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Carregado porNelson Virgilio Carvalho Filho
Aula 07 - Tecnicas de tratamento - parte 3 - 08.09
Este documento discute técnicas de tratamento de água e efluentes, incluindo filtração lenta. Apresenta detalhes sobre os princípios, classificações, operação e vantagens da filtração lenta, que remove turbidez, cor, ferro e microrganismos de forma eficiente porém com baixas taxas de filtração.
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- 8. Técnicas de Tratamento Filtração - Efeitos Parâmetro Processos Aeração Sedimen- Filtração Coagula- Correção Desinfec- tação lenta ção e dureza e ção filtração filtração rápida rápida Bactérias 0 ++ ++++ ++++ (7) +++ (9) ++++ Cor 0 0 ++ ++++ ++++ 0 (10) Turbidez 0 +++ ++++ (6) ++++ +++++ 0 Odor/Sabor ++++ (1) + +++ ++ ++ ++++ (11)(12) Dureza + 0 0 -- ++++ 0 Corrosão +++ (2) 0 0 - - (8) variável 0 - - - (3) Fe e Mn +++ (4) + (5) ++++ (5) ++++ (5) ++ 0 (10) + Efeito favorável - Efeito adverso 8
- 9. Técnicas de Tratamento Filtração - Efeitos Legenda (1) Exceção para os sabores devido a clorofenóis (2) Pela remoção de CO2 (3) Com adição de oxigênio (4) Aeração seguida de uma unidade separadora para deposição (5) Após a aeração (6) Sujam-se ou entopem muito depressa (7) Um pouco irregularmente (8) A coagulação com sulfato de alumínio libera CO2 (9) Tratamento com cal em excesso (10) Pode remover Fe e ter efeito sobre a cor (11) Supercloração seguida de descloração (12) cloração normal Adaptado: Richter, Carlos – Tratamento de Água – Tecnologia Atualizada, Ed. Blücher Ltda 9
- 10. Técnicas de Tratamento Maquetes Virtuais http://www.finep.gov.br/prosab/produtos.htm#download 10
- 11. Técnicas de Tratamento Filtração – O que é ? ... “A filtração consiste na remoção de partículas suspensas, partículas coloidais e de microrganismos presentes na água. Isto ocorre através do seu escoamento por um meio poroso, seja ele constituído por areia, carvão antracito ou qualquer outro material granular”. Para o tratamento de água ... “Processo que tem como função principal a remoção de partículas responsáveis pela “cor” e “turbidez” cuja a presença reduziria a eficácia da etapa de desinfecção na inativação dos microrganismos patogênicos” 11
- 12. Técnicas de Tratamento Filtração Qual a importância no tratamento de água ? “Além de auxiliar a etapa de desinfecção removendo partículas, cabe a filtração, talvez a função mais importante como etapa corretiva, proveniente de possíveis falhas ocorridas na coagulação, floculação e sedimentação (clarificação)”. 12
- 13. Técnicas de Tratamento Filtração A filtração é um processo ou uma operação unitária ? Filtração rápida – conjunção de mecanismos que interferem nos fenômenos físico e químicos (processo) Filtração lenta – conjunção de mecanismos que interferem nos fenômenos físicos e biológicos (operação) 13
- 14. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao tipo de filtração Com relação ao tratamento Com relação ao sentido de escoamento Com relação ao meio filtrante Com relação ao seu controle hidráulico
- 15. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao tipo de filtração Filtração em meio granular Filtros lentos Filtros rápidos Filtros de camada profunda
- 16. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao tipo de filtração Filtração em membrana Osmose reversa Nanofiltração Ultrafiltração Microfiltração
- 17. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Micro Filtração 0.1 a 10 micras Bacterias, Solidos Finos Ultra Filtração 0.005 a 0.05 micras Organicos, Endotoxinas Nano Filtração 0.0005 a 0.005 micras Dureza, Ions Divalentes Osmose Reversa 0.0001 a 0.001 micras Sais, Ions Monovalentes Água 17
- 18. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao tratamento Filtração convencional captação coagulação floculação sedimentação Água final Desinfecção Filtração
- 19. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao tratamento Filtração direta captação coagulação floculação sedimentação Água final Desinfecção Filtração
- 20. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao tratamento Filtração em linha captação coagulação floculação sedimentação Água final Desinfecção Filtração
- 21. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Concepção da ETA em função da qualidade da água bruta Características da Filtração direta Filtração em linha água bruta Turbidez (UNT) 50 25 (15) (5) Cor real (U.C) 50 25 (Cor aparente < 20) (Cor aparente < 15) Densidade algas 1.000 500 (UPA/ml) (500) (100)
- 22. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao sentido de escoamento Filtração descendente Filtração ascendente
