Aula 5: Filtração. Introdução. Classificação dos filtros

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1 Curso: Engenharia Civil Disciplina: Sistema de Tratamento de Água e Esgoto Prof(a): Marcos Heleno Guerson de O Jr Nota de Aula! Aula 5: Filtração Introdução Após a passagem da água pelo tanque de decantação _ filtração lenta _ algumas partículas que devido ao peso não tiveram condições de decantarem, permanecem na superfície. A etapa seguinte é submeter a água a um processo de filtração, com objetivo de reter essas partículas. A filtração é um processo físico em que a água atravessa uma camada de material filtrante, normalmente areia, combinada ou não com seixo e carvão, com objetivo de reter as partículas em suspensão que não sofreram decantação.. Existem dois tipos de processo: filtro lento e filtro rápido. O processo lento é mais rígido em termos de projeto, com poucas alternativas. O rápido, entretanto, apresenta diversas alternativas para os projetistas poderem dimensionar, gerando um grande leque de opções de eficiência. Classificação dos filtros De acordo com a taxa de velocidade de filtração: - filtros lentos: funcionam com taxa média de 0,4 m3/m2/dia; - filtros rápidos: funcionam com taxa média de 120 m3/m2/dia. - de camada simples (areia); - de camadas múltiplas : dupla (areia e antracito) ou mais. Quanto a pressão, os filtros rápidos podem ser de dois tipos: 1

2 - De pressão: fechados, metálicos, nos quais a água a ser filtrada é aplicada sobre pressão (usados em piscinas, indústrias e companhias de saneamento). - De gravidade: os mais comuns. Quanto ao sentido do fluxo:! - Descendentes: os mais comuns;! - Ascendentes: os clarificadores de contato. Filtros Lentos A filtração lenta é um processo simples e de grande eficiência. O inconveniente é que ele funciona com taxas de filtração muito baixas, sendo aplicável apenas às águas de pouca turbidez (até 50 ppm), exigindo, por isso, grandes áreas de terreno e volume elevado de obras civis. A velocidade ou taxa de filtração pode ser determinada a partir de exames de observações em instalações semelhantes que tratam água de qualidade comparável. Geralmente essa taxa varia entre 3 e 9 m3/m2.dia, sendo mais freqüente entre 3 e 4m3/ m2.dia. Acima dessa taxa pode resultar em uma água qualidade insatisfatória. 2

3 Leito Filtrante É onde ocorre a filtração propriamente dita da água em tratamento. Materiais Empregados :!! Filtro Lento : areia;!! Filtro Rápido : antracito e areia (estratificada : os grãos maiores ficam em baixo, logo o tamanho dos grãos vai decrescendo de baixo para cima no interior do leito filtrante). Areia : pode ser obtida em rios ou lagos, devendo ser limpa, sem barro ou matéria orgânica. A norma NBR 12216/92 fixa as condições e características granulométricas para as areias como leito filtrante : Areia para Filtros Lentos : Tamanho efetivo de 0,25 a 0,35 mm / Coeficiente de Uniformidade menor que 3,0 / Espessura Mínima da Camada de 0,90 m; Areia para Filtros Rápidos de Fluxo Descendente de Camada Simples : Tamanho efetivo de 0,45 a 0,55 mm / Coeficiente de Uniformidade entre 1,4 e 1,6 / Espessura Mínima da Camada de 0,45 m; 3

4 Areia para Filtros Rápidos de Fluxo Descendente de Camada Dupla : Tamanho efetivo de 0,45 a 0,45 mm / Coeficiente de Uniformidade entre 1,4 e 1,6 / Espessura Mínima da Camada de 0,25 m; Areia para Filtros Rápidos de Fluxo Ascendente : Tamanho efetivo de 0,70 a 0,80 mm / Coeficiente de Uniformidade menor ou igual a 2,0 / Espessura Mínima da Camada de 2,00 m; Antracito : é um carvão mineral de cor negra. Sua massa específica e da ordem de 1,4 a 1,6 g/cm3, isto é inferior à da areia. Isto faz com que ele possa ser utilizado em filtros rápidos de camada dupla sobre a areia, sem se misturar com ela. Sendo o antracito mais leve e sendo a granulometria da areia e do antracito adequadamente especificados, todas as vezes que o filtro for lavado, o antracito subirá mais do que a areia. pode ser obtida em rios ou lagos, devendo ser limpa, sem barro ou matéria orgânica. Terminada a lavagem a areia ficará por baixo e o antracito por cima. Taxa de Filtração Corresponde a Vazão Diária Filtrada por Área de Filtro (em planta) expressa normalmente em m3/m2.dia. As disposições da Norma NBR 12216/92 são : Filtros Lentos - A taxa de filtração pode ser determinada por experiências em filtros pilotos, em períodos superiores ao necessário para ocorrência de todas as variações de qualidade da água. Não sendo possível realizar essas experiências a taxa de filtração não deve ser superior a 6 m3/m2.dia. Os filtros lentos pela baixa taxa de filtração necessitam de grandes áreas para tratamento de grandes vazões. Filtros Rápidos - Não sendo possível proceder a experiências piloto as taxas máximas recomendadas são as seguintes : filtros com camada simples m3/m2.dia; filtros com camada dupla m3/m2.dia. A taxa máxima em filtros de fluxo ascendente é de 120 m3/m2.dia. Alguns estudos dizem que pode chegar à 300 m3/m2.dia.. Exemplo: Uma estação de tratamento de água tem 4 filtros rápidos, de leito filtrante simples de areia, com as seguintes dimensões em planta : Comprimento de 2,50 m e Largura de 1,00 m. Deseja-se ampliar sua capacidade que passará para 40 l/s. Se os leitos filtrantes alterados para o tipo camada dupla com areia e antracito, os filtros assim reformados terão condições de suportar a nova vazão? Limpeza À medida que o filtro vai funcionando acumula impurezas entre os interstícios do leito filtrante, aumentando progressivamente a perda de carga e redução na sua capacidade de filtração. Quando essa perda atinge um valor preestabelecido ou a 4

