22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina I DISTRIBUIÇÃO DA PERDA DE CARGA NAS SUBCAMADAS DO MEIO GRANULAR DO FILTRO ASCENDENTE DE PEDREGULHO UTILIZADO COMO PRÉ-TRATAMENTO EM SISTEMAS DE DUPLA FILTRAÇÃO Emília Kiyomi Kuroda(1) Engenheira civil, mestre em Hidráulica e Saneamento e estudante de pós-graduação de Doutorado do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo. Luiz Di Bernardo Professor titular do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo Endereço(1): Departamento de Hidráulica e Saneamento Escola de Engenharia de São Carlos USP Av. Trabalhador São-Carlense, no CEP: ; São Carlos São Paulo Brasil - Tel: +55 (16) ; Fax: +55 (16) ekkuroda@yahoo.com.br. RESUMO Este trabalho consistiu na avaliação do desempenho do sistema composto por filtração direta ascendente em pedregulho seguida da filtração rápida descendente. A investigação experimental foi realizada em instalação piloto, variando-se a taxa de filtração nos filtros ascendente (60 a m3 / m2 d) e descendente (100 a m3 / m2 d) com e sem execução de descargas de fundo intermediárias no ascendente. A água bruta foi proveniente de um manancial superficial com ph entre 6,5 e 7,5, valores de turbidez compreendidos entre 8,5 e 21 ut, cor verdadeira entre 19 e 50 uh e alcalinidade entre 6,7 e 10 mg CaCO3/L. Adicionalmente, verificou-se o comportamento da instalação para uma condição simulada de ocorrência de pico de turbidez de 380 ut, com curta duração. O filtro ascendente com taxa de filtração de 120 m3/m2.d. foi capaz de absorver o pico de turbidez de 380 ut, produzindo efluente pré-filtrado com valores de turbidez entre 0,3 e 5,7 ut, e o filtro descendente, com taxa de filtração de m3/m2.d., produziu efluente final com valores consistentemente menores que 1 ut, e na maior parte do tempo menores que 0,1 ut. Em função dos resultados obtidos foi possível realizar considerações com relação à ocorrência de desprendimento / carreamento contínuo de flocos no filtro ascendente, constatar as

2 influências da execução de descargas de fundo intermediárias, com produção de efluentes de melhor qualidade e de carreiras de filtração mais prolongadas e verificar a distribuição da perda de carga nas subcamadas do meio granular. Palavras-chave: tecnologia alternativa para tratamento de água, dupla filtração, prétratamento à filtração rápida descendente, filtração direta ascendente em pedregulho. INTRODUÇÃO A tecnologia de tratamento por ciclo completo, composta por coagulação, floculação, sedimentação e filtração rápida, apesar de ser a mais difundida no Brasil, nem sempre se constitui como alternativa mais adequada. A necessidade de mão-de-obra especializada, de mecanização de processos e de conseqüentemente, elevado custo operacional entre outros fatores, pode introduzir dificuldades operacionais e acarretar sérios prejuízos à qualidade da água produzida, especialmente em pequenas e médias cidades, nos quais os recursos são limitados, e os problemas decorrentes de uma escolha inadequada de tecnologia são mais dificilmente contornados. As investigações realizadas sobre a pré-filtração em pedregulho, com introdução prévia de coagulação química, têm apresentado resultados que revelam o grande potencial que esta tecnologia possui, especialmente, por permitir o tratamento de águas com características que dificultam a aplicação dos processos e operações, envolvidos nos sistemas de tratamento que empregam a tecnologia de ciclo completo ou filtração lenta (WEGELIN et al., 1996; AHSAN et. al., 1996; CRUZ VELEZ et al., 1998). A aplicação da filtração direta ascendente em pedregulho FDAP, como pré-tratamento à filtração rápida descendente -, compõe uma variação do sistema de dupla filtração SDF e tem merecido a atenção de pesquisadores da área (MEGDA, 1999; CEZAR, 2000; GUSMÃO, 2001; AMARAL et. al., 2001), principalmente como alternativa ao tratamento por ciclo completo para pequenas e médias cidades. Há necessidade, porém, da realização de estudos adicionais quanto ao desempenho desta tecnologia, considerando principalmente as taxas de filtração nos filtros ascendente e descendente, a granulometria do material do filtro ascendente, as condições variadas de qualidade de água bruta, o número de descargas de fundo intermediárias no filtro ascendente, os métodos operacionais de limpeza e lavagem, bem como de execução de descarga de fundo, sendo enquadrado nesta linha de pesquisa, o presente trabalho. MATERIAIS E MÉTODOS A Instalação Piloto de Dupla Filtração - IPDF foi montada nas dependências da ETA2 de São Carlos, que utiliza água de manancial superficial como fonte de abastecimento. A IPDF foi constituída, basicamente, pelos sistemas de recalque, de regularização da vazão de água bruta (câmara de nível constante), de mistura rápida mecanizada, de distribuição de água coagulada, de dupla filtração, de lavagem e limpeza dos filtros e de aplicação da suspensão de argila. Apresenta-se na Figura 1 um esquema da IPDF.