- 23. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao meio filtrante Antracito Antracito Areia ou Antracito Areia Areia granada Camada simples Dupla camada Tripla camada
- 24. Técnicas de Tratamento Filtração - Classificação Com relação ao controle hidráulico Q Q q A filtração h - Altura do nível d’água acima do h meio filtrante Af • Taxa de filtração constante Antracito • com variação de nível • sem variação de nível Areia • Taxa declinante 24
- 25. Técnicas de Tratamento Filtração Taxa filtração (ou velocidade de aproximação) Q Af m3 q .dia m2 • Taxa de Filtração Antracito • Lenta 3 a 9 m3/m2.dia • Rápida 100 a 1.000 m3/m2.dia Areia 25
- 26. Técnicas de Tratamento Pré-filtração (pedregulho) Ascendente Filtração Lenta descendente ascendente Pressão descendente Rápida ascendente Gravidade descendente 1.Precedida de floculação e decantação convencional 2.Simultânea com microfloculação e microdecantação 26
- 27. Técnicas de Tratamento Filtração Qual filtração escolher, rápida ou lenta ? Vai depender de: volume de água a ser tratada qualidade da água bruta 27
- 28. Técnicas de Tratamento Filtros Lentos 28
- 29. Técnicas de Tratamento Filtração Lenta “Um filtro lento de areia é simplesmente um leito de areia apoiado por outro leito de cascalho, contido em uma caixa, com uma entrada para água bruta e uma saída para água tratada (SOLONA,1995)”. A filtração lenta: taxa de filtração duzentas vezes menor que na filtração rápida. A água pode demorar 2 ou mais horas da entrada à saída. Durante a passagem pelo meio filtrante, a água muda continuamente de direção, favorecendo o contato entre as impurezas e os grãos do meio filtrante, com retenção de parte delas, principalmente em até 40 cm de profundidade resultando em várias ações distintas: transporte, aderência e atividade biológica. 29
- 30. Técnicas de Tratamento Filtração Lenta A prova mais concreta da eficiência da filtração lenta em remover microrganismos ocorreu em 1892, através da experiência vivenciada por 2 comunidades vizinhas, Hamburgo e Altona (Alemanha) que utilizavam águas do rio Elba. Em Hamburgo o tratamento era por sedimentação simples. Em Altona era por Filtração Lenta. Com a contaminação do rio Elba houve uma epidemia de cólera causando a morte de 7500 pessoas em Hamburgo, o mesmo não aconteceu em Altona. Epidemias subseqüentes em várias partes do mundo confirmaram a importância da filtração antes do consumo da água. 30
- 31. Algas presentes –Filtração Lenta (antes)
- 32. Algas presentes –Pós Filtração Lenta
- 33. Técnicas de Tratamento Filtração Lenta Como opera uma filtração lenta ? fluxo descendente ou ascendente Taxas de filtração variam entre 3 a 9 m3/m2.dia Inconveniente taxas de filtração baixas (baixa demanda) Aplicáveis apenas p/ águas de pouca turbidez (< 50 UT) Necessita de grandes áreas (terreno) e obras civis 33
- 34. Técnicas de Tratamento Filtros Lentos Camadas constituintes do filtro: carvão antracito, areia e pedregulho em diferentes granulometrias e fundo falso em PVC 34
- 35. Técnicas de Tratamento Filtros Lentos 25 a 30 cm livre H = 2,50 a 3,60 m água 85 a 140 cm Meio Filtrante isento de matéria orgânica Meio Filtrante 90 a 110 cm peneiras > 0,15 e < 1,41 mm de= 0,30 mm e d60= 0,75 mm 25 a 35 cm Cascalho 25 a 45 cm dreno Camadas 35
- 36. Técnicas de Tratamento Filtros Lentos - Resultados remoção turbidez – 100% H = 2,50 a 3,60 m remoção cor (baixa) < 30% remoção de ferro – até 60% Meio Filtrante remoção sabor/odor – BOA remoção bactérias – MUITO Cascalho BOA > 95% dreno 36
- 37. Técnicas de Tratamento Filtros Lentos - Zonas superfície de coesão ou Schmutzdecke zona autótrofa Camada de areia zona heterótrofa Camada de Brita Dreno 37
- 38. Técnicas de Tratamento Filtração Lenta Vantagens facilidade e simplicidade operacional baixo custo de manutenção facilidade de controle grande remoção de bactérias Desvantagens baixa velocidade de filtração inviável para turbidez > 40 ppm inviável para turbidez + cor > 50 ppm grandes áreas de ocupação 38
- 39. Técnicas de Tratamento Filtração Lenta Filtro lento (Capão Bonito-SP) ETA construída em 1992, ocupa uma área de 66 m² com capacidade de tratar 1,5 L/s de água. 39
- 40. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida O que é uma filtração rápida ? composto de areia lavada e peneirada em camadas, o fundo com cascalho e em cima areia fina. A água passa da areia fina para o cascalho e é recolhida por drenos ou cripinas subterrâneas. A lavagem é por reversão com água que é recolhida nas calhas 40
- 41. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida 41
