A sedimentação é um processo físico de uma ETA ou ETE onde se separam as partículas sólidas em suspensão da água, através da ação da gravidade e da diferença de densidade entre a água e a partícula sólida. A separação propicia a clarificação do meio líquido de menor massa específica e o espessamento do lodo depositado no fundo do sedimentador.
Normalmente, as águas contêm materiais no estado coloidal ou em solução, que não podem ser removidos por sedimentação simples, sendo necessário a adição de coagulante para formar flocos mais densos e que sedimentem com maior facilidade.
Há quatro tipos de sedimentação:
- Discreta;
- Floculante;
- Interferida; e
- Compressão.
Em ETA e ETE estes fenômenos ocorrem em maior ou menor escala numa ou noutra zona dependendo das condições de floculação, que em ETA é um processo físico-químico e em ETE é um processo biológico com concentrações de sólidos em suspensão diferentes em cada caso e que devem ser consideradas para que se obtenha os melhores resultados em clarificação e em espessamento.
De acordo com Hazen e Camp (1953), um tanque (decantador) ideal para sedimentação das partículas em suspensão possui as seguintes premissas e zonas:
- O escoamento deve ser contínuo e não turbulento;
- Não há ressuspensão das partículas depositadas no fundo do tanque;
- Zona de entrada – tem a finalidade de distribuir, por igual, a suspensão sobre a secção transversal, de modo que o fluxo na zona de sedimentação seja o mais laminar possível;
- Zona de sedimentação – as partículas percorrem esta zona com uma certa velocidade de sedimentação, depositando-se no fundo do tanque. Admite-se que nesta zona, que o fluxo de água é permanente e uniforme ;
- Zona de compressão ou de lodo – volume de acúmulo de sólidos abaixo da zona de sedimentação. Nesta zona é onde se processa o espessamento e o acúmulo de lodo deve ser retirado periodicamente, seja de forma manual ou mecânica; e
- Zona de saída – o efluente clarificado deve ser coletado de forma tranquila e adequada para evitar a formação de turbulências que afetariam as etapas citadas anteriormente.
Figura 1 – Zonas observadas em um decantador convencional.
Fonte: H2O Engenharia; 2022.
Os decantadores lamelares (Figura 2) são um aperfeiçoamento dos decantadores convencionais e, como o próprio nome indica, proporcionam condições hidráulicas de escoamento mais favoráveis do que os decantadores de fluxo horizontal. Além disso, os decantadores lamelares operam com alta taxa superficial, possibilitando utilizar um sistema de decantação para a mesma vazão de um convencional com uma menor área.
Nestes decantadores, o fluxo da água é ascendente e à medida que o fluido passa pelas lamelas, as partículas de maior densidade “escorregam” pelas lamelas em sentido oposto ao da água e acabam se depositando no fundo do decantador.
Usualmente, os módulos tubulares são instalados com uma inclinação entre 50 e 60º, para que o lodo escoe continuamente, sem a necessidade de paradas para limpezas. Ângulos maiores que 60º resultam em menores eficiências, enquanto os ângulos menores que 50º, o lodo não escoa facilmente para o fundo do decantador.
Figura 2 – Exemplo de Decantador tubular vazio (esquerda) e com água (direita).
Os módulos lamelares podem ser tubulares ou de placas em plástico, madeira ou em lona (placas com canais ou placas inclinadas igualmente espaçados, como apresenta a Figura 3, a seguir.
Figura 3 – Exemplo de um módulo tubular que é instalado no decantador.
O dimensionamento de um decantador tubular leva em consideração os mesmos parâmetros e cálculos para um sistema convencional. Ou seja, o dimensionamento se baseia na taxa de escoamento superficial (velocidade de sedimentação = VCS).
Os decantadores tubulares tem larga aplicação em estações de tratamento de água, mas são menos utilizados em ETEs devido à alta concentração de sólidos com que estes sistemas operam.
Em uma ETA, a distribuição de água deve levar em consideração o processo de floculação que a antecede de maneira a impedir a quebra dos flocos nas zonas de transição.
Um exemplo de distribuição de água adequada é feito pela cortina difusora, de forma transversal ao decantador, por meio de tabuas de madeira, paredes de alvenaria ou de concreto de orifícios (Figura 4, a seguir).
Figura 4 – Exemplo de instalação de uma cortina difusora utilizando tabuas de madeira em uma ETA.
Fonte: H2O Engenharia; ETA Vitória Régia – Sorocaba – SP; 2021.
A NBR 12.216/92 preconiza algumas condições para o escoamento através das cortinas de distribuição e no caso de uma estação de tratamento de água deve-se respeitar as seguintes condições de escoamento:
- Gradiente de velocidade médio decorrente dos jatos dos orifícios: ≤ 25,0 s-1; e
- Velocidade média de escoamento nos orifícios: 0,10 a 0,30 m/s.
Figura 5 – Esquema de cortina de distribuição de água floculada em decantador convencional.
Fonte: Tecnologias e Técnicas de Tratamento de Água; 2012.
No caso de decantadores circulares (convencionais em ETEs), o escoamento da água no anel difusor de entrada deverá ter uma baixa velocidade, assim como a taxa sobre o vertedor, para evitar arraste de flocos.
A remoção de lodo pode ser feita de forma contínua, semicontínua ou periódica, com a necessidade de efetuar o tratamento dos resíduos gerados nas ETAs e ETEs.
Figura 6 – Esquema de um decantador circular típicos de uma ETE.
Fonte: Sperling et al, s.d.
A remoção de lodo pode ser feita de forma manual ou mecânica (Figura 7), dependendo da tecnologia empregada. Atualmente, com a possibilidade da operação remota (automação) nas estações de tratamento de água e efluente, os decantadores constituídos de removedores mecânicos estão sendo escolhidos em detrimento dos manuais, pois, há uma facilidade operacional.
Figura 7 – Exemplos de removedores mecânicos instalado em uma ETE (esquerda) em uma ETA (direita).
Fonte: Catálogos de fornecedores.
Por fim, é importante reforçar que o a escolha e o dimensionamento de um decantador de ETA e/ou ETE devem seguir os conceitos físicos de separação de misturas heterogêneas do tipo líquido-sólido. O projetista deve ficar atento na taxa de aplicação superficial, taxa sobre o vertedouro e condições ideias de escoamento (laminar) dentro do decantador, além da área disponível para sua construção e instalação, de forma que as dimensões do decantador não apresente curtos-circuitos e flotação do lodo.