3 Figura 1: Esquema da Instalação Piloto de Dupla Filtração com FAP - A bomba para recalque de água bruta à caixa de nível constante foi instalada no poço de sucção de água bruta da estação. A caixa de nível constante CNC foi constituída por uma tubulação de entrada de água bruta, um extravasor adaptado a uma redução excêntrica (150 para 100 mm), o que contribuiu para que as variações do nível de água fossem mínimas em seu interior, além de tubulação de saída de água bruta para câmara de mistura rápida e visor para controle de nível. A tubulação de saída de água bruta continha na extremidade afogada, um cap com orifício central de 12,5 mm e corpo roscável, o que permitiu a realização de ajustes da lâmina líquida sobre o orifício e conseqüentemente, da vazão encaminhada à câmara de mistura rápida - CMR, onde recebia a solução de coagulante. Além dos aplicadores de coagulante e alcalinizante, a câmara de mistura rápida dispunha de um agitador para garantir a mistura dos produtos químicos à água bruta, de uma placa com orifícios distribuídos na parte superior com o objetivo de diminuir a turbulência na região próxima ao dispositivo de sifonamento, por meio do qual eram efetuados o controle e o ajuste da vazão requerida pelo sistema de dupla filtração - SDF, variando-se a altura e o diâmetro da mangueira flexível de silicone previamente graduada. Apresentam-se na Tabela 1 as especificações do coagulante químico (produto líquido) e do alcalinizante (pó) utilizado para ajuste do ph de coagulação. Os produtos químicos foram preparados de forma a resultar em concentrações das soluções adequadas à duração da carreira, precisão desejada para realização de ajustes de dosagens, e vazões correspondentes ao bom desempenho da bomba dosadora. A dosagem de coagulante e o respectivo ph de coagulação foram determinados em função da turbidez do filtrado ( 0,5 ut), realizando-se ensaios de coagulação em reatores estáticos e de filtração direta em filtros de laboratório de areia - FLAs (Figura 2), com três tipos de granulometrias, utilizadas segundo o critério apresentado na Tabela 2, e em filtros de laboratório de papel - FLP whatman 40 para efeito de comparação de resultados. Os parâmetros utilizados nos ensaios de laboratório são apresentados na Tabela 3. Em seguida, as condições escolhidas eram então testadas em FLAs com água coagulada na própria IPDF e somente após ser constatada a condição desejável de coagulação, a água coagulada era encaminhada aos filtros ascendentes. Tabela 1: Especificações dos produtos químicos Coagulante Químico: Solução de Sulfato de Alumínio Alcalinizante: Carbonato de Sódio em pó

4 Massa específica da solução (g/cm3) 1,32 Massa específica aparente (g/l) 450 a 550 Al2(SO4)3 14,3H20 (% massa / massa) 42,4 Pureza mínima (%) 98 Teor de Al2 O3 (%massa / massa) 7,215 Umidade máxima (% peso) 1 Teor máximo de Fe2 O3 (%) 1,2 Insolúveis - máximo (% peso) 0,05 Figura 2: Esquema do FLA Tabela 2 - Critério utilizado para escolha da granulometria do FLA Turbidez da

5 água bruta (ut) FLA Tamanho dos grãos (mm) < ,3 a 0,59 25 a ,42 a 0,84 > ,59 a 1,41 Tabela 3 - Parâmetros empregados nos ensaios de laboratório para determinação das condições de coagulação química Parâmetros de Coagulação, Mistura Rápida e Filtração Direta Parâmetros de Controle Tempo de mistura rápida (s) 60 ph da água de estudo; Turbidez da água de estudo; Alcalinidade da água de estudo; ph de coagulação; Turbidez dos efluentes filtrados em 2 coletas nos FLP e 3 nos FLA.