- 42. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida ascendente Pressão descendente Rápida ascendente Gravidade descendente 42
- 43. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida 43
- 44. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida Filtração de Fluxo Descendente Pode ser de camada simples (areia) ou de camada dupla (areia e antracito) 44
- 45. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida Filtração de Fluxo Descendente A água percorre a camada filtrante de cima para baixo, do material mais fino para o material mais grosso. Sua elevada eficiência na remoção de cor, turbidez e microrganismos patogênicos (coliformes, vírus, protozoários) deve-se principalmente à uniformidade do leito, à forma geométrica dos grãos e ao tamanho das partículas. 45
- 46. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida Dados Operacionais taxa 120 a 150 m3/m2.dia perda carga final – 2,0 m H = 4,20 a 5,40 m entrada água 1,8 a 2,3 m lavagem em intervalos de 20 a 40 min em contracorrente 0,40 a 0,70 m Meio Filtrante Meio Filtrante camada de areia 0,45 m Cascalho peneiras > 0,7 e < 0,8 mm coef. uniformidade < 2,0 46
- 47. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo) Filtros de correntes ascendentes ou clarificadores de contato Funciona em sentido inverso (fluxo de baixo para cima). Indicados para águas de baixa turbidez e pouco conteúdo mineral São semelhantes aos FFD (fluxo invertido) 47
- 48. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo) Dispensa a floculação e a decantação, sendo aplicado um coagulante alguns minutos antes da filtração. O fluxo de água encontra um material mais grosseiro nas camadas inferiores do meio filtrante e material mais fino na parte superior. A lavagem é feita com uma corrente de água no mesmo sentido da filtração (sob pressão) 48
- 49. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo) A disposição do meio filtrante em relação ao sentido do escoamento da água, faz com que a água mais impura encontre primeiramente o material mais grosseiro (maior porosidade). A medida em que a água vai se livrando das impurezas, no seu movimento ascendente, ela vai encontrando meios cada vez mais finos e de menor porosidade 49
- 50. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo) Características da Águas pouco poluídas pouco contaminadas baixa turbidez (< 50 UT) baixo teor de sólidos em suspenção (até 150 mg/L) sem variações repentinas de qualidade 50
- 51. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida Dados Operacionais taxa 120 a 150 m3/m2.dia perda carga final – 2,0 m H = 4,20 a 5,40 m Saída água 1,8 a 2,3 m lavagem de 6 a 8 min com velocidade ascensional de 1.000 a 1.300 m3/m2.dia 2,0 a 2,5 m Meio Filtrante Meio Filtrante camada de areia 0,4 a 0,6 m Cascalho peneiras > 0,7 e < 0,8 mm coef. uniformidade < 2,0 Fluxo ascendente 51
- 52. ETA SUBURBANA A ETASuburbana foi implantada em 1971 e ampliada em 1976, passando de 04 (quatro) para 08 (oito) filtros de fluxo ascendente (filtros russos). Utiliza água proveniente do barramento Ipitanga II e pode tratar até ± 400 l/s. Este sistema só opera nos períodos de maior demanda de água. FONTE: EMBASA
- 53. Técnicas de Tratamento Filtração Rápida (FFA) Vantagens boa coagulação e floculação elimina instalações de clarificação reduz consumo de coagulante (até 30%) períodos de funcionamento maior Desvantagens mistura da água de lavagem com água bruta limitações em relação a qualidade da água possibilidade de ocorrer a fluidificação do leito primeiras águas após lavagem, comprometidas 53
- 54. Técnicas de Tratamento Dupla Filtração Dupla Filtração ou Superfiltros Nova geração de instalações de Trat. Água, aplicável a pequenas comunidades, com apreciáveis vantagens técnicas e econômicas Alia as vantagens dos FFA (russos) com a segurança dos filtros rápidos convencionais (americanos) Melhoria em relação ao sistema russo, devido a redução do efeito de arraste da camada superior (fluidização da areia) na água filtrada 54
- 55. Técnicas de Tratamento Dupla Filtração 55
- 56. Técnicas de Tratamento Vídeo 56
- 57. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante Características dos Materiais Materi Altura Diâme C.Unif. d60 Massa Porosida Coef. al (m) tro (mm) específi de Esfericid efetivo ca ade (mm) (kg/m3) Areia 0,3 0,5 1,5 0,75 2.750 0,45 0,80 Antrac 0,5 1,0 1,5 1,5 1.600 0,55 0,55 ito 57
