I-028 UTILIZAÇÃO DE FILTRO ESPONJA PARA ENSAIOS DE BANCADA

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1 I-028 UTILIZAÇÃO DE FILTRO ESPONJA PARA ENSAIOS DE BANCADA Ramon Lucas Dalsasso (1) Engenheiro Sanitarista pela Universidade Federal de Santa Catarina UFSC / Mestre em Engenharia Ambiental pela UFSC / Pesquisador do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFSC, no âmbito do PROSAB. Maurício Luiz Sens Engenheiro Sanitarista UFSC /1984. Professor Titular do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFSC. Deverson Simioni Graduando em Engenharia Sanitária-Ambiental - UFSC Luciana Frassetto de Campos Graduanda em Engenharia Sanitária-Ambiental - UFSC Bianca S. dos Santos Graduanda em Engenharia de Alimentos UFSC Endereço (1) : Rua Coral, Jardim Castanheiras Campeche - Florianópolis - SC - CEP: Brasil - Tel: (48) dalsasso@ens.ufsc.br RESUMO Os sistemas piloto, filtros de papel, pequenos filtros de areia e o filtro esponja utilizado, podem simplificar a previsão da qualidade da água produzida por uma Estação de Tratamento de Água ETA em escala real. Em muitos casos é fraca a reprodutibilidade em Jar Test da qualidade desta água, sobretudo com a utilização de papéis filtro. Este trabalho teve por objetivo estudar um sistema filtrante de bancada, alternativo, para realização de Jar Test. Os estudos foram desenvolvidos no Laboratório de Águas Lagoa do Peri (LALP), Florianópolis, SC. Inicialmente os estudos foram feitos em Jar Test e posteriormente utilizando a água coagulada através de um sistema piloto. Foi utilizado sulfato de alumínio como coagulante. Os meios filtrantes foram: papel filtro Whatman 40, esponja poliuretânica, e filtro piloto de areia. A qualidade da água filtrada, em termos de cor e turbidez, variou de acordo com o volume filtrado em todos os meios filtrantes utilizados. A esponja como meio filtrante é uma alternativa viável e prática para a realização de ensaios de bancada utilizando pequenos filtros. Reproduziu com mais semelhança que o papel filtro as características da água filtrada produzida no filtro piloto de areia, e é reutilizável. PALAVRAS-CHAVE: Jar-Test; filtro esponja; ensaio de bancada; tratamento de água INTRODUÇÃO Os filtros de areia em escala piloto permitem reproduzir com segurança, as condições operacionais de uma Estação de Tratamento de Água - ETA em escala real, e conseqüentemente a qualidade da água produzida pela mesma. Os sistemas de bancada, como filtros de papel, pequenos filtros de areia e o filtro esponja utilizado, podem simplificar a previsão da qualidade da água produzida por uma Estação de Tratamento de Água. Esta qualidade no entanto, depende, entre outros fatores, da qualidade da água bruta e das condições operacionais da ETA. Em alguns casos é fraca a reprodutibilidade em Jar Test da qualidade da água produzida nas ETA`s, sobretudo com a utilização de papéis filtro. Nestes casos, o resultado obtido nos ensaios de bancada não é reproduzido em escala real. Além do aspecto citado, os papéis filtros são descartáveis, contribuindo para a elevação dos custos de sua utilização. Este trabalho teve por objetivo estudar um sistema filtrante de bancada, alternativo, para realização de Jar Test. MATERIAIS E MÉTODOS Os estudos foram desenvolvidos no Laboratório de Águas da Lagoa do Peri (LALP), localizado junto a ETA que trata a água da lagoa evocada, na cidade de Florianópolis, SC Brasil. No laboratório citado existe um sistema piloto para filtração direta (ascendente e descendente), alimentado com água bruta da Lagoa do Peri, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 utilizada neste trabalho. Inicialmente os estudos foram feitos em Jar Test e posteriormente utilizando a água coagulada através do sistema piloto. Em ambas as etapas as condições de mistura rápida e coagulação foram as mesmas, ou seja: tempo T = 30 s e gradiente G = 1200 s 1. Os parâmetros de