Existem vários tipos de floculadores, que se dividem em hidráulicos e mecânicos, além de novidades no setor e tecnologias que podem substituir a coagulação e a floculação, como a microfiltração e a ultrafiltração. A escolha adequada vai depender do tipo de aplicação que serão utilizados, e outros perfis de cada tipo de tratamento.
Depois da coagulação, vem o processo de floculação. A coagulação é a parte do tratamento em que a água ainda está em estado bruto. Ela recebe, então, produtos químicos e, numa velocidade mais rápida, começa a aglomeração das impurezas suspensas ou coloidais e aquelas dissolvidas em partículas maiores para que possam ser removidas por decantação ou filtração. A floculação continua o processo de aglutinação das impurezas feita na coagulação. As partículas se agregam e se transformam em flocos mais pesados que se sedimentam a uma velocidade mais amena. A agitação suave facilita o contato dos flocos, sem quebrá-los. Quando a floculação não ocorre, há demora na sedimentação. Por isso, é necessário o uso de floculantes, que melhoram a clarificação, a filtração e as operações de centrifugação. Atuam também no processo: velocidade de escoamento (m/s), tempo de detenção (min) e gradiente de velocidade (s^-1).
Segundo o engenheiro Jean Folgosi, pós graduando em MBA de Gestão e Tecnologias Ambientais da Escola Politécnica da USP, através do movimento do fluido, os choques que ocorrem entre as partículas coloidais e as dos produtos químicos,a um gradiente de velocidade ideal para que entrem em contato umas com as outras e se unam, permitem o aumento do tamanho físico do floco. Quanto maior seu tamanho, mais fácil é a remoção e maior a eficiência do decantador e dos processos subsequentes. "A variação do gradiente de velocidade deve ser de forma decrescente, de montante para jusante, ou seja, iniciar com uma agitação intensa (maior número de Reynolds e menor tamanho de partículas) e, no final, ser mais lenta. Isso porque os flocos maiores não resistem às forças de cisalhamento geradas pelo gradiente alto de velocidade. Por esse motivo, deverá ser feita de forma gradativa para o tanque de decantação onde os colóides já estão estabilizados. O tempo de detenção hidráulico é entre 20 e 40 minutos para o tratamento convencional", esclarece.
Os parâmetros de dimensionamento e operação dos sistemas de floculação são determinados pela qualidade e quantidade de água a ser tratada. O engenheiro Alberto Abrikian, diretor técnico e fundador da Ecosan, empresa que atende há 30 anos o mercado de equipamentos e sistemas para saneamento e tratamento de águas e efluentes, incluindo países no continente americano e europeu,complementa a informação sobre o processo. "Para alcançar o mínimo de turbulência no sistema hidráulico, é necessária baixa velocidade de escoamento. O tempo de detenção/retenção dos sistemas de floculação pode variar entre 15 e 30 minutos e gradientes escalonados devem ser decrescentes para cada câmara de floculação, pois permite um "aumento" do tamanho do floco e a eficiência do processo. Sistemas com pouco escalonamento de gradientes, gradientes não variáveis e tempos de detenção baixos são normalmente de baixa flexibilidade operacional. Porém, se bem dimensionados, podem atender a uma demanda específica, utilizando-se de poucos recursos", afirma.

Aplicação peculiar
Os floculadores possuem mecanismos de agitação hidráulicos e mecânicos. Os tipos mais comuns são os de eixo vertical e horizontal; de palheta; tipo hélice; e turbina de fluxo axial.Segundo Abrikian, os floculadores de pás são dotados de unidade motriz por motorredutores, eixo central vertical ou horizontal e dois a quatro braços com palhetas de madeira de lei. Trabalham com baixa rotação e alto torque, o que exige uma construção robusta. Do tipo turbina, têm motorredutores e eixo central vertical e sua diferença está na turbina fixada na ponta do eixo, permitindo uma movimentação mais suave da massa líquida com fluxo axial dentro da câmara. Existem ainda floculadores de meio poroso, onde se utiliza um meio suporte para a floculação, mas, conforme diz, esses não são muito utilizados no Brasil. O diretor técnico e fundador da Ecosan afirma que o mais procurado entre os que comercializa é o do tipo turbina, pelo custo menor, fácil instalação, mínima manutenção e maior versatilidade operacional.
De acordo com Folgosi, a aplicação de cada tipo de floculador é muito peculiar em uma planta para tratamento de água. "Varia de acordo com o tipo de sistema aplicado, espaço físico, relevo e vazão, entre outros dados. Em resumo, o que os diferencia são suas aplicações, bem como suas vantagens e desvantagens", explica o engenheiro. Opinião da qual compartilha Abrikian, "a aplicação de cada tipo depende do dimensionamento e da forma de operação da estação, bem como da qualidade da água a ser tratada. Pode-se controlar com muito mais precisão um sistema com floculadores mecânicos. Em contrapartida, os floculadores hidráulicos têm um custo operacional mais baixo".

