Avaliação da flotação por ar dissolvido no polimento de efluentes de lagoa de estabilização

Experience in the use of stabilization ponds shows that this is a system with low cost, easy operation and maintenance and suitable for tropical countries. One of its disadvantages is due to high concentrations of suspended solids, mainly due to algal biomass in the effluents. Accordingly, the dissolved air flotation has been shown to be an efficient post-treatment technology. However, the efficiency of this process is related to coagulation and flocculation steps, as well as the adjustment of the involved variables in the process. The objective of this work was to evaluate the algae removal efficiency from wastewater stabilization ponds and the influence of the factors involved in the process using dissolved air flotation. For this, we used primary facultative and maturation effluents of ETE Ponta Negra in Natal. We did tests of coagulation, flocculation and flotation with the samples, using the equipment flotatest. In this process were tested coagulants aluminum sulfate and ferric chloride, and varied the factors pH, coagulant concentration, polymer concentration and rate of recirculation. At the end of the experiments were analyzed turbidity, suspended solids, color, COD and chlorophyll "a". These results were submitted to descriptive statistics to verify the efficiency of the process in general, and regression analysis to identify models that describe the process and demonstrate the factors that have greater influence on flotation. After step methodology, high values were found removal efficiency of suspended solids, reaching values greater than 90% in the best cases. It was concluded that flotation is more efficient in the facultative pond effluent using ferric chloride, and the variability of algae may negatively influence the process. Regression analyzes showed that pH is the most influential variable in the coagulation-flocculation-flotation, and its optimal value among the tested is 5.5 for both coagulants

Clarificação por flotação com ar dissolvido (FAD) da calda de açúcar cristal para produção de açúcar refinado

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo hidrodinâmico quali-quantitativo de uma unidade de flotação por ar dissolvido (FAD): o efeito do dispositivo de coleta de água flotada

The main article aim was to investigate the collecting system of a dissolved air flotation (DAF) unit in pilot scale. Referring to the collecting system position, two options were analyzed: (i) top manifold and (ii) bottom manifold, pipes or plates. Qualitative and quantitative essays were performed, as image and stimulusresponse tests, respectively. The results of the essays standardized were adjusted by N-continuous stirred tank reactors in series and theoretical models of dispersion (low and high). The bottom manifold (plates with orifices) was more appropriate. The results pointed out that the N-continuous stirred tank reactors in series model was more adequate to describe the hydrodynamic behavior of the DAF unit.

Remoção de óleos emulsificados por flotação por ar dissolvido

Neste trabalho estuda-se o processo de flotação por ar dissolvido (FAD) como método de remoção de óleos emulsificados. Realizou-se uma revisão bibliográfica tanto do processo de flotação como dos fundamentos físico-químicos envolvidos na estabilidade e flotação de emulsões. Foram realizados testes de estabilidade de emulsões, de FAD descontínuos e contínuos, utilizando-se emulsões de 1000 mg/l de Óleo diesel e heptano. Verificou-se a eficiência do sulfato de alumínio e de compostos poliméricos como agentes desestabilizantes. Estudou-se a influência do tipo e concentração dos agentes desestabilizantes, pH da emulsão, do tipo de água e agitação nos testes de estabilidade como também na flotação por ar dissolvido. Os resultados obtidos indicaram a viabilidade técnica da aplicação do processo para a clarificação de efluentes oleosos atingindo valores de turbidez residual satisfatórios (menores que 5 UNT). O sulfato de alumínio mostrou-se mais eficiente como agente desestabilizante de ambas emulsões nos estudos de estabilidade e testes de PAD descontínuos, mas o polímero catiônico C-505 apresentou melhores resultados nos testes de flotação contínuos. O presente trabalho ainda apresenta um estudo de dimensionamento e do custo da unidade de FAD para remoção de óleos emulsificados que leva em consideração os custos de investimentos e de operação da unidade. Verifica-se que o custo total da unidade depende da vazão de alimentação, taxa de recirculação, taxa ar/sólido em massa e concentração inicial de óleos. Conclui-se que para as taxas de ar/sólido usados na indústria (geralmente menores que 0,1) o custo operacional do reagente é o parâmetro determinante do custo total atualizado da unidade. Isto faz com que o custo total atualizado seja essencialmente independente da relação taxa de aplicação - taxa ar/sólido.

