O desempenho de uma unidade de flotação por ar dissolvido (FAD) em escala piloto, tratando água destinada ao abastecimento contendo 50 uC e 05 uT, foi investigada sob o ponto de vista das partículas presentes (micro-bolhas e flocos) e da hidrodinâmica. A análise centrou-se na zona de reação da unidade de FAD onde foi desenvolvido o modelo matemático proposto por Reali (1991). A determinação das partículas foi realizada por método que emprega a análise de imagem. A condição hidrodinâmica foi avaliada por meio de ensaios de estímulo e resposta, combinada com a análise tridimensional do escoamento feita através de mapeamento utilizando equipamento que emprega ultra-som (sonda micro-ADV). Para a consecução do trabalho foram desenvolvidos dois métodos. Um para aquisição, tratamento e obtenção da distribuição de tamanho de micro-bolhas e flocos utilizando a análise de imagem digital em instalação com escoamento contínuo, sem a extração de amostras. Outro, envolvendo o desenvolvimento de programa (VelDigital3D) para tratamento dos dados da sonda utilizada. Inicialmente, foram realizados os ensaios de validação da utilização da sonda micro-ADV em água contendo micro-bolhas de ar e os ensaios de mapeamento da unidade utilizando a referida sonda conjugada ao programa VelDigital3D. Posteriormente, foram investigados alguns possíveis agentes na aglutinação das micro-bolhas após a despressurização tais como: i) as condições de mistura expressas em termos da taxa de aplicação superficial (TAS) e tempo de detenção na zona de reação (Tdz.r), ii) razão de recirculação (p), iii) a variação de pH e, iv) a dosagem de coagulante (\'AL POT.+3\'). Finalmente, a sensibilidade do modelo matemático proposto por Reali (1991) para a zona de reação de unidades de FAD convencional foi verificada com base nos parâmetros de projeto: tempo de detenção da zona de reação (Tdz.r) e taxa de aplicação superficial na zona de clarificação TASap. (downflow); e com base nos parâmetros operacionais: distribuição de tamanho de partículas (micro-bolhas e flocos) e razão de recirculação (p). As principais conclusões foram: i) a sonda micro-ADV pode ser utilizada para obtenção do perfil de velocidade em águas contendo micro-bolhas de ar, nas vazões investigadas; ii) o escoamento no interior da zona de reação apresentou um padrão bem definido de recirculação ao longo da altura, confirmando os resultados obtidos com os ensaios estímulo e resposta; iii) a variação do diâmetro médio das micro-bolhas foi muito pequena (de 20 a 30 \'mü\'m), embora tenha havido ressalvas e iv) o modelo proposto por Reali (1991) foi sensível aos parâmetros investigados e responde coerentemente com o desempenho da unidade piloto de FAD. / This work investigated the performance of a dissolved air flotation (DAF) pilot plant, used to treat drinking water containing 05 Tu and 50 Cu. The particles (micro-bubbles and flocs) and hydraulic characteristics were taken into account. The focus was given in the reaction zone as hypothesized by Reali\'s mathematic model (REALI, 1991). An image analyses was used to assess particles distribution sizes. The hydraulics of the DAF tank was assessed by using a pulse stimulus-response test combined with the three-dimensional flow analyses carried-out with equipment that applied ultra sound (microADV). Therefore, two methods were developed; one for the acquisition, treatment and also to obtain the micro-bubbles and flocs sizes distribution, without the need of extracting samples and another, involved the development of a software (VelDigital3D) in order to treat the microADV data. Initially, the application of the microADV in the DAF process was evaluated. After, the data collection was made and the result was treated by using the VelDigital3D software. Sequentially, the effects of some agents for micro-bubbles coalescence after the releasing point were investigated: i) mixture conditions in terms of hydraulic loading rate (HLR) and detention time (DT); ii) recirculation rate (p); iii) pH variation and, iv) coagulant dosage (\'AL POT.+3\'). Finally, the mathematic model behavior proposed by Reali (1991) was investigated by varying some parameters in the design, such as: detention time in the reaction zone (DTr.z) and hydraulic loading rate in the clarification zone HLRc.z (dowflow); and by varying some operational parameters, such as: particles sizes distribution (micro-bubbles and flocs) and recirculation rate (p). The main conclusions were: i) the microADV probe can be used to obtain the velocity flow profile in water containing micro-bubbles; ii) the flow within the reaction zone showed a well defined pattern of recirculation throughout the height of the unit, confirming the obtained results by using the stimulus-response tests; iii) the variation of micro-bubbles medium size was low (from 20 to 30 \'mü\'m) but some points regarding this aspect were discussed and, iv) the behavior of the mathematical model proposed by Reali (1991) showed a significant adjustment to the experimental data proving that it can be applied to analyzed design parameters.

