treatment station.