Tratamento de soluções de cromo (III) por flotação a ar dissolvido

O presente trabalho estuda a viabilidade da utilização do processo de flotação a ar dissolvido (FAD) no tratamento de efluentes contendo cromo. Tal processo é analisado comparativamente à sedimentação. Urna revisão dos diferentes tipos de processos de separação ou de recuperação do cromo é, também, aqui apresentada. Soluções contendo 200 mg.l" de cromo tri ou hexavalente foram estudadas quanto às condições ideais de precipitação, às características de sedimentação e de flotação a ar dissalvido em regime descontínuo e contlnuo. Agentes poliméricos foram testados no intuito de melhorar as condições de clarificação. O processo de FAD foi o que apresentou melhores resultados no que se refere a cinética de separação sólido/líquido, e em termos de clarificação das soluções. Estudos de separação sólido/líquido de soluções contendo cromo VI foram feitos por estes dois processos empregando sulfato ferroso e sulfito de sódio como agentes redutores. A FAD mostrou ser eficiente para tratar as soluções quando reduzidas com sulfito de sódio. Porém, no caso da utilização do sulfato ferroso como redutor, o rendimento da FAD diminuiu no tratamento de soluções que continham sólidos suspensos acima de uma concentração crítica. Polímeros também foram empregados neste caso, e confirmaram sua atuação melhorando a cinética de separação sólido/líquido e como agentes que beneficiam a clarificação das soluções. Os resultados dos estudos de flotação por ar dissolvido em uma unidade contínua mostraram que é viavel a FAD sem agentes floculantes ou tensoativos. No entanto, estes aumentam os níveis de clarificação das soluções. Apenas os floculantes a base de amido mostraram-se ineficientes nesta aplicação. Conclui-se que o processo de FAD pode ser utilizado no tratamento de efluentes contendo cromo permitindo obter efluentes finais dentro dos padrões de emissão da legislação brasileira.

Tratamento de águas oleosas oriundas do processo de produção de óleo de dendê utilizando a flotação por ar dissolvido

This study was developed to evaluate the performance of different coagulant and pH dosages by applying the use of Dissolved Air Flotation (FAD) to enable its use in effluent treatment of the extraction process of palm oil. The study was developed in the laboratory, where studies about emulsions stability were made for the production of a synthetic effluent which best suit the characteristics of raw effluent. The synthetic water that would be used in the tests of FAD was produced, once the stability and characterization which best approached the raw wastewater was obtained. Trials tested three coagulant doses, combined with various pH ranges and five upward velocities (Va), finding an optimal range of this combination. Some operating parameters such as time and gradient of rapid mixing (20 s / 1000 s-1), time and gradient flotation (15 min / 60 s-1), chamber pressure saturation (450 kPa) and recirculation rate (20%) were set. In this way, samples were collected for analysis of the removal of turbidity parameters, suspended solids and oils and greases. This one is obtained by a correlation turbidity x oils and greases, referring to the previous analysis. The degree of removal obtained were 73,97% for turbidity, 51,4% for total suspended solids and 86,2% for oils and greases. Removal rates may be increased in later studies, by ranging the velocity gradient and flocculation parameters and the recirculation ratio, and by using lower flotation speeds to these effluent characteristics.

Flotação por ar dissolvido para os minerais quartzo e feldspato utilizando coletores catiônicos

The pegmatite rocks in Rio Grande do Norte are responsible for much of the production of industrial minerals like quartz and feldspar. Quartz and feldspar are minerals from pegmatite which may occur in pockets with metric to centimetric dimensions or as millimetric to sub millimetric intergrowths. The correct physical liberation of the mineral of interest, in case of intergrowths, requires an appropriate particle size, acquired by size reduction operations. The method for treating mineral which has a high efficiency fines particles recovery is flotation. The main purpose of the present study is to evaluate the recovery of quartz and potassium feldspar using cationic diamine and quaternary ammonium salt as collectors by means of dissolved air flotation DAF. The tests were performed based on a central composite design 24, by which the influence of process variables was statistically verified: concentration of the quaternary ammonium salt and diamine collectors, pH and conditioning time. The efficiency of flotation was calculated from the removal of turbidity of the solution. Results of maximum flotation efficiency (60%) were found in the level curves, plotted in conditions of low concentrations of collectors (1,0 x 10-5 mol.L-1). These high flotation efficiencies were obtained when operating at pH 4 to 8 with conditioning time ranging from 3 to 5 minutes. Thus, the results showed that the process variables have played important roles in the dissolved air flotation process concerning the flotability of the minerals.