O desempenho de unidades de flotação por ar dissolvido (FAD) depende significativamente do projeto da zona de contato (ZC) dessas unidades, situada na entrada das mesmas e responsável por promover condições adequadas para que ocorram taxas satisfatórias de colisão entre as microbolhas de ar e os flocos formados na etapa antecedente de floculação da água para abastecimento. Os dois principais parâmetros de projeto da ZC são o tempo de detenção hidráulico ou tempo de contato (Tzc) e o gradiente médio de velocidade na ZC (Gzc). A presente dissertação apresenta os resultados de estudo sobre a influência do Tzc e do Gzc na ZC de uma unidade piloto de flotação por ar dissolvido (UPFAD) com escoamento contínuo aplicada ao tratamento de água para abastecimento. Foram utilizados módulos contendo tela metálica em seu interior com malha de #25 mm com diferentes dimensões, de modo a se obterem diferentes valores de Gzc e Tzc. Foram investigadas duas configurações na unidade de FAD (Configurações A e B), nas quais o comprimento (Lzc) e a altura (Hzc) da ZC foram variados, permitindo a alteração do Tzc e mantendo-se controlados os valores de Gzc (com a introdução ou não de diferentes módulos de tela metálica na ZC) e vice versa. Os demais parâmetros do processo de FAD não sofreram variações, tais como taxa de aplicação superficial (TAS) na zona de separação, tempo de floculação, entre outros. Para a configuração A, foram estudadas três alturas diferentes na ZC e para a configuração B, quatro alturas diferentes na ZC, o que acarretou, para cada valor de Gzc variação do Tzc. Para cada configuração da ZC, também foram testados três valores de vazão de recirculação de água saturada com ar de modo a se obterem três diferentes concentrações de ar (A/V) no processo de flotação. Para todos os parâmetros analisados (Turbidez, Cor, Absorbância), as maiores eficiências de remoção foram obtidas nos ensaios realizados com o uso da tela #25 mm tanto na configuração A (TASzc = 136 m/h e G = 6,1 s-1) quanto na configuração B (TASzc = 87 m/h e G = 3,2 s-1). Os resultados permitem concluir que o par de valores (Tzc, Gzc) é mais apropriado para o projeto da zona de contato de unidades FAD do que o par (Tzc, TASzc) usualmente adotado pelos projetistas, sendo que, na faixa de valores investigados a UPFAD apresentou melhor desempenho para o par: Tzc de 41 s e Gzc de 6,1 s-1. / The performance of units dissolved air flotation (DAF) depend significantly of design on the contact zone (CZ) of these units, situated at the entrance thereof and responsible for promoting appropriate conditions to occur satisfactory collision rates between air microbubbles and the flocs formed in the step of flocculation of potable water. The two main design parameters of the CZ are the hydraulic detention time or contact time (Tcz) and the velocity gradient in the CZ (Gcz). This work presents the results of study of the effects of varying the Tcz and Gcz at the contact zone of pilot unit DAF with continuous flow applied to the treatment of potable water. Were used modules containing metal grille with mesh of #25 mm, with different dimensions in order to obtain different values of Gcz and Tcz. Were investigated two configurations in the unit FAD ( configurations A and B) where the length (Lcz) and height (Hcz) of contact zone were varied, allowing the variation of Tzc and keeping the values of Gcz controlled (with the introduction or not of different modules in the metal grille in CZ) and vice versa, without changes in other process variables FAD, such as rate of surface application (TAS) in the separation zone, flocculation time, among others. For the configuration A were studied three different heights in the CZ and in configuration B, four different heights in the CZ, which resulted, for each value of Gcz (relative to the chosen value of Lcz) the variation of Tzc. For each configuration of CZ were also tested three values of recirculation flow of air saturated in order to obtain three different values of concentration in air (A/V) in the flotation process. For all parameters analyzed (turbidity, color, absorbance), the highest efficiencies were obtained in assays performed using the grille #25 mm, both in configuration A (TAScz = 136 m/h and L = 6,1 s-1) and configuration B (TAScz = 87 m/h and G = 3,2 s-1). The results indicate that the pair of values (Tcz, Gcz) is more suitable for project of the CZ of units FAD than the pair (Tcz, TAScz) usually adopted by the designers, and values in the range investigated in UPFAD showed performed better for Tcz of 41 s and Gcz of 6,1 s-1.

