UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO DECIV DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO DECIV DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tratamento de Água: Filtração DISCIPLINA: SANEAMENTO PROF. CARLOS EDUARDO F MELLO cefmello@gmail.com

2 Conceito É um processo que consiste na remoção de partículas suspensas e coloidais e de microrganismos presentes na água de abastecimento, através da passagem dessa água por um meio poroso geralmente constituído de partículas de areia.

3 Esquema de uma unidade de filtração Figura 1. Filtro de Fluxo descendente. Fonte: Vianna (1997)

4 Velocidade de Interesse na Filtração Velocidade de aproximação (taxa de filtração) Va = Q/A Va velocidade de aproximação (taxa de filtração) Q vazão afluente ao filtro A área da seção do leito filtrante perpendicular ao fluxo

5 Classificação da Filtração Com relação à taxa de filtração Lenta - baixa taxa de filtração rápida alta taxa de filtração Com relação ao meio filtrante simples camadas múltiplas (em geral duas)

6 Classificação da Filtração Com relação ao sentido do fluxo Descendente Ascendente Com relação ao projeto e operação da ETA Convencional (após floculação e sedimentação) Direta

7 Filtros lentos Utilizados para potabilizar águas brutas de excelentes qualidades físicas, químicas e fisico-químicas Redução expressiva do índice de coliformes Processo predominantemente biológico

8 Filtros lentos Caindo em desuso, porque requer: Águas brutas de boa qualidade Grandes áreas para implantação Lavagem do leito filtrante é quase sempre manual Após lavagem necessita que a camada filtrante biológica se restabeleça

9 Filtros lentos Filtros lentos descendente mais comum Desenvolvimento da comunidade biológica na superfície (tempo de amadurecimento) schmutzdecke Retém partículas Impede a passagem de microrganismos

10 Filtros lentos Filtros lentos ascendentes A água é filtrada primeiro pela camada suporte Desenvolvimento da camada biológica em boa parte do volume

11 Filtros rápidos Filtros rápidos de fluxo descendente Mais utilizados em estações convencionais O leito filtrante pode ser simples ou duplo O fluxo da água de lavagem é ascendente

12 Filtros rápidos Foto 1. Filtro Rápido de Fluxo Descendente da ETA Itacolomi SAAE (Ouro Preto). Fonte: Peterson

13 Filtros rápidos Filtros rápidos de fluxo ascendente Camada espessa de areia (2 m) Camada suporte de 60 cm

14 Filtros rápidos Filtros rápidos de fluxo ascendente Figura 2. Filtro de Fluxo ascendente. Fonte: Vianna (1997)

15 Filtros rápidos Filtros rápidos de fluxo ascendente Figura 3. Filtro de Fluxo ascendente. Calha coletora comum para água filtrada e de lavagem Fonte: Vianna (1997)

16 Filtros rápidos Filtros rápidos de fluxo ascendente Camada suporte retém sólidos Recomenda-se descarga de fundo antes da lavagem Recomenda-se instalar um sistema auxiliar de lavagem (tubos perfurados) Aumento dos teores de sólidos na água pode requerer lavagem frequente dos filtros

17 Leitos Filtrantes O material granular usado em filtros de água deve apresentar grãos com tamanhos e variação de tamanhos dentro de determinados padrões (análise granulométrica) Coeficiente de uniformidade U = d 60 /d 10 d 10 tamanho dos grãos abaixo do qual ficam 10% da massa total do material granular d 60 tamanho dos grãos abaixo do qual ficam 60% da massa total da amostra

18 Leitos Filtrantes Areia Limpa (sem barro e matéria orgânica) Não deve conter mais de 1% de partículas laminares (micáceas) Areia limpa: teste HCl (40%) durante 24 h perda de material menor que 5% (ABNT) Massa específica 2,6 g/cm 3

19 Leitos Filtrantes Antracito Carvão mineral (origem fóssil) Massa específica 1,4 a 1,6 g/cm 3 Foto 1. Antracito. Utilizado em filtros de camada dupla, sobre a areia, sem se misturar Lavagem fluidificação estratificação Filtros com areia e antracito possuem maior taxa de filtração que os filtros só com areia Fonte da foto 1:

20 Leitos Filtrantes Antracito Retém a maior parte dos sólidos e a areia retém os sólidos remanescentes Observar a resistência a abrasão Teste: perda de material menor que 1% após 60 horas de lavagem. Ideal é menor que 0,5%

21 Filtros rápidos Foto 2. Leito Filtrante e Camada Suporte da ETA Itabirito SAAE. Fonte: Elaine

22 Fundos falsos Fundos patenteados Bocais Blocos Fundos construídos no canteiro de obra tubulações perfuradas Vigas pré-fabricadas