 

Agentes floculantes As funções dos agentes coagulantes e agentes floculantes geralmente são confundidas, conforme afirma o engenheiro Alberto Abrikian, diretor técnico e fundador da Ecosan. "Os agentes coagulantes são responsáveis por desestabilizar o equilíbrio químico e gerar o floco, já os agentes floculantes são responsáveis pelo aumento do floco", especifica. Para entender melhor quais são os papéis dos dois agentes, é preciso também distinguir os conceitos de coagulação e floculação. "Na coagulação, há uma desestabilização das cargas líquidas superficiais das partículas coloidais. Depois de desestabilizadas, as partículas tendem a unir-se e a formar pequenos flocos, que aumentarão de diâmetro e peso na floculação. Assim, durante a etapa de floculação, é comum serem adicionados compostos com peso molecular maior do que os tradicionais coagulantes", explica Karina Vasquez Soares, química de Processos, da Centroprojekt do Brasil. Segundo ela, agentes floculantes é o termo mais adequado para diferenciar os compostos orgânicos e inorgânicos adicionados às câmaras de floculação para aumentar o tamanho dos flocos. Já os floculadores são equipamentos mecânicos instalados nas câmaras para propiciar, pela mistura em baixo gradiente, o aumento dos tamanhos dos flocos formados na coagulação. Agentes floculantes mais utilizados, segundo Karina, da Centroprojekt: • Polieletrólitos orgânicos, principalmente os catiônicos (poliamidas, poliDADMAC); • Polímeros orgânicos não iônicos naturais ou sintéticos (tanino, polióxido de etileno, entre outros); • Polímeros anfóteros, naturais ou derivados de compostos naturais (bentonitas, montmorilonitas, etc.); • Compostos inorgânicos - Para coagulação, os mais comuns são os sulfatos de alumínio e férrico e o cloreto férrico. Para floculação, o mais comum éo PAC, policloreto de alumínio.

 

Desafios
Conforme Folgosi, um dos grandes desafios da engenharia atualmente são a redução de custos e a alta eficiência, o que exige plantas cada vez mais compactas. Em plantas antigas, segundo ele, eram muito utilizados floculadores hidráulicos, já que para seu dimensionamento o espaço físico não era um fator relevante. "O grande número de compartimentos de floculação, que chega a cerca de 40 câmaras na vertical, dificulta a limpeza e engloba uma grande área para a unidade", aponta. Hoje, existem plantas novas para tratamento de água. "Por isso, o emprego de floculadores mecânicos", aponta.
Segundo o engenheiro, os floculadores mecânicos de fluxo axial ou radial e de palhetas permitem aplicação em tanques quadrados - normalmente câmaras de concretos que recebem a água já tratada com coagulantes -, como também possibilitam maior velocidade com rotação relativamente baixa. "O espaço físico da planta é reduzido significativamente, porém, deve ser empregado um alto consumo de energia/potência para transmissão deste gradiente. São equipamentos pesados que exigem plataformas robustas para absorver energia dissipada por estes acionamentos", diz Folgosi.