6 Gradiente de velocidade médio na mistura rápida (s-1) 1000 Tempos de filtração em FLP (min) 3 e 6 Tempos de filtração em FLA (min) 15, 20, 25 e 30 Taxa de filtração no FLA (m3/m2d) 60 a 100 Os filtros ascendente e descendente foram construídos em acrílico transparente, com diâmetros internos iguais a 141 mm e 92 mm, respectivamente. O filtro rápido descendente - dispunha de uma tela metálica com abertura de malha de aproximadamente 0,2 mm, apoiada sobre placa perfurada, o que possibilitou a disposição do material filtrante, constituído unicamente de areia, diretamente sobre a mesma, dispensando o uso de camada suporte (figura 5). Apresentam-se na Tabela 4, as características do material granular utilizado; na Figura 3, a curva granulométrica da areia do e na Figura 4, as fotos das camadas granulares do Filtro Ascendente de pedregulho - FAP. Tabela 4: Características do Material Granular FAP Tamanho dos grãos (mm) Espessura da subcamada (mm) Tamanho dos grãos = 0,3 a 1,41 mm Tamanho efetivo = 0,42 a 0,45 mm Coef. de desuniformidade = 1,7

7 Coef. de esfericidade = 0,75 a 0,8 Espessura da camada = 0,7 m 19,0 a 25, ,6 a 15, ,2 a 6, ,41 a 2,4 300 Figura 3: Curva granulométrica da areia do O sistema de dupla filtração foi provido de derivações nas tubulações de água bruta e de saída dos filtros ascendentes e descend entes, a fim de conduzir, continuamente, amostras de água bruta e dos efluentes produzidos aos turbidímetros de escoamento contínuo com vazões previamente ajustadas por pinças reguláveis. As vazões afluentes ao filtro descendente eram medidas por meio de rotâmetros e ajustadas utilizando-se registros de agulha instalados nas tubulações de desvios. Tanto o filtro ascendente quanto o descendente possuíam piezômetros, dispostos conforme detalhe apresentado na Figura 4, que permitiram verificar a distribuição da perda de carga nas subcamadas do meio granular para a programação das operações de descargas de fundo intermediárias - DFIs e lavagens dos filtros. Para avaliação do desempenho do sistema proposto foi programado o monitoramento em ensaios específicos e com freqüência pré-estabelecida dos seguintes parâmetros: vazão, perda de carga, turbidez, temperatura, alcalinidade, potencial zeta, ph, cor aparente e verdadeira, COD, absorvância, coliformes fecais e E. coli.. Os ensaios foram realizados com e sem execução de DFIs para as condições selecionadas de taxas de filtração segundo a Tabela 5.

8 Tabela 5: Programação dos ensaios e respectivas taxas de filtração (m3/m2.d) Ensaio Taxa FAP Taxa Nº. DFI Ensaio Taxa FAP Taxa Nº. DFI I S/ VII 120 S/ II S/ VIII

9 S/ III 120 S/ IX S/ IV 120 S/ X C/ 3 V S/

10 XI C/ 4 VI S/ XII 120 C/4 a) 1ª. Subcamada: 19,0 a 25,4 mm c) 3ª. Subcamada: 3,2 a 6,4 mm

11 b) 2ª. Subcamada: 9,6 a 15,9 mm d) 4ª. Subcamada: 1,41 a 2,4 mm Figura 4: Fotos das subcamadas do meio granular do FAP Figura 5: Detalhes das unidades filtrantes do sistema de dupla filtração No ensaio XII, realizado para simulação da ocorrência do pico de turbidez, foi preparada uma suspensão com material coletado de um solo argiloso da bacia hidrográfica do manancial através de peneiramento manual #200 (75 m m) com introdução de jatos de água filtrada, obtendo-se dessa forma, suspensão composta por aproximadamente 75 % de material argiloso (partículas com tamanho inferior a 2 m m) e 25 % de material siltoso, conforme o gráfico da Figura 6. De acordo com a programação do pico de turbidez (F igura 7), para a realização dos ensaios em instalação piloto, as diferentes condições de turbidez do afluente foram obtidas, diluindo-se em água bruta, vazões previamente determinadas da suspensão. A aplicação da suspensão foi realizada por meio de uma tubulação interligada a um sistema composto por 2 tanques de 200 L, providos de agitador e bomba centrífuga, que descarregava livremente na tubulação de entrada da câmara de mistura rápida. Figura 6: Curva de Distribuição Granulométrica