O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência do gradiente médio de velocidade (Gzc), associado ao tempo de detenção hidráulico (tzc) e à taxa de aplicação superficial (TASzc), na zona de contato, na eficiência de clarificação de uma unidade retangular de flotação por ar dissolvido, em escala piloto, tratando água para abastecimento. Foram estudadas duas configurações da Unidade Piloto de Flotação por Ar Dissolvido (UPFAD) (A e B), as quais diferem no comprimento da zona de contato A (90 mm) e B (140 mm). A TASzc - A (133 ± 3 m/h) e B (86 ± 1 m/h) - e o tzc - A (54 ± 1s) e B (84 ± 1 s) - são diferentes. Foram avaliados três valores do Gzc A (1,8; 6,5;10,2) e B (0,9; 4,7; 6,3), através da inserção de telas com características diferentes no interior da zona de contato. E, Para cada valor de Gzc, foram investigados três valores de A/V (3,73; 4,90; 6,41). Em todos os ensaios realizados, foram fixados os seguintes parâmetros: vazão da água bruta preparada (5,4 m³/h); temperatura da água bruta preparada (26 ± 1ºC); pH de coagulação (6,5 ± 0,1); tempo de floculação (17,2 min); gradiente médio de velocidade de floculação (110 s-1); vazão de descarte após a floculação (0,8 m³/h); vazão de entrada para a flotação (Qe) (4,6 m³/h); velocidade de entrada para a flotação (ve) (180 m/h); velocidade cross-flow (45 m/h); TASzs (14,6 ± 0,2 m/h); pressão de saturação (4,5 ± 0,1 Kgf/cm²). A unidade piloto FAD foi alimentada com água preparada, que apresentou turbidez em torno de 7,4 ± 0,6 UNT, e cor aparente, em torno de 39,4 ± 4,3 UH. A fração removida dos parâmetros analisados para cada Gzc é menos sensível a variações de A/V na configuração A que na configuração B. Na configuração A, a tela que apresentou Gzc em torno de 6,5 s-1 gerou melhores resultados para cada A/V analisado. Na configuração B, a tela que gerou Gzc em torno de 4,7 s-1 proporcionou melhor fração removida de turbidez e cor para cada A/V estudado. Além disso, na configuração B, a fração removida de turbidez e cor foi menos sensível a variações de A/V, para Gzc de 4,7 s-1 que para os demais valores de Gzc. A tela que gerou resultados mais eficientes na configuração A foi a mesma para a configuração B. Portanto o uso da referida tela favoreceu o desempenho das configurações A e B. Comparando todas as situações estudadas nas duas configurações, o ensaio com a configuração A (com tzc de 54 s) com Gzc de 6,3 s-1 e A/V de 4,9 g/m³, apresentou as maiores frações de remoção de cor e turbidez. / The present work aimed to study the influence of velocity gradient (Gzc) associated with the hydraulic detention time (tzc) and the rate of surface application (TASzc) in the contact zone in the efficiency of clarification of a unit rectangular dissolved air flotation pilot scale, treating water supplies. Two different kinds of configurations of the reactor dissolved air flotation in pilot scale (UPFA) (A and B) were studied, which differ in the length of the contact zone - A (90 mm) and B (140 mm). The TASzc - A (133 ± 3 m/h) and B (86 ± 1 m/h) - and tzc - A (54 ± 1 s) and B (84 ± 1 s) were different. Three different values of Gzc were analysed - A (1.8, 6.5, 10.2 s-1) and B (0.9, 4.7, 6.3 s-1) by insertion of grilles with different characteristics within the zone contact. And for each value of Gzc, three values of A/V (3.73, 4.90, 6.41 g/m³) were investigated. In all trials, the following parameters were set: flow of synthetic raw water (5.4 m³/h), synthetic raw water temperature (26 ± 1ºC), coagulation pH (6.5 ± 0.1); flocculation time (17.2 minutes), the speed gradient flocculation (110 s-1); flow disposal after flocculation (0.8 m³/h), input flow to the flotation (Qe) (4, 6 m³/h), input speed for flotation (ve) (180 m/h), cross-flow velocity (45 m/h), TASzs (14.6 ± 0.2 m/h), saturation pressure (4.5 ± 0.1 kgf/cm ²). The pilot plant was fed with synthetic water, which showed turbidity of approximately 7.4 ± 0.6 NTU, and apparent color, about 39.4 ± 4.3 HU. The removal efficiency of the analyzed parameters for each Gzc is less sensitive