Outras tecnologias
A Centroprojekt do Brasil, empresa de tratamento de água e efluentes que fornece componentes, equipamentos ou sistemas completos, além de engenharia, projeto e construção (EPC) nesse setor, tem parceria tecnológica com a Invent, marca que representa há mais de sete anos. Um equipamento desenvolvido pela Invent trouxe, segundo Folgosi, uma evolução nesse segmento. A empresa obteve excelentes resultados de aplicação do misturador Hiperbólico Invent Hyperclassic em diversas aplicações, conforme relata. "A principal vantagem deste equipamento é o avanço tecnológico de seu rotor, que transmite o gradiente ideal para cada tipo de efluente. Seu consumo de energia é calculado com uma relação direta entre a força de cisalhamento e a potência empregada na hélice para evitar a destruição dos flocos. Tudo isso acaba gerando um baixo consumo de energia e uma eficiência muito superior aos outros floculadores citados", revela.
Entre outras vantagens do equipamento estão que todas as partes submersas em água são de materiais não corrosivos e livre de manutenção durante a sua vida útil, de fácil manutenção e simples montagem. Um ponto importante também destacado por Folgosi é que a força gerada são todas axiais para baixo. "As forças radiais geradas são muito pequenas, o que é uma grande vantagem para a utilização em tanques profundos que necessitam grandes comprimentos de eixos sem mancais inferiores. Por conseguinte, as forças sobre a plataforma de operação também são pequenas, permitindo que seja mais econômica", garante. Ele afirma que a forma do tanque também pode trazer vantagens. "Tanques retangulares com profundidades altas e equipamentos em linha geram uma operação de alto nível de segurança."

 

Substitutos
As opções para substituir o tratamento convencional físico-químico por coagulação e floculação são a microfiltração e a ultrafiltração. "Já a nanofiltração e a osmose reversa são polimentos para o fluxo filtrado por membranas de micro e ultrafiltração, sendo necessárias somente para algumas aplicações", classifica Karina Vasquez Soares, química de Processos, da Centroprojekt do Brasil. Mas Karina adverte que nem sempre os processos que utilizam membranas são viáveis. "Há aplicações, caso dos sistemas de efluentes industriais com vazões muito altas ou efluentes com elevada toxicidade, por exemplo, para as quais processos com membranas são onerosos ou tecnicamente limitados por fatores, como a excessiva frequência de limpezas, a dificuldade em se dispor do fluxo concentrado, entre outros."
Nestas situações, a química de Processos aponta que uma das tecnologias inéditas no Brasil recentemente testadas em escala piloto é a ozonização, seguida por um biofiltro, e a sua variação de ozonização, seguida por um reator biológico de leito móvel (MBBR). Estas alternativas foram testadas durante três meses em uma planta piloto que operou de forma contínua o efluente do tratamento secundário de uma planta de celulose. "Os resultados superaram as expectativas com relação à qualidade do efluente final pela grande redução de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e de cor do efluente advindo do tratamento por lodos ativados", destaca.
Quanto aos substitutos, o fundador da Ecosan concorda com Karina. "A floculação é processo físico-químico que tem por finalidade remover compostos solúveis e insolúveis da água. Como os processos de ultrafiltração removem compostos insolúveis e os processos de osmose reversa removem os compostos solúveis, é possível substituir não só os processos de floculação, como de uma estação inteira." Mas Abrikian admite também que há impedimentos. "Há uma série de implicações, como a questão econômica, operacional e até cultural nessa mudança. O Brasil precisa avançar um pouco mais ainda nessas novas tecnologias, bem como em Políticas Públicas e PPP’s (Parcerias Público-Privado) antes de aplicá- las em larga escala", aponta.

 