- 58. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante O que é carvão antracito ? carvão vegetal extraído da queimas das árvores carvão mineral extraído da terra, são de 4 tipos: turfa – linhito – hulha – antracito Em ordem de quantidade de carbono, o antracito é o "melhor" carvão, pois tem maior porcentagem de carbono e menos de impurezas. tem capacidade de adsorção além da filtração, o que proporciona benefícios tanto operacionais quanto para a qualidade da água tratada http://www.carboniferacriciuma.com.br/site/produtos/carbotrat_ap/ 58
- 59. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante Granulometria crivos de malhas (peneiras) 59
- 60. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante O que é Curva Granulométrica ? A análise granulométrica obtém-se fazendo passar uma certa quantidade de sedimentos desagregados por um conjunto de crivos de malha cada vez menor e pesando o material retido em cada crivo. A curva granulométrica é a curva obtida a partir do valor da percentagem acumulada do material que passa ou fica nos diversos crivos é representado depois num gráfico em escala milimétrica e os calibres dos materiais em escala logarítmica. 60
- 61. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante Granulometria da Areia Indicada para Filtração Lenta (Curva Granulométrica) 100 90 80 % passa acumulada 70 60 50 40 30 20 10 0 dmaior grão 1 d60 d10 0,1 10 dmenor grão 0,01 Abertura Malha (mm) 61
- 62. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante O que é Coeficiente de Uniformidade ? Parâmetro que se obtém fazendo passar uma determinada quantidade de sedimentos desagregados por um jogo de crivos de malha cada vez menor. Corresponde à razão entre o calibre da malha do crivo que deixa passar 60% ou reter 40% do material e o calibre da malha do crivo que deixa passar 10% ou reter 90% do material 62
- 63. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante Qual o significado físico do Coeficiente de Uniformidade ? Esta relacionado com a penetração das impurezas ao longo do meio filtrante. Quanto menor for o coeficiente, mais uniforme será o material granular, e portanto mais profunda será a penetração de impurezas e mais longa será a duração da carreira de filtração. 63
- 64. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante O tamanho dos grãos A escolha da granulometria do meio filtrante depende da tecnologia a ser empregada e das variáveis como: Taxa de filtração Carga hidráulica disponível Qualidade do afluente Qualidade final desejável Sistema de lavagem Espessura da camada filtrante, etc 64
- 65. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante Diâmetro médio efetivo D10 – tamanho equivalente a 10% (em peso) do material que passa Caracteriza o menor diâmetro de partícula na classificação; Indica o tamanho mínimo da partícula que será removida pela areia 65
- 66. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante 66
- 67. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante Forma e Geometria dos Grãos Exercem grande influência na perda de carga do meio filtrante limpo, Quanto mais irregular a forma geométrica dos grãos, melhor será o desempenho durante a filtração Grãos arredondados são mais eficientes durante a lavagem, além de perda de carga final entre 20 a 30% inferior comparados aos grãos irregulares 67
- 68. Técnicas de Tratamento Meio Filtrante 68
- 69. Técnicas de Tratamento Processo Filtração Perda de carga ideal H imp H t H 0 H imp H 0 Tempo Etapa intermediária Turbidez efluente Etapa inicial Valor limite Tempo Transpasse 69
- 70. Técnicas de Tratamento Filtração - Critérios Nova Campanha (fim da carreira) Turbidez da água filtrada superior a um valor pré-determinado (geralmente > 0,5 UNT) Perda de carga igual ou superior a carga hidráulica máxima disponível (geralmente de 2,0 a 3,0 m) Campanha de filtração com duração > a 40 h 70
- 71. Técnicas de Tratamento Filtração - Tendências Novo filtro de água com capacidade para eliminar bactérias A nova tecnologia, foi desenvolvida a partir de nanotecnologia e permite formar um campo elétrico de 20 volts, que elimina os microrganismos. É formado por fios de prata e tubos com medidas na casa da bilionésima parte do metro. Em vez de reter as bactérias para limpar a água, como fazem outros filtros, o novo modelo mata os micro-organismos. As bactérias são mortas ao passar pelo campo elétrico existente na superfície altamente condutora do filtro. Fonte: www.ipjornal.com 71
- 72. Técnicas de Tratamento Estudo de Caso Mini Seminário – ????? 72
- 73. Onde Estudar aAula de Hoje Nos Livros • Azevedo Netto, José & Richter, Carlos – Tratamento de Água – Tecnologia Atualizada – Ed. Blücher ( Cap. 12 a 18) • Libânio, Marcelo – Fundamentos de Qualidade e Tratamento de Água – Ed. Átomo (Cap. 9 a 12)
- 74. Contato 74