mistura rápida adotados, decorrem de estudos anteriores sobre otimização das condições de tratabilidade daquelas águas. Os ensaios de Jar Test foram voltados para a filtração direta, ou seja, primando-se pela desestabilização das partículas através do mecanismo de adsorção/neutralização de cargas. O ph de coagulação variou de 5,86 a 6,22. A dosagem de coagulante, Sulfato de Alumínio, variou de 9,0 a 10,3 mg/l. O filtro piloto utilizado nas comparações tem fluxo ascendente, possui secção interna quadrada (19,5x19,5cm), 60 cm de camada suporte (dmín = 2,4 mm e dmáx =19 mm) e 180 cm de areia (dmín = 0,59 mm e dmáx = 2,3 mm, def = 0,70 mm e CD < 2). O coagulante utilizado foi o sulfato de alumínio comercial (14,4 % de AL 2 O 3 ). O papel filtro utilizado foi o Whatman 40 φ = 12,5 cm. O filtro esponja possui φ i = 3,7 cm. A esponja poliuretânica utilizada, em forma de discos com espessura de 18mm, foi fornecida pela TRORION SP, e possui as seguintes características: cor cinza, tipo Filtral 1640, porosidade quando não comprimida 95,43% (determinada durante a pesquisa). Na Tabela 1 são apresentadas as faixas de variação da qualidade da água bruta durante as investigações experimentais. A Figura 1 mostra esquematicamente o funcionamento do filtro esponja. As medidas de ph foram feitas com phmetro ORION modelo 310 LogR. Cor aparente e Verdadeira foram medidas em espectrofotômetro HACH DR A turdidez foi medida com turbidímetro HACH, modelo 2100P. A Figura 2 mostra uma vista parcial do sistema piloto utilizado, com detalhes do filtro ascendente. Tabela 1 - Característica da água bruta durante o período da investigação experimental PARÂMETRO VALOR MÍNIMO VALO MÁXIMO Alcalinidade (mg/l CaCO 3 ) 9 11 Condutividade (us/cm) Cor aparente (uh) Cor verdadeira (uh) 6 9 *Fitoplânctons totais ( indivíduos / ml) ph 6,84 7,08 Temperatura ( C) Turbidez (NTU) 2,58 3,72 * Predomínio da espécie Cylindrospermopsis raciborskii ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Filtro esponja com descarga livre da água filtrada Filtro esponja com descarga afogada da água filtrada Água coagulada Esponja Água filtrada Figura 1 Esquema de funcionamento do filtro esponja Filtro Ascendente Camada suporte Figura 2 Vista parcial do sistema piloto com detalhes do filtro ascedente RESULTADOS A qualidade da água filtrada variou de acordo com o volume filtrado, tanto para o para o filtro esponja, como para o papel filtro Whatman 40 e o filtro piloto. Para o filtro esponja com descarga afogada ou livre (Figura 1), independentemente da espessura da esponja antes da compressão (18 ou 36mm), e da compressão da mesma (30,56%, 44,44%, 51,39%, 58,33%, 72,22%, 79,17%, 86,11%, 89,58%, e 93,06%), a turbidez da água produzida manteve-se com pequenas oscilações após ter sido filtrado 75 ml de amostra. Sendo assim, foram coletadas sempre alíquotas de 25 ml posteriores aquele volume. Para o papel filtro W40, a turbidez dos primeiros 25 ml filtrados, alíquota coletada para análises, resultou aproximadamente com o dobro da turbidez dos 25 ml seguintes, mesmo assim inferior a turbidez da água produzida no filtro esponja. No filtro de areia (Piloto), a qualidade da água produzida manteve-se praticamente constante após 2 horas do início da carreira. As coletas foram feitas sempre após este período de estabilização. O filtro esponja com descarga afogada e com espessura de 36mm, foi o que apresentou resultados mais próximos ao papel filtro W40. Este resultado foi obtido para uma compressão de 93% da esponja, e para um volume filtrado acima de 150 ml. O tempo para obtenção deste volume foi de aproximadamente 40 min. A operação do filtro esponja com descarga afogada produziu menores variações nos valores de turbidez em relação à condição de operação com descarga livre, para as diferentes espessuras e compressões estudadas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Para uma mesma espessura