Influence of the characteristics of flocculated particles and air microbubbles in the dissolved air flotation process (DAF)

A flotação por ar dissolvido (FAD) é um processo de separação sólido-líquido, no qual microbolhas de ar são introduzidas em uma suspensão contendo partículas floculadas. A colisão e a ligação entre microbolhas e partículas formam um aglomerado (bolha + floco) de baixa densidade que flota até a superfície formando uma escuma flutuante que pode ser removida hidráulica ou mecanicamente. Entretanto, apesar de diversos estudos já conduzidos, algumas questões permanecem ainda obscuras. Entre elas, o processo de colisão das partículas floculadas e das microbolhas de ar. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo principal investigar a influência da distribuição do tamanho das partículas floculadas e da concentração em massa de ar dissolvido na eficiência do processo de FAD para uma água sintética que simulou uma água de abastecimento. Essa água produzida tinha cor aparente 62 ± 3 mg Pt-Co.L-1, cor verdadeira de 60 ± 3 mg Pt-Co.L-1, turbidez de 5 ± 1 NTU, alcalinidade 28,1 ± 0,6 mg CaCO3, 0,82 ± 0,03 cm-1 de UV254 nm, condutividade igual a 64 ± 3 μS.cm-1 e 1,69 ± 0,05 mg.L-1 de carbono orgânico total. O estudo foi desenvolvido em escala laboratorial e de batelada e com uso de equipamento para aquisição e análise de imagens. Como principais resultados observados foi visto que: i) para a remoção da matéria orgânica, os tempos de floculação maiores que 12 minutos ou GF mais elevados resultaram num efluente com melhor qualidade. Entretanto, tempo de flotação superior a oito minutos já resultou em um efluente com boa qualidade, especialmente em relação à remoção de turbidez; ii) com tempo de floculação baixo (3 minutos) já foi possível obter eficiência do processo superior a 80%, desde que o GF e a porcentagem de recirculação pressurizada sejam elevados; iii) o aumento da recirculação pressurizada teve maior impacto nas condições com menores tempos de floculação; iv) as distribuições do tamanho de microbolhas de ar foram similares para as quatro recirculações (6, 8, 10 e 12 %); v) O aumento do tempo de floculação produziu flocos com maiores diâmetros médios de Feret; iv) Diâmetros superiores a 170 μm resultaram em maiores eficiências na FAD. Em geral, foi possível concluir que o tamanho das partículas floculadas pôde ser alterado com a alteração dos parâmetros responsáveis pela floculação e esse parâmetro foi fundamental para a eficiência da flotação por ar dissolvido.Dissolved air flotation (DAF) is a solid-liquid separation process, in which air microbubbles are introduced into a suspension containing flocculated particles. The collision and the attachment between microbubbles and particles form a low-density agglomerate (bubble + floc) that can float to the surface forming a floating foam that can be removed hydraulically or mechanically. However, despite several studiesin the last three decades, some questions remain unclear. One of them is the collision phenomenon that occur between flocculated particles and air microbubbles. In this context, the present work had the main goal to investigate the influence of the size distribution of the flocculated particles and the air microbubbles volume concentration on the efficiency of DAF for a synthetic water that simulated a colored drinking water supply. This raw water had an apparent color of 62 ± 3 mg Pt-Co.L-1 , true color of 60 ± 3 mg Pt-Co.L-1, turbidity of 5 ± 1 NTU, alkalinity 28,1 ± 0,6 mg CaCO3 , 0,82 ± 0,03 cm-1 of UV254 nm, conductivity equal to 64 ± 3 μS.cm-1 and 1,69 ± 0,05 mg.L-1 of total organic carbon. The study was carried out on a laboratory and batch scale, known as Flotatest, and using an equipment for image acquisition and analysis. The main results observed were: i) for the removal of organic matter, flocculation times greater than 12 minutes or higher rate for the flocculation mixing resulted in an effluent with better quality. However, flocculation time greater than eight minutes resulted in a good quality effluent, especially considering turbidity removal; ii) with low flocculation time (3 minutes) it was possible to obtain process efficiency higher than 80%, as long as the rate for the flocculation mixing and the pressurized recycle rate were high; iii) the increase in pressurized recycle rate had a significant impact on conditions with shorter flocculation times; iv) the microbubble\'s size distributions were similar for the all four recycle rates that were studied (6, 8, 10 and 12%); v) The increase in the flocculation time produced flocs with larger Feret\'s mean diameters; iv) Diameters greater than 170 µm resulted in greater efficiency for the DAF\'s process. In general, it was possible to conclude that the size of the flocculated particles could be altered by changing the parameters responsible for the flocculation and this parameter was fundamental for the efficiency of the dissolved air flotation process