Separação de cristais de estruvita de percolado de lodo por flotação por ar dissolvido

The struvite precipitation in wastewater treatments plants offer advantages to obtaining a economically viable product, containing phosphorus, nitrogen and magnesium, in a bioavailable conditions to plants. The precipitation process requires ideal conditions, but all of these aspects are difficult to obtain and may result in resistance to collect crystals during the sedimentation process. Therefore, instead find the best conditions for precipitation, we propose the dissolved air flotation as another method to retrieve the crystals. The application of dissolved air flotation method to promote separation of struvite crystals from sewage supernatant, was evaluated in a precipitation-flotation reactor (flotatest) and were compared with the precipitation-sedimentation assays (jar test). Finally, were observed that the dissolved air flotation process was as feasible as sedimentation to promote struvite crystals separation, and the pH are the most influencer factor for an efficient separation

Flotação por ar dissolvido na clarificação de águas com baixa turbidez utilizando sulfato de alumínio e sementes de Moringa oleifera como coagulantes

This work aims to investigate the process of Dissolved air Flotation (DAF) for clarifying water samples with low turbidity using aluminum sulphate and Moringa oleifera seeds as coagulants. The experimental procedure was carried out in a bench scale flotation unit. The influences on the pre-treatment conditions (coagulant dosage and flocculation time) and flotation parameters (superficial application rate and recirculation rate) were evaluated considering the efficiency of the process. The efficiency was evaluated by determining the turbidity of the untreated and treated water samples. The results obtained showed that turbidity reduction can be obtained very efficiently by using DAF and the latter coagulant in low turbidity water. Using aluminum sulphate in pH´s 5.0 and 6.0 better efficiencies were obtained with low concentrations (15 mg/L), achieving values of 92% of turbidity reduction. In the case of use of Moringa oleifera better efficiencies of reduction of turbidity were reported when using a concentration of 50 mg/L in all range of pH´s, achieving 86% of reduction. The zeta potential was also determined, in an attempt to aid comprehension of the coagulation mechanisms involved. The coagulation mechanisms with Moringa oleifera seeds were shown to be adsorption and charge neutralization, as well as adsorption and bridging. Concerning aluminum sulphate, the predominant mechanisms are adsorption and charge neutralization and enmeshment in a precipitate. The results indicate that for low turbidity water, Moringa oleifera seeds could potentially be a viable substitute for aluminum sulphate

Flotação por ar dissolvido aplicado à separação de microalgas cultivadas em fotobiorreator, alimentado com vinhaça pré-tratada físico-quimicamente, com vistas à exploração de seu potencial bioenergético