12 Figura 7: Programação do pico de turbidez A realização das descargas de fundo intermediárias DFIs no FAP foram programadas em função da perda de carga final fixada no meio granular estabelecida entre 0,5 e 0,6 m, da perda de carga no meio granular limpo para as diferentes taxas de filtração e do número de DFIs, conforme: a) medição da perda de carga no meio granular limpo; b) subtração do valor obtido no item a) da perda de carga final fixada no meio granular; c) divisão do valor obtido no item b) por (N+1), obtendo-se o valor do acréscimo de perda de carga considerado para cada uma das N DFIs efetuadas durante a carreira de filtração. As DFIs (e finais) foram realizadas com esvaziamento total do filtro, empregando-se taxas entre 800 e 1200 m3/m2d com duração de 1 a 1,5 min. A limpeza do FAP foi efetuada primeiramente com execução de 1 DF final, seguida da introdução simultânea de ar com taxa de aplicação da ordem de 10 L/s.m2 e água com velocidade ascensional de 0,5 m/min durante 5 min, com posterior aplicação de água somente, com velocidade ascensional de aproximadamente 1,4 m/min por 5 min. A lavagem no foi realizada por meio de insuflação de ar durante 3 minutos, com taxa de aplicação da ordem de 15 L/s.m2, seguida de água para promover expansão de aproximadamente 30 % na camada de areia (velocidade ascensional de aproximadamente 0,6 m/min) durante cerca de 7 min. ou período necessário para que a turbidez do efluente resultasse inferior a 5 ut. O encerramento da carreira dos filtros foi determinado pelo critério de perda de carga limite no meio granular no FAP igual a 0,5 a 0,6 m e no igual a 2,1 m, ou por ocorrência de transpasse quando a turbidez do efluente do filtro descendente superasse 1 ut. O encerramento do ensaio, por sua vez, foi condicionado à conclusão de pelo menos uma carreira do filtro FAP e duas do, permitindo a realização de uma avaliação mais adequada. RESULTADOS OBTIDOS E DISCUSSÃO Durante a realização dos ensaios I a XI, a água bruta apresentou valores de turbidez entre 8,5 e 21,0 ut, cor verdadeira entre 19 e 74 uh, alcalinidade entre 6,7 e 10 mg CaCO3/L e ph entre 6,5 e 7,5. As dosagens de alumínio - DAl variaram entre 0,38 a 0,53 mgal/l (4,2 a 5,9 mg Al2(SO4)3 x 14,3 H20/L) e os valores de ph de coagulação resultaram entre 6,2 e 7,1. Os ensaios de laboratório realizados para a determinação das condições de coagulação do ensaio XII ensaio com pico de turbidez da ordem de 380 ut de curta duração na IPDF, resultaram em DAl de 0,69 a 2,29 mg Al/L (7,7 a 25,4 mg Al2(SO4)3 x 14,3 H20/L), dosagens de carbonato de sódio anidro (alcalinizante) - DCSpc entre 0 e 12 mg/l e valores de ph entre 5,64 a 6,59. Em diversos ensaios, foi observada a ocorrência de alguns fenômenos de instabilidade no Filtro Ascendente de Pedregulho - FAP em função do grau de colmatação do meio granular, da taxa de filtração empregada e da qualidade da água bruta, tais como

13 carreamento contínuo de flocos, desprendimento de flocos, formação de fissuras ao longo da última subcamada granular (Figura 8) e ruptura no plano transversal médio entre as duas últimas subcamadas. Em geral, foi observada a ocorrência de desprendimentos de flocos para todas as taxas de filtração empregadas, tendo sido constatado que quanto maior era a taxa de filtração, mais rapidamente iniciava-se a sua ocorrência e mais elevados resultavam os picos de turbidez decorrentes desses desprendimentos (Tabela 6). Vale ressaltar que foi constatado que a execução de DFIs reduziu significativamente a ocorrência desses fenômenos. "manta" em formação s/ fissuras (37 h de operação) "manta" formada c/ fissuras (63,7 h de operação) Figura 8: Topo da última subcamada do meio granular do FAP no ensaio V Tabela 6: Duração das carreiras de filtração nos Ensaios I a XI / Taxa de filtração no FAP e, perda de carga inicial no meio granular do FAP, dosagem de alumínio, duração da carreira e perda de carga no meio granular no FAP e no Ensaio Taxa filtração (m3/m2.d.) PC Inicial no FAP (cm) Picos * turbidez nofap (ut) DAl