to variations in the A/V in the configuration A than in the configuration B. In configuration A, the grille that showed Gzc about 6.5 s-1 gave better results for each A/V analysis. In configuration B, the grille that has generated Gzc around 4.7 s-1 provided the best removal efficiency of turbidity and color for each A/V studied. Furthermore, in the configuration B, the removal efficiency of color and turbidity was less sensitive to variations in A/V for Gzc 4.7 s-1 than for other values of Gzc. The grille that generated the best results in the configuration A was the same for the configuration B. Therefore the use of that grille favored the performance of configurations A and B. Comparing all the situations studied in two configurations, the test with the configuration A (with tzc the 54 s) with Gzc of 6.3 s-1 and A/V of 4.9 g/m³, had the highest removal efficiencies of color and turbidity.

Os reatores anaeróbios de concepção mais moderna (e.g., UASB e RALEx) possibilitam a remoção de 65 a 75% de matéria orgânica do esgoto sanitário, com custos de implantação e operação relativamente baixos, em comparação com os processos aeróbios convencionais. Entretanto, esses reatores geralmente são pouco eficientes na remoção de nutrientes e seus efluentes podem apresentar concentrações relativamente elevadas de material orgânico e de sólidos suspensos. Para melhorar a qualidade dos efluentes desses reatores, algumas configurações de pós-tratamento têm sido empregadas no Brasil, dentre as quais os sistemas de lodo ativado e a coagulação/precipitação com sais metálicos, geralmente seguida de flotação por ar dissolvido. Nesta pesquisa, foi avaliada a aplicabilidade da coagulação/precipitação com cloreto férrico, a partir de testes em unidades de coagulação em escala de bancada (jar test e flotateste), para três sistemas de pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, a saber: coagulação/precipitação do efluente de um reator anaeróbio (RALEx); co-precipitação em um sistema de lodo ativado; e pós-precipitação do efluente do sistema de lodo ativado. Cada um desses sistemas foi testado com separação de sólidos por sedimentação ou por flotação por ar dissolvido, constituindo seis distintas configurações de pós-tratamento. O pós-tratamento do efluente do reator anaeróbio por coagulação/precipitação se mostrou uma alternativa viável técnica e economicamente, tanto para a sedimentação quanto para a flotação por ar dissolvido. Os diagramas de coagulação obtidos tanto nos ensaios de sedimentação quanto nos de flotação demonstraram que a coagulação/precipitação do efluente do RALEx ocorria de modo mais eficiente para valores de pH entre 5 e 7. A coagulação/precipitação do licor misto com cloreto férrico também se mostrou uma opção atrativa, propiciando a obtenção de efluente bastante clarificado, com possibilidades de reúso. Nessa opção, obtiveram-se eficiências adicionais (i.e., em relação ao sobrenadante do licor misto) de remoção de turbidez, DQO e fósforo de, respectivamente, 80%, 72% e 85%, com dosagem de 80 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L (48 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'/L). Para a coagulação com cloreto férrico, a flotação não apresentou bons resultados na remoção de turbidez, DQO e fósforo para separação de sólidos do licor misto. O mesmo ocorreu para o efluente final da ETE quando a etapa de separação de sólidos foi a sedimentação. Quando a separação de sólidos foi feita por flotação, obtiveram-se eficiências de remoção de turbidez, DQO e fósforo de, respectivamente, 68%, 53% e 83%, com dosagem de 80 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L / The anaerobic reactors of modern conception (e.g., UASB and RALEx) remove from 65 to 75% of sanitary wastewater organic matter with relatively low construction, operation, and maintenance costs, in comparison with conventional aerobic processes. Nevertheless, that reactors are usually little efficient in nutrient removal and their effluents may present relatively high organic matter