5 turbidez do efluente atinge além do máximo de operação, deve ser feita a lavagem. O tempo em que o filtro passa trabalhando entre uma lavagem e outra consecutivas é chamado de carreira de filtração. Ao final desse período, deve ser lavado para a retirada da sujeira que ficou retida no leito de filtragem. Uma carreira de filtração fica em torno de 20 a 30 horas, podendo em situações esporádicas, principalmente no início do período chuvoso, ocorrer mais de uma lavagem por dia. Esta lavagem tem aspectos bem peculiares. Os filtros rápidos são lavados contracorrente com velocidade e vazão suficientes para criar turbulência suficiente para causar o desprendimento das impurezas retidas e naturalmente grudadas nos grâos do leito filtrante. Neste processo ocorre a expansão do leito filtrante e o transporte da sujeira antes retida pela água de lavagem. Essa água suja efluente deve ter um destino adequado e, dependendo da escassês de água, recuperada para novo tratamento. Na prática consideram expansões entre 25 e 50 % como satisfatórias, sendo 40 % um valor comum. A lavagem pode ser realizada através de um reservatório ou com auxílio de bombas que garantam a velocidade ascencional de lavagem para expansão do leito filtrante, conforme a seguir. Para filtros de fluxo operacional descendente, durante a lavagem a água deve atingir taxas da ordem de 800 a 1300 m3/m2.dia, durante 6 a 10 minutos, conforme a necessidade de limpeza e a quantidade de sujeira. Emprega-se água completamente tratada, de preferência com o mesmo ph da encaminhada aos filtros para filtração, proveniente de um reservatório em cota mais alta, ou ser impulsionada por bombas, em situações menos comuns. 5

6 Ainda existem os Sistemas de Lavagem Auxiliares que melhoram o desempenho da operação de lavagem do filtro, permitindo entre outros benefícios, economizar água gasta na operação de lavagem. Atuam na superfície e interior do leito filtrante a ser expandido, conforme figura a seguir. Dimensionamento Velocidades Máximas recomendadas para as Canalizações e Comportas Adjacentes aos Filtros :!! Afluente aos filtros (Chegada de Água) : 0,60 m/s;!! Efluente dos Filtros (Saída de Água Filtrada) : 1,25 m/s;!! Água de Lavagem (Descarga) : 1,80 m/s;!! Água para Lavagem (Entrada) : 3,60 m/s. 6

7 Filtros Lentos Número de Unidades Recomendadas Para projeto de filtros lentos (taxas de filtração entre 3 a 9 m3/m2.dia), a tabela a seguir apresenta o número de unidades usualmente empregado de acordo com a população atendida. Exemplo: Calcular a quantidade de filtros lentos e as dimensões dos mesmos para um projeto, de acordo com os seguintes dados : T= taxa de filtração : 3 m3/m2.dia; P = População de projeto : habitantes; q = Consumo per capita : 200 l/hab/dia; coeficiente do dia de maior consumo : k1 = 1,25 Filtros Rápidos Principais Parâmetros de Projeto Recomendados Os principais parâmetros de projeto para filtros rápidos podem ser visualizados no quadro a seguir, de acordo com recomendações da Norma NBR12216/92 e de Azevedo Netto : 7

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9 Bibliografia: Vianna, Marcos. Hidráulica aplicada às estações de tratamento de água. 4ª Edição. Imprimatur Artes, ltda Sperling, Marcos. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Volume 1. 3ª Edição. Universidade Federal de Minas Gerais Filippo, Sandro. Saneamento Básico I. Instituto Militar de Engenharia. Apostila Guedes, Antônio e Carvalho José. Manual de Operação de ETA. CAGEPA. Apostila COPASA. Tratamento de Água. Disponível em Serviço Autônomo de Água e Esgoto de Aracruz. Disponível em Universidade Federal de Campina Grande. Noções de Tratamento de Água. Disponível em 9