de esponja, independentemente da compressão, a operação do filtro com descarga afogada produziu melhores resultados em termos de turbidez, do que a operação com descarga livre. A Figura 3 mostra um conjunto de ensaios onde fica caracterizado a maior proximidade dos resultados do filtro esponja com os obtidos no filtro piloto, comparativamente aos resultados obtidos no papel filtro W40. Neste caso a esponja empregada tinha espessura inicial de 36 mm, foi comprimida 93%, e o filtro operou afogado conforme indicado na Figura 1. O filtro piloto trabalhou com taxa de 200 m 3 /m 2 d em todos os ensaios realizados. No filtro esponja, o tempo para filtrar a quantidade de água necessária para as análises foi da ordem de 7 minutos, tempo superior ao necessário com a utilização do papel filtro W40 (1 a 2 minutos), porém ainda adequado para ensaios desta natureza. 0,6 Turbidez da água filtrada (NTU) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Papel filtro Whatman 40 Filtro esponja Filtro de areia Ensaio Nº Figura 3 - Turbidez da água filtrada em função do tipo de filtro utilizado Após cada ensaio de filtração, as esponjas eram descomprimidas e lavadas com água filtrada, e posteriormente com água destilada. Os procedimentos de limpeza sempre foram de fácil execução. Observouse, tanto no sistema de descarga livre como no sistema afogado, que após a lavagem e remontagem do filtro esponja, era necessário passar água filtrada antes de sua alimentação com água coagulada. A passagem da primeira água era mais demorada, devido provavelmente a bolhas de ar aprisionadas na esponja durante o processo de secagem da mesma por compressão /descompressão. Observou-se que este procedimento, estabelecia uma condição normal de fluxo, importante para a operação de filtros em paralelo, tal como ocorre nos ensaios de Jar-Test, onde freqüentemente cronometra-se o tempo e coleta-se amostras simultaneamente. CONCLUSÕES Para as características médias da água estudada e demais condições dos experimentos, conclui-se que: A utilização de esponja como meio filtrante é uma alternativa viável e prática para a realização de ensaios de bancada utilizando pequenos filtros; ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 O filtro esponja reproduziu com mais semelhança as características da água filtrada produzida no filtro piloto de areia, avaliada em termos de turbidez; O filtro esponja é reutilizável, e após sua descompressão e lavagem volta a produzir água com as mesmas características; A operação do filtro esponja na condição afogado produz melhores resultados em termos de qualidade da água filtrada, devendo ser este o modo de operação a ser adotado; Valores de compressão intermediárias às estudadas, assim como outras espessuras de esponja, podem produzir resultados ainda mais próximos aos obtidos em filtros de areia. Neste sentido é recomendável a utilização de ensaios, levando em conta características específicas de construção e operação do sistema de tratamento onde serão utilizados estes pequenos filtros. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ISOLANI, Dalva. Filtração de águas de abastecimento com esponja de poliuretano. Florianópolis Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - Universidade Federal de Santa Catarina DI BERNARDO, L. Métodos e Técnicas de tratamento de Água - V. II. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. Rio de Janeiro, Brasil, DI BERNARDO, L. Comparação entre a filtração em papel de filtro e em instalação-piloto de filtração direta ascendente - Revista DAE, Vol. 45 n o 142, pp , setembro, DI BERNARDO, L. e YATSUGAFU, Paulo H. Filtração direta ascendente. Revista DAE, Vol. 48 nº 152, pp.53-65, julho, FERREIRA, S. S.F. e LAGE, F.A. F. Comportamento químico do Alumínio e do Ferro em meio aquoso e implicações no tratamento de água. Revista SANARE, pp , ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5