Um exemplo citado por Tales Gryga, gerente comercial de Equipamentos, e Marcel Sandoval, do Depto. de Novos Negócios, da Degremont, empresa que oferece soluções sustentáveis de tratamento de água em diversos países, sobre a tecnologia de membranas que foi avaliada para substituir um tratamento convencional e os resultados demonstraram que o processo é efetivo na remoção de partículas. Segundo eles, os resultados apontaram que, em águas de boa qualidade, é possível a ultrafiltração direta, sem pré-tratamento, podendo ser usada na clarificação das águas. Para águas de menor qualidade, a situação muda porque a água produzida por ultrafiltração tem qualidade inferior à filtrada na ETA com todas as membranas utilizadas, sendo necessário um pré-tratamento à ultrafiltração.
A química de processos diz ainda que há sempre novidades no segmento de floculantes, como os polímeros com cadeias modificadas, tipos de bentonitas ou de argilas, etc. "No tratamento de águas para abastecimento, saneamento e tratamento de águas ou efluentes industriais, os agentes floculantes mais utilizados continuam sendo os polieletrólitos e o PAC. Para a coagulação, os sulfatos de alumínio ou férrico e o cloreto férrico prevalecem", indica. Também em relação às novidades no segmento de floculantes, Abrikian, da Ecosan, expõe que os polímeros, em sua maioria acrílicos ou de fontes naturais, com ou sem cargas iônicas, são produtos consagrados e consolidados. "Se há pesquisas provavelmente estão mais voltadas à redução de custos e matérias-
primas alternativas para a elaboração dos produtos (polímeros) e no desenvolvimento de novas moléculas do que para o desenvolvimento de outros tipos funcionais (funções químicas) de produtos", explica.
Dosagens mais comuns no tratamento da água dos principais agentes coaguladores e floculadores, de acordo com Gryga e Sandoval, da Degremont:

 

 

Floculadores hidráulicos
"Os floculadores hidráulicos funcionam sem mecanismos, apenas por fenômenos hidráulicos (mistura)", esclarece Abrikian, da Ecosan. Gryga e Sandoval, da Degremont, explicam que a mistura é feita por um ressalto hidráulico de grande turbulência, geralmente a calha Parshall, que, além de fazê-la em tempo adequado, possibilita medição da vazão máxima ou de pico. Depois, coloca-se o coagulante na água por uma canaleta com furos (tubo verde). O ressalto fornece condições ideais à dispersão homogênea e rápida do agente floculador.

 

 

As chicanas, horizontais ou verticais, são outro método de floculação hidráulica citado pelos profissionais da Degremont. São compostas por um conjunto de cortinas que formam compartimentos em série:

 

 

Floculadores mecânicos
Estes tipos de misturadores, conforme Gryga e Sandoval, realizam a agitação por meio de hélices, turbinas, rotores ou palhetas giratórias.
Misturadores de palhetas – A altura e a espessura, entre outros, influenciam na velocidade das palhetas.

 

Tipo turbina axial:
• Impelidores eficientes, têm fluxo alto e servem para várias aplicações.
• Para grandes cisalhamentos e/ou alto grau de turbilhonamento.
• Agitadores de pás com lâminas curtas.
• Lâminas são retas, curvadas, inclinadas ou verticais.
• Eficazes para intervalo de viscosidade.
• Altas velocidades.
• Fluxos radiais e verticais.

Misturadores de eixo vertical - Para aplicações com mistura de soluções de sulfato de alumínio, cal hidratada, hipoclorito de sódio, cloreto de cálcio ou carvão ativado em tanques menores.

 

Tipo pá reta - Para tanques maiores, voltados ao preparo de suspensões de leite de cal ebentonita.

 

 

Principais características destes dois tipos:
• Impelidores de fácil construção, mas com limitações de uso.
• Faixa de trabalho menor pelo pouco fluxo.
• De duas ou quatro lâminas.
• Em tanques profundos, necessitam de diversos conjuntos de pás.
• Velocidade de 20 a 150 rpm.
• Pás com 50% a 80% do diâmetro do tanque e largura de 1/6 a 1/10 do comprimento.
• Se a velocidade for baixa, não é preciso usar chicanas. Senão, é recomendado.

Agitadores tipo hélice:
• Impelidores são similares às hélices marinhas. Usados para líquidos de baixa viscosidade, têm fluxo alto e baixa potência.
• Em geral, dispensam o uso de redutores.
• Para correntes verticais intensas.
• Fluxo axial.
• Pequenos de 1.150 ou 1.750 rpm e grandes de 400 a 800 rpm.
• Cisalha o líquido com força.
• Fluido com movimento helicoidal.

Tipo de fluxo em tanques agitados - O modo como o líquido se move dentro de um vaso depende:
• Do tipo de lâmina, agitador.
• Das características do fluido.
• Do tamanho e proporções do tanque, chicanas e agitadores.

 

Misturas pneumáticas – Nas quais, é utilizado um fluido gasoso. Alguns tipos de malhas difusoras para injeção de ar na massa líquida.