14 (mg Al/L) Cond ições de Encerramento das Carreiras de Filtração FAP Filtro D (h) PCT (cm) Filtro D (h) PCT (cm) I ,9 1,1 a 2,6 0,533 46,9 210 FAP 83 60

15 II ,8-0, g 212,5 - - III 120 3,5-0,579 31,4 210,3 FAP 38 49,9

16 IV 120 8,6 2,0 a 7,2 0,533 23,5 210,2 25,2 a 210,1 V 5,6 1,7 a 6,7 0,381 42,3 208,3 21,4 b 209,9

17 VI 3,5 1,6 a 7,4 0,381 32, ,6 c 210 VII 120 7,6-0,533 d 11,3 212,1 - -

18 - VIII 7,4 40 0,533 16,7 210,6 FAP 22 e 43,4 IX 7,3-0,533 13,5 209,6 FAP 17,5

19 47 X (3DFIs) 2,9-0,381 47, ,7 211 FAP 56,4 60,6 XI (4DFIs) 5,5 1,3 a 2,3 0,381

20 FAP 43 f 46,5 PCT: perda de carga total; D: duração da carreira de filtração; (*): Valores dos picos de turbidez são associados aos desprendimentos de flocos no FAP; (a): Perda de carga no meio granular do filtro FAP = 46,7cm, após 48,7 h de operação; (b): Perda de carga no meio granular do filtro FAP = 50,2cm, após 63,7 h de operação; (c): Perda de carga no meio granular do filtro FAP = 45,4cm, após 51,3 h de operação; (d): Perda de carga no meio granular do filtro FAP = 24,1cm; (e): Com ocorrência de carreamento da "manta" e recuperação de carga hidráulica no tempo de operação = 16,5 h; (f): Encerramento da carreira do filtro FAP por transpasse decorrente de problemas no sistema de coagulação; (g): Com ocorrência de carreamento da "manta" e execução de DFI no tempo de operação = 40,7 h. Para as condições estudadas, as taxas de filtração empregadas no FAP de e m3/m2d mostraram ser adequadas à execução de DFIs porém, a ocorrência de carreamento contínuo de flocos antecedendo as DFs sugere que os números de DFIs executadas nos filtros ascendentes foram insuficientes. No entanto, comparando-se os resultados obtidos nos ensaios com e sem execução de DFIs, concluiu-se que no s ensaios com execução de DFIs foram obtidos efluentes de melhor qualidade, com redução significativa da ocorrência de desprendimento /carreamento de flocos no decorrer da carreira de filtração e durações de carreiras mais prolongadas. As somas das cargas hidráulicas parciais recuperadas com a execução de 3 e 4 DFIs nos ensaios X e XI do sistema FAP - resultaram em 56,9 cm e 70,4 cm respectivamente, valores que corresponderam em até 1,4 vezes o valor estabelecido para carga hidráulica disponível limite (50 cm) para essas taxas de filtração. A distribuição da perda de carga nas subcamadas do meio granular do FAP foi similar para os ensaios realizados, independentemente das taxas de filtração empregadas e da execução ou não de DFIs. As duas subcamadas inferiores do FAP (de maior granulometria) subcamadas 3 e 4, totalizando 60 cm de espessura, foram responsáveis por apenas 2,6 a 7,8 % da perda de carga total; a subcamada 2, com espessura de 30 cm, por 27,9 a 38,1 % e a subcamada 1 (de menor granulometria) com espessura de 30 cm, por cerca de 58,9 a 76,8 % da perda de carga total, conforme a Tabela 7 e Figuras 9 a 14. Esses dados sugerem que a granulometria do FAP, para as condições estudadas, pode ser modificada de forma que a perda de carga seja melhor distribuída entre as subcamadas. Uma opção a ser testada seria a de aumentar a granulometria e a espessura na porção superior subcamada 1 do FAP.