23 Fundos falsos Filtros de fluxo ascendente Distribuem água coagulada ou floculada e água de lavagem Poderá conter sólidos, folhas, gravetos, etc Projeto fundo desmontável facilmente inspencionável a água afluente passe por pré-tratamento adequado ao tipo de fundo falso

24 Fundos falsos Filtros de fluxo descendente Coletam água filtrada Sempre estão cheios de água filtrada Distribuem água de lavagem

25 Fundos falsos Bocais Materiais: porcelana plástico Nylon Pequenas ranhuras permite colocar o leito filtrante sem camada suporte Figura 4. Bocais Patenteados para Fundos Falsos Fonte: Vianna (1997)

26 Fundos falsos Bocais Lavagem auxiliar tubo de ar Filtros de fluxo ascendente bocais com orifícios maiores Foto 2. Bocal para lavagem auxiliar com ar. Fonte da foto 2: :

27 Fundos falsos Blocos Materiais cerâmica ou plástico Modelo de plástico universal Figura 5a. Blocos Patenteados para Fundos Falsos Fonte:: _type_s_underdrain_brochure.pdf Figura 5b. Blocos Patenteados para Fundos Falsos Fonte:Vianna (1997).

28 Fundos falsos Blocos Figura 6. Filtro de Fluxo Ascendente com Fundo Falso Utilizando Blocos Cerâmicos Fonte: Vianna (1997)

29 Fundos falsos Tubulações perfuradas Figura 7. Fundo Falso do Tipo Tubulações Perfuradas Fonte: Vianna (1997)

30 Fundos falsos Tubulações perfuradas Figura 7. Fundo Falso Utilizando Tubos Perfuradas em Filtros de Fluxo Ascendentes Fonte: Vianna (1997)

31 Fundos falsos Vigas Californianas Figura 8. Filtro Ascendente Utilizando Vigas Californianas como Fundos Falso Fonte: Vianna (1997)

32 Camada Suporte Seixos rolados (camadas sucessivas) O número de subcamadas e diâmetros extremos dos grãos dos seixos depende da granulometria do leito filtrante e do diâmetro dos orifícios do fundo falso Fundos patenteados traz recomendações sobre a camada suporte Vigas californianas exige maior camada suporte que os fundos patenteados

33 Camada Suporte Figura 9. Camada Suporte Utilizada pela COPASA MG para Fundos Falsos que Utilizam Vigas Californianas. Fonte: Vianna (1997)

34 NBR Filtros Lentos Taxa de filtração Não deve ser superior a 6m 3 /m 2 dia Camada filtrante Deve ser constituída de areia Espessura mínima de 0,90 m Tamanho efetivo de 0,25 a 0,35 mm Coeficiente de uniformidade menor que 3

35 NBR Filtros Rápidos Taxa de filtração Filtro de camada simples m 3 /m 2 dia Filtro de camada dupla 360 m 3 /m 2 dia Para filtro de fluxo ascendente 120 m 3 /m 2 dia

36 NBR Filtros Rápidos Camada filtrante simples Espessura mínima de 45 cm Tamanho efetivo de 0,45 a 0,55 mm Coeficiente de uniformidade de 1,4 a 1,6 Para fluxo ascendente Espessura mínima de 2 m Tamanho efetivo de 0,7 a 0,8 mm Coeficiente de uniformidade 2

37 NBR Filtros Rápidos Camada filtrante dupla Areia Espessura mínima de 25 cm Tamanho efetivo de 0,40 a 0,45 mm Coeficiente de uniformidade de 1,4 a 1,6 Antracito Espessura mínima de 45 cm Tamanho efetivo de 0,8 a 1,0 mm Coeficiente de uniformidade 1,4

38 Lavagem dos Filtros Filtros lentos Remoção manual da camada superficial (2,5 cm da camada superficial) Intervalo média é de 25 dias, e varia, de instalação para instalação (7 a 90 dias) Descarga de fundo (filtro fluxo ascendente)

39 Lavagem dos Filtros Filtros rápidos Introduzir água lavada em contracorrente com velocidade suficiente para fluidificar o leito filtrante Velocidade da água 0,60 a 1,00 m/minuto Deve promover a expansão do leito filtrante de 20% a 30% Filtro de fluxo ascendente velocidade mínima de 80 cm/minuto

40 Lavagem de Filtro Rápido Foto 4. Lavagem do Filtro rápido de Fluxo Descendente da ETA Itacolomi SAAE (Ouro Preto). Fonte: Elaine