and suspended solid concentrations. In order to improve the quality of effluents from anaerobic reactors, some post-treatment concepts have been employed in Brazil, among which activated sludge systems and coagulation/precipitation with metallic salts, generally followed by dissolved air flotation. In this research, coagulation/precipitation with ferric chloride was assessed using sedimentation and flotation lab-scale test units (jar test and flotateste, respectively) to three post-treatment systems, namely: coagulation/precipitation of effluent from anaerobic reactor; co-precipitation (in the mixed liquor from activated sludge system); and post-precipitation of effluent from activated sludge system. Each system was assessed with solids separation with sedimentation and dissolved air flotation, constituting six different post-treatment scenarios. Coagulation/precipitation of the effluent from the anaerobic reactor showed to be technical and economically attractive, not only for sedimentation but also for dissolved air flotation. Coagulation diagrams obtained in sedimentation and flotation essays showed that coagulation/precipitation of the effluent from RALEX was more efficient when pH values were between 5 and 7. The mixed liquor coagulation/flocculation with ferric chloride were also an attractive option, resulting in a low turbidity effluent suitable for reuse. In this option, additional removals (i.e., in relation to decanted mixed liquor) of turbidity, COD e phosphorus were obtained: 80%, 72% and 85%, respectively, with the dosage of 80 mg \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L (48 mg \'FE\'\'CL IND.3\'/L). Flotation did not presented good results in the removal of turbidity, COD and phosphorus in mixed liquor coagulation/precipitation with ferric chloride. The same was to the effluent from the WWTP when sedimentation was employed in the solids separation step. When solids separation was made using flotation, the removal efficiencies of turbidity, COD and phosphorus were, respectively, 68%, 53%, and 83% for the dosage of 80 mg \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L

The thesis deals with the use of dissolved air flotation (DAF) in water treatment technology in the Czech Republic. It summarizes the knowledge gained at pilot plant studies as well as the experience with full-scale flotation units which have been built in potable water treatment plants in the Czech Republic in years 2006-2018. This thesis provides a broad background of experimental studies of a modern separation process, which does have great advantages in the removal of natural organic matter and microorganisms from water in the drinking water treatment industry. In this thesis, there are presented some examples of the excellent efficiency of the microorganisms removal, both under the experimental conditions as well as water treatment plants, which were improved by DAF units installation in full scale. In addition to the high separation efficiency, it is shown, how DAF units could influence the subsequent separation steps as for example filtration through the granular media. The negative influence of the pre-ozonization on the DAF separation efficiency in Hradec Králové WTP is demonstrated too. The results of the pilot experiments support the idea, that the key condition for high removal efficiency is the optimal coagulation process chemistry. Design of pilot experiments was based on the factorial planning theory and some results are discussed in this thesis. The very big portion of the pilot experiments was made for estimating of the full-scale DAF design parameters before the water treatment plants reconstruction phase

Goal of this research was to recognize dissolved air flotation efficiency by the help of turbidity and UV absorbance removal for different conditions. As different conditions are meant the efficiency for different baffle position, different detention time in separation zone and checking results with adding chemicals compared to results without adding chemicals.