21 Com relação ao, observou-se que cerca de 70,5 a 92,5 % da perda de carga total foi associada à subcamada superior do meio filtrante (de menor granulometria) com apenas 10 cm de espessura (Tabela 7 e Figuras 9 a 14). Por outro lado, o foi capaz de absorver as variações de qualidade da água pré-filtrada devido às execuções das DFIs, lavagens e ocorrências de carreamento e de desprendimentos de flocos, tendo resultado em durações satisfatórias das carreiras de filtração, conforme a Tabela 5, especialmente nos ensaios com execução de DFIs. Figura 9: Variação da turbidez e distribuição da perda de carga nas camadas do meio granular em função do tempo de operação / Ensaio I: txfap=60 m3/m2.d e tx =100 m3/m2.d. s/ DFIs Figura 10: Variação da turbidez e distribuição da perda de carga nas camadas do meio granular em função do tempo de operação / Ensaio VI: txfap= m3/m2.d e tx = m3/m2.d. Figura 11: Variação da turbidez e distribuição da perda de carga nas camadas do meio granular em função do tempo de operação / Ensaio X: txfap= m3/m2.d e tx = m3/m2.d. c/ 3 DFIs Figura 12: Variação da turbidez e distribuição da perda de carga nas camadas do meio granular em função do tempo de operação / Ensaio IX: txfap= m3/m2.d e tx = m3/m2.d.

22 Figura 13: Variação da turbidez e distribuição da perda de carga nas camadas do meio granular em função do tempo de operação / Ensaio XI: txfap= m3/m2.d e tx = m3/m2.d. c/ 4 DFIs Figura 14: Variação da turbidez e distribuição da perda de carga nas camadas do meio granular em função do tempo de operação / Ensaio XII: txfap=120 m3/m2.d e tx = m3/m2.d. com pico de turbidez de 380 ut e 1 DFI Tabela 7: Valores resultantes de perda de carga por subcamada granular e respectivas porcentagens no FAP e no correspondente Composição Granulométrica ENSAIOS I VI IX X XI XII(*) CAMADAS no FAP Subcam.1 / 30cm 1,41 a 2,4 mm 37,4cm 62,3%

23 28,5cm 62,8% 31,8cm 67,7% 35,7cm 58,9% 37,7cm 76,8% 6,9cm 48,3% Subcam.2 / 30cm 3,2 a 6,4 mm 20,6cm 34,3 % 17,3cm 38,1% 14,3cm 30,4% 23,6cm 38,9% 13,7cm 27,9% 6,7cm

24 46,9% Subcam.3 / 30cm 9,6 a 15,9 mm 1,8 m 3,0 % 2,2cm 4,9% 1,8cm 3,8% 1,4cm 2,3% 0,9cm 1,83% 0,8cm 5,6% Subcam.4 / 30cm 19,0 a 25,4 mm 0,4cm 0,67 % 1,3cm 2,9% 0,5cm 1,1% 0,9cm

25 1,5% 0,4cm 0,81% 0,1cm 0,7% CAMADAS no Subcam. Superior 10 cm 194,3cm 92,5% 157,4cm 75% 151,9cm 72,5% 166,2cm 78,8% 148cm 70,5% 60,2cm 64,5% Subcam. Intermediária 20 cm

26 11,7cm 5,6% 27,3cm 13% 29cm 13,8% 24,3cm 11,5% 25,9cm 12,3% 15,4cm 16,5% Subcam. Inferior 40 cm 12,0cm 5,7% 29,7cm 14,1% 32,1cm 15,3% 29,9cm 14,2% 37,4cm 17,8%

