The impact on the dissolved air flotation process caused by the imposition of controlled mechanical agitation to the flocculated particles - air microbubbles contact step

Este trabalho de pesquisa teve como objetivo explorar os efeitos que a imposição de agitação mecânica controlada (incremento do gradiente médio de velocidade) durante a etapa de contato flocos - microbolhas de ar, por intervalos de tempo de imposição específicos, pode exercer sobre a eficiência do processo de flotação por ar dissolvido (FAD), com base em investigação experimental em escala de bancada e com uso de instalação com regime de alimentação por batelada (fluxo intermitente), denominada Flotateste. A pesquisa foi segmentada em três etapas sequenciais e interdependentes, concretizadas a partir de água bruta de estudo com turbidez de 6,7 ± 0,3UNT e cor aparente de 48,4 ± 0,9uC, com base na reprodução das condições ótimas de coagulação identificadas por Marega (2020) e valores fixos de pressão de saturação (500,0 ± 10,0kPa) e razão de recirculação (6,0%). Foram variados os valores de gradiente médio de velocidade e intervalo de tempo associados à fase de floculação (Gf e Tf, respectivamente) e à fase de indução mecânica de colisões (GIC e TIC, respectivamente); e velocidade de flotação (Vflot). A execução dos ensaios da Etapa 01 baseou-se na hipótese de início do movimento ascensional dos aglomerados microbolhas-flocos com a conclusão da fase de indução mecânica de colisões, com a exploração de valores de Gf de 75, 130, 160 e 200s-1; Tf de 8 e 12 minutos; GIC de 0, 20, 40, 60 e 80s-1; TIC de 0, 20, 40, 60 e 80s; Vflot de 15, 12 e 9m.h-1. A hipótese adotada para a execução dos ensaios das Etapas 02 e 03 foi a de início do movimento ascensional dos aglomerados concomitantemente à fase de indução mecânica de colisões. Na Etapa 02 foram explorados valores de Gf de 75, 100, 150 e 200s-1; Tf de 12 minutos; GIC de 0, 40, 60, 80, 120 e 160s-1; TIC de 0, 30 e 60s; Vflot de 20, 15 e 10m.h-1. Na Etapa 03 foram explorados valores de Gf de 50, 75 e 100s-1; Tf de 12 minutos; GIC de 0, 40, 60, 80 e 100s-1; TIC de 0 e 5s; Vflot de 20, 15 e 10m.h-1. Dentre os resultados obtidos, foi possível notar que a imposição de agitação mecânica à etapa de contato entre partículas floculadas e microbolhas de ar foi capaz de incrementar ligeiramente a eficiência de clarificação alcançada pelo processo de FAD em alguns casos, com a maioria deles associando-se à imposição de valores de Gf abaixo do ótimo. Assim, a principal constatação alcançada destacou-se como a fundamental importância da otimização das condições de floculação precedendo a flotação, com Gf próximo de 100s-1 e Tf próximo de 12 minutos para o tipo de água preparada para o estudo. Já para casos em que unidades FAD em escala plena estejam operando com baixa eficiência como consequência da aplicação de valores de Gf inferiores ao ótimo, acredita-se que a imposição de valor de GIC (otimizado em Flotateste) na zona de contato do flotador possa configurar-se como opção para incremento de eficiência.This research work aimed to explore the effects caused by the imposition of controlled mechanical agitation (increase of the mean velocity gradient) during the floc - air microbubble contact step, during specific imposition time intervals, on the efficiency of the Dissolved Air Flotation (DAF) process, based on a bench scale experimental investigation and use of an intermittent flow installation, called Flotatest. The research was segmented into three sequential and interdependent steps, carried out with raw study water with turbidity of 6,7 ± 0,3NTU and apparent color of 48,4 ± 0,9uC, based on the reproduction of optimal coagulation conditions identified by Marega (2020) and constant saturation pressure (500,0 ± 10,0kPa) and recirculation ratio (6,0%) values. The mean velocity gradient and time interval values related to the flocculation phase (Gf and Tf, respectively) and to the mechanical collision induction phase (GCI and TCI, respectively) were varied, as well as the flotation velocity (Vflot) values. Stage 01 tests were based on the hypothesis of beginning of the upward movement performed by the microbubble-floc aggregates after the conclusion of the mechanical collision induction phase, and on the following values for Gf: 75,130, 160 and 200s-1; Tf: 8 and 12 minutes; GCI: 0, 20, 40, 60 and 80s-1; TCI: 0, 20, 40, 60 and 80s; Vflot: 15, 12 and 9m.h-1. Stages 02 and 03 tests were based on the hypothesis of beginning of the upward movement performed by the aggregates during the mechanical collision induction phase. During Step 02, Gf values explored were: 75, 100, 150 and 200s-1; Tf: 12 minutes; GCI: 0, 40, 60, 80, 120 and 160s-1; TCI: 0, 30 and 60s; Vflot: 20, 15 and 10m.h-1. During Step 03, Gf values explored were: 50, 75 and 100s-1; Tf: 12 minutes; GCI: 0, 40, 60, 80 and 100s-1; TCI: 0 and 5s; Vflot: 20, 15 and 10m.h-1. Among the results obtained, it was possible to note that the imposition of mechanical agitation during the flocculated particles - air microbubbles contact stage was able to slightly increase the clarification efficiency achieved by the DAF process in some cases, with most of them related to the imposition of suboptimal Gf values. Thus, the main finding achieved was highlighted as the fundamental importance of optimizing the flocculation conditions prior to flotation, with Gf close to 100s-1 and Tf close to 12 minutes for the type of water prepared for this study. For cases of full-scale DAF units operating with low efficiency as a consequence of suboptimal Gf values, it is believed that the imposition of a GCI value (optimized in Flotatest) in the floater contact zone may configure as an option to increase efficiency