Apesar de ser considerado um combustível sustentável, o etanol, produzido a partir da cana de açúcar, deixa um passivo de grandes proporções durante seu processo produtivo, a vinhaça, que vem sendo depositada nas próprias lavouras de cana de açúcar. É gerada na proporção de 12 litros para cada litro de etanol produzido em média, sendo rica em diversos nutrientes, os quais podem ser aproveitados para diversos fins como, por exemplo, meio de cultivo para microalgas. A presente pesquisa avaliou em uma primeira etapa a clarificação da vinhaça por um processo de coagulação com auxílio de um polímero catiônico, seguida de uma etapa de microfiltração tangencial em filtro de fibras ocas, o que permitiu uma redução superior a 77% para a cor aparente, de 99% para a turbidez e de 20% para a DQO, facilitando a utilização deste efluente para o cultivo de microalgas. Numa segunda etapa, foi avaliado o cultivo da microalga Chlorella vulgaris, em escala de bancada e operação em batelada, em meio preparado a partir da diluição da vinhaça em água de poço profundo, obtendo um aumento na biomassa produzida, determinado em termos de clorofila-a, em concentrações de vinhaça inferiores a 7,5% utilizando inóculo da ordem de 106 indivíduos. Tais dados permitiram a realização de ensaios de cultivo em escala contínua, com fotobiorreatores em escala piloto, gerando assim a biomassa utilizada nas próximas fases do estudo, que avaliaram a separação da biomassa gerada pelo processo de flotação por ar dissolvido. Os ensaios inicialmente realizados em escala de bancada e operados em batelada permitiram identificar as condições ótimas de operação, as quais foram então avaliadas em um flotador operando em fluxo contínuo. Tal flotador permitiu a obtenção de um lodo com teor de sólidos superior a 2%, o qual foi submetido à um processo final de desaguamento por centrifugação. Os ensaios de desaguamento, permitiram verificar que a utilização do mesmo polímero utilizado na etapa de clarificação permite a obtenção de um lodo mais estável, quando comparado com a não utilização de produto químico, na dosagem de polímero catiônico de 6 g.kg-1. A conclusão deste trabalho permitiu verificar a possibilidade de utilização da vinhaça como meio de cultivo de microalgas, reduzindo assim um dos impactos causados pela produção de etanol. Além disso foi possível verificar o potencial da FAD, para o espessamento de biomassa produzido em fotobiorreatores.

Emprego do reagente de fenton como agente coagulante na remoção de substâncias húmicas de água por meio da flotação por ar dissolvido e filtração

Fenton 's reagent was used as coagulant agent to treat water with high true color (100 ± 5 HU) caused by the introduction of humic substances extracted from peat, using dissolved air flotation. The pair value of coagulant dosage x coagulation pH was optimized to posterior construction of coagulation diagrams, reaching apparent color removal efficiency slightly superior to 60%. It was tried to simulate a treatment with complete cycle, carrying out an experiment with sand filtration after flotation, obtaining an effluent with excellent quality, presenting remnant apparent color, turbidity and absorbance of 253.7 nm less or equal to 2 HU, 0.40 TU and 0.009 cm -1, respectively, and residual total iron < 0.005 mg/L and DOC < 0.001 mg/L.

Pós-tratamento físico-químico por flotação de efluentes de reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB)

O emprego da flotação por ar dissolvido (FAD) para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios aparenta ser atraente considerando algumas características desse processo físico-químico. A FAD é reconhecidamente um processo de alta taxa, particularmente eficiente na remoção de material particulado em suspensão e de flocos produzidos pela coagulação química de águas residuárias. Além disso, há produção de lodo espesso e provavelmente arraste de parcela de gases e de compostos voláteis, presentes nos efluentes anaeróbios. Entretanto, a concepção de sistemas de FAD deve ser precedida por ensaios em unidades de flotação em escala de laboratório, permitindo a determinação dos principais parâmetros do processo. Neste trabalho, são apresentados e discutidos os resultados obtidos em laboratório e em instalação piloto de flotação com escoamento contínuo recebendo efluente de reator anaeróbio de manta de lodo (UASB), com 18 m3 de volume, tratando esgoto sanitário. Os ensaios em unidade em escala de laboratório foram realizados utilizando diferentes dosagens de cloreto férrico (entre 30 e 110 mg/L) ou de polímero catiônico (entre 1,0 e 16,0 mg/L), atuando como coagulantes. Além disso, foram estudadas as condições de floculação (tempo de 15 e de 25 min, e gradiente médio de velocidade de floculação entre 30 e 100 s-1) e diferentes valores de quantidade de ar fornecido ao processo (S*, entre 4,7 e 28,5 g de ar por m3 de efluente). Com a instalação piloto de FAD foram realizados apenas ensaios preliminares variando-se a taxa de aplicação superficial (140 e 210 m3/m2/d) para diferentes valores de S* (14,8 a 29,5 g de ar por m3 de efluente). Com o emprego de dosagem de 65 mg/L de cloreto férrico, de tempo de 15 min e gradiente médio de velocidade de floculação de 80 s-1 e de 19 g de ar por m3 de efluente, foram observados excelentes resultados em laboratório, com elevadas remoções de DQO (89%), de fosfato total (96%), de sólidos suspensos totais (96%), de turbidez (98%), de cor aparente (91%), de sulfetos (não detectado) e NTK (47%). Considerando o sistema UASB e FAD, nos testes em laboratório, foram observadas remoções globais de 97,7% de DQO, de 98,0% de fosfato total, de 98,9% de SST, de 99,5% de turbidez, de 97,8% de cor aparente e de 59,0% de NTK. Nos ensaios com a instalação piloto de FAD, o sistema apresentou remoções de 93,6% de DQO, de 87,1% de SST, de 90% de sulfetos e de 30% de NTK.

Desenvolvimento da técnica LTM-BSizer para a caracterização de bolhas e a avaliação de parâmetro no processo de flotação

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma nova técnica para determinação do tamanho médio e da distribuição de tamanho de bolhas de ar em meio aquoso. A nova técnica, denominada de LTM-BSizer, uma vez otimizada, foi aplicada na caracterização das bolhas geradas por diversos métodos utilizados tanto na flotação para tratamento de efluentes líquidos quanto na flotação de partículas minerais e, principalmente, na investigação de parâmetros operacionais e do efeito do tamanho de bolhas na flotação de partículas minerais (quartzo como modelo) finas (40-10 µm) e ultrafinas (<10 µm). A técnica LTM-BSizer é baseada no conceito da captura, ou seja, ao contrário das técnicas fotográficas até agora propostas, onde as imagens (fotos ou vídeos) das bolhas em movimento foram obtidas com visores verticais, este método obteve as imagens das bolhas estabilizadas em um visor disposto na horizontal. Entre as vantagens em relação aos métodos fotográficos existentes destacam-se a melhor qualidade das imagens e a capacidade de medir distribuições de tamanho de bolha com grande amplitude, desde microbolhas (<100 µm) até bolhas maiores (~ 1 a 3 mm). Os métodos de geração de bolhas pesquisados foram: microbolhas geradas por despressurização de água saturada com ar em um vaso saturador (processo de flotação por ar dissolvido-FAD) ou por uma bomba centrífuga multifase (novo equipamento para geração de microbolhas), injeção de mistura ar-líquido através de um constritor tipo venturi (destaque na flotação não convencional), injeção de ar em cilindro inox poroso (comumente aplicado para dispersão de gás) e bolhas geradas em uma célula de flotação por ar induzido (FAI), convencional de bancada Para todos os métodos citados, exceto o último, a distribuição de tamanho de bolha foi avaliada numa coluna em acrílico com 200 cm de altura e 72 mm de diâmetro, onde através de um ponto de amostragem parte do fluxo foi conduzida até o visor. Os resultados obtidos com esta técnica foram, para os diâmetros médios de bolha: 30 a 70 µm para FAD, 65 a 130 µm para bomba multifase, 200 a 1400 µm para venturi, 500 a 1300 µm para FAI e 500 a 1000 µm para o cilindro poroso. A influência de alguns parâmetros operacionais na formação das bolhas foi estudada em detalhe e os resultados obtidos mostraram uma boa correspondência com os valores encontrados na literatura e em outros casos, elucidaram efeitos considerados contraditórios na literatura técnica. Este trabalho demonstrou que, o tamanho médio e a distribuição de tamanho das microbolhas, não são influenciados pela pressão de saturação no intervalo de 294 a 588 kPa, mas sim pela quantidade de bolhas e pelo tempo de retenção Também foi constatado que a diminuição da tensão superficial da água (adição de 30 mg/L de oleato de sódio) aumenta consideravelmente (3 a 8 vezes) o número de microbolhas na FAD a baixas pressões de saturação (196 e 294 kPa). O tamanho e a distribuição de tamanho de bolhas geradas em constrições de fluxo tipo venturi variam em função dos parâmetros concentração de tensoativo, velocidade superficial de líquido (UL) e razão gás/líquido (Qr). Uma pequena diminuição da tensão superficial, de 73 para 68 mN/m, provocada pela adição de 20 mg/L do tensoativo DF 250, foi suficiente para diminuir consideravelmente o tamanho das bolhas geradas, permanecendo constante para concentrações maiores, sugerindo que esta seja a concentração crítica de coalescência (CCC) para este sistema. Um aumento de UL (mantendo Qr constante) e diminuição de Qr (com UL constante) levaram a distribuições com menor amplitude e diâmetro médio. No caso das microbolhas geradas através da bomba multifase, o tamanho de bolhas diminuiu com a pressão até atingir o limite de solubilidade teórico ar/líquido. O tamanho das bolhas gerados através de placa porosa e FAI apresentaram boa correspondência com os reportados na literatura e em ambas as técnicas foi, de novo, encontrada, para DF 250, a mesma CCC igual a 20 mg/L. O sistema de flotação de partículas finas e ultrafinas, foi estudado via recuperação de finos de quartzo (50% < 10µm) em coluna de laboratório. As variáveis estudadas foram; a distribuição de tamanho de bolhas e a concentração de coletor (amina). Os resultados obtidos mostraram que a recuperação das frações mais finas aumenta com a diminuição do tamanho de bolhas de acordo com os modelos existentes de flotação. Entretanto, foi encontrado, na captura de partículas ultrafinas pelas bolhas, um valor ótimo de tamanho de partícula. Assim, a captura diminui com o tamanho de partícula até 5-7 µm e aumenta, de novo, nas frações menores. Esses resultados são discutidos em termos de um mecanismo de difusão como fenômeno predominante nos mecanismos de adesão bolha-partícula.