27 19,1cm 20,5% (*): Ensaio encerrado sem atingir a perda de carga limite prevista CONCLUSÕES Baseado na grande variabilidade dos resultados dos exames e análises realizados, foi constatado que o desempenho do sistema FAP, com relação à qualidade dos efluentes produzidos e durações das carreiras de filtração obtidas, é fortemente influenciado pelos efeitos dos fenômenos observados no filtro FAP, uma vez que a ocorrência de carreamento contínuo e ou desprendimento de flocos no FAP foi acompanhada de crescente deterioração da qualidade dos efluentes produzidos; Em geral, foi observada a ocorrência de desprendimentos de flocos para todas as taxas de filtração empregadas, sendo variável o tempo de operação de início da ocorrência deste fenômeno, em função da taxa de filtração empregada, do grau de colmatação do FAP, da dosagem de coagulante empregada e qualidade da água bruta; Para as condições estudadas, as taxas de filtração empregadas no FAP de e m3/m2d mostraram ser adequadas com a execução de DFIs porém, em função da duração das carreiras de filtração, qualidade dos efluentes pré-filtrados e ocorrência de carreamento / desprendimento de flocos, o número de DFIs (3 e 4) mostraram-se insuficientes, sendo recomendável aumentar a frequência de DFIs. Comparando-se os resultados obtidos nos ensaios com e sem execução de DFIs no FAP, concluiu-se que foram obtidos efluentes com melhor qualidade, com redução significativa da ocorrência de desprendimento / carreamento de flocos no decorrer da carreira de filtração, durações de carreiras mais prolongadas. A distribuição da perda de carga resultante nas subcamadas do meio granular do FAP foi similar para os ensaios realizados, independentemente das taxas de filtração empregadas e da execução ou não de DFIs. Para as condições estudadas, a distribuição das perdas de carga nas subcamadas do meio granular do FAP resultou irregular; as subcamadas inferiores 3 e 4 foram responsáveis por apenas 2,6 a 7,8 % da perda de carga total, enquanto a subcamada superior 1, por cerca de 58,9 a 76,8 %, sendo recomendável a revisão da granulometria a ser utilizada no FAP, de forma que a perda de carga seja melhor distribuída entre as subcamadas.

28 No, cerca de 70,5 a 92,5 % da perda de carga total foi associada à camada superior (de menor granulometria) com apenas 10 cm de espessura, porém, considerando a função de polimento e barreira bacteriológica dessa unidade de filtração, concluiu-se que a granulometria utilizada foi adequada para este fim. No ensaio XII, a aplicação das condições de coagulação, obtidas nos ensaios de laboratório por coagulação em jarteste e de filtração direta em FLAs, produziu ótimos resultados, tendo, o FAP com taxa de filtração de 120 m3/m2.d., sido capaz de absorver o pico de turbidez de 380 ut, produzindo efluente pré-filtrado com valores de turbidez entre 0,3 e 5,7 ut; e o com taxa de filtração de m3/m2.d. produzido efluente final com valores consistentemente menores que 1 ut, e na maior parte do tempo menores que 0,1 ut; Em função dos resultados obtidos neste trabalho, verificou-se a necessidade de estudos adicionais com relação: à granulometria do pedregulho a ser utilizada no FAP, especialmente da última subcamada; ao método de limpeza e lavagem do FAP, variando-se a carga hidráulica, empregando-se ar para lavagem auxiliar, etc; à freqüência de DFIs; às condições diferenciadas de qualidade da água bruta, tais como cor e turbidez, presença de algas e compostos inorgânicos. AGRADECIMENTOS Os autores desejam expressar seus agradecimentos à FINEP pelo auxílio financeiro que possibilitou a construção da instalação piloto (PROSAB 3 TEMA 1), à FAPESP pela concessão da bolsa de Mestrado ao primeiro autor e ao SAAE de São Carlos por permitir a montagem da instalação piloto nas dependências da ETA2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AHSAN, T.; ALAERTS, G. J.; BUITEMAN, J. P. (1996). Direct horizontal-flow roughing filtration. Part I: optimization of process parameters. J Water SRT Aqua, v.45, n.5, p , / 1996/ AHSAN, T.; ALAERTS, G. J.; BUITEMAN, J. P. (1996). Direct horizontal-flow roughing filtration. Part II: performance, and operational guideline. J Water SRT Aqua, v.45, n.6, p , / 1996/

29 AMARAL, S. F. et.al. (2001). Filtração ascendente em pedregulho seguida de filtração descendente em areia (dupla filtração) aplicada ao tratamento de águas com presença de algas. / Apresentado ao 21º. Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, João Pessoa, 2001 / CEZAR, M.C.M.; CARVALHO, R.P.M.; BRANDÃO, C.C.S. (2000). Efeito da coagulação química na (pré) filtração em pedregulho de águas com presença de algas, e seu potencial como pré-tratamento para a filtração rápida descendente. / Apresentado ao 21º.Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental, Porto Alegre, 2000 / CRUZ VELEZ, C.H; GALVIS, G; VISSCHER, J.T; DI BERNARDO, L; ALAERTS, G (1998). Optimización de sistemas de potabilización com filtración rápida: La filtración gruesa dinámica y la clarificación con filtración gruesa ascendente, una alternativa factible. / Apresentado à Conferencia Internacional Agua Y Sostenibilida, Cali, 1998 / DI BERