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MORUZZI, R. B. (2005). Analysis of Particles Distribution Size and the pair Velocity/Hydraulic Residence Time in the Reaction Zone Performance of a Flotation unit by using ultrasonic probe and image analysis. A Thesis submitted to the Engineering School of São Carlos of the University of São Paulo. São Carlos – São Paulo – Brazil: EESC – USP. 240p. This work investigated the performance of a Dissolved Air Flotation (DAF) pilot plant, used to treat drinking water containing 05Tu and 50Cu. 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+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 30μm) 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. Key-words: Dissolved air flotation (DAF), Reaction zone, Micro-bubbles, Flocs, Digital image analyses, Hydraulics, Three-dimensional velocity profile. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1.1 Esquema simplificado das unidades de flotação de 1o Geração. 4 Figura 1.2 Esquema simplificado das unidades de flotação de 2o Geração. 5 Figura 1.3 Esquema simplificado das unidades de flotação denominadas Flotofiltro. 9 Figura 1.4 Esquema simplificado das unidades de flotação de 3o geração. 11 Figura 2.1 Esquema ilustrativo dos materiais e equipamentos que compõem a unidade e os parâmetros monitorados e/ou controlados por sistema de aquisição de dados. 20 Figura 2.2 Tela principal do software de aquisição para as instalações piloto de FAD do grupo de pesquisa coordenado por Profo Dr. Marco A. P. Reali. 21 Figura 2.3 Desenho esquemático da montagem experimental em escoamento contínuo, denominada unidade separadora de micro-bolhas (USMB) utilizada para aquisição das imagens e determinação da DTMB nas diferentes condições investigadas. 23 Figura 2.3.1 Desenho esquemático ilustrativo dos procedimentos para aquisição das imagens na unidade separadora de micro-bolhas (USMB) utilizada para aquisição das imagens e determinação da DTMB nas diferentes condições investigadas. 25 Figura 2.4 Tela de apresentação do programa Image Tool versão 3.0. 27 Figura 2.5 Tela de abertura do arquivo imagem para calibração. 29 Figura 2.6 Etapa de binarização através da definição do limiar de binarização manual no histograma da imagem. 29 Figura 2.7 Imagem binarizada da foto de referência. 30 Figura 2.8 Escolha do comprimento de referência com base em um tamanho conhecido. 30 Figura 2.9 Janela visual correspondente ao tamanho fornecido em diferentes unidades. 31 Figura 2.10 Salvando a calibração efetuada. 31 Figura 2.11 Nomeando a calibração efetuada. 32 Figura 2.12 Transformação Color-to-Grayscale. 33 Figura 2.13 Binarização através da ferramenta Threshold modo Manual. 34 Figura 2.14 Escolha do limiar de binarização através do histograma de intensidade. 34 Figura 2.15 Aparecimento dos objetos na imagem de acordo com o limiar de binarização adotado. 35 Figura 2.16 Imagem binária e separação dos objetos através da utilização da ferramenta Watershed no menu Processing. 35 Figura 2.17 Etapa de detecção dos objetos ou segmentação. 36 Figura 2.18 Janela de visualização contendo opções do Find Objects. 36 Figura 2.19 Janela confirmando o número de objetos detectados. 37 Figura 2.20 Delimitação da área de cada objeto e o número correspondente a contagem efetuada. 37 Figura 2.21 Etapa de classificação dos objetos efetuada após identificação dos objetos. 38 Figura 2.22 Escolha da propriedade a ser classificada. 38 Figura 2.23 Escolha dos valores correspondentes a cada classe. 39 Figura 2.24 Resultado obtido para cada classificação com separação com cores de acordo com a faixa pertencente. 40 Figura 2.25 Exemplo hipotético da área dos pixel(s) em função do tamanho médio das micro-bolhas. 43 Figura 2.26 Esquema do suporte para MicroADV e foto com vista geral e detalhe da leitura do ângulo de coleta de dados. 47 Figura 2.27 Exemplo de resultado utilizando ADVCheck. 48 Figura 2.28 ADVCheck detectando problemas na recepção dos sinais. Outros exemplos podem ser verificados no manual do fabricante. 49 Figura 2.29 Telas iniciais do software de aquisição de dados da sonda ADV. a) tela principal contendo dados de entrada. b) tela de confirmação dos dados e localização das bordas ou fundo. 50 Figura 2.30 Tela de aquisição de dados da sonda ADV. 51

Avaliação da influência da distribuição de tamanho de partículas e do binômio velocidade/tempo de detenção na zona de reação no desempenho da flotação com emprego de sonda ultra-sônica e de técnica de análise por imagem