Método para determinação de distribuição de tamanho de microbolhas (DTMB) em sistemas flotação (FAD) para tratamento de águas utilizando a análise de imagem digital

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Flotação aplicada ao pós-tratamento do efluente de reator anaeróbio de leito expandido tratando esgoto sanitário

Este trabalho apresenta e discute os resultados de um estudo amplo e aprofundado sobre os principais parâmetros operacionais da flotação por ar dissolvido, utilizada no pós-tratamento de efluentes de um reator anaeróbio de leito expandido (RALEx), tratando 10 m3/hora de esgoto sanitário. Foram realizados preliminarmente ensaios utilizando o flotateste, unidade de flotação em escala de laboratório, para identificar as melhores dosagens de coagulante (cloreto férrico), o polímero mais adequado, dentre os 26 testados, e sua respectiva dosagem, o pH de coagulação adequado, o tempo (Tf) e o gradiente de velocidade (Gf) de floculação mais apropriados e a quantidade de ar (S*) requerida. Para obtenção das condições operacionais adequadas para a unidade piloto de flotação, os valores de Tf e de Gf foram variados de zero a 24 minutos e de 40 a 100 s-1, respectivamente. As concentrações de cloreto férrico e de polímero sintético variaram de 15 a 92 mg/L e de 0,25 a 7,0 mg/L, respectivamente. S* variou de 2.85 a 28.5 gramas de ar por metro cúbico de efluente e a taxa de aplicação superficial na unidade de flotação abrangeu de 180 a 250 m3/m2/d. O desempenho da flotação durante a partida do reator anaeróbio também foi investigado. O uso de 50 mg/L de cloreto férrico, de Tf igual a 20 min e Gf de 80 s-1, de S* de 19,7 g de ar por m3 de efluente e taxa de 180 m3/m2/d produziu excelentes resultados nos ensaios com a instalação piloto de flotação, com elevadas remoções de carga de DQO (80,6%), de fósforo total (90,1%) e de sólidos suspensos totais (92,1%) e com turbidez entre 1,6 e 15,4 uT e residuais de ferro de 0,5 mg/L, com remoção estimada, na forma de lodo, de 77 gramas de SST por m3 de efluente tratado. Nestas mesmas condições, no sistema RALEx+FAD, foram observadas remoções globais de 91,6% de carga de DQO, de 90,1% de carga de fósforo e de 96,6% de carga de SST. O emprego da flotação por ar dissolvido (FAD) mostrou-se alternativa bastante atraente para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Se a coagulação estiver bem ajustada, o sistema composto de reator anaeróbio seguido de unidade de flotação consegue alcançar excelente remoção de matéria orgânica, redução significativa da concentração de fósforo e de sólidos suspensos, além de precipitação dos sulfetos dissolvidos, gerados no reator anaeróbio. Bons resultados foram alcançados mesmo quando o reator RALEx produziu efluentes de baixa qualidade durante seu período de partida. Nesse período, o sistema de flotação atuou como barreira eficaz, evitando a emissão de efluente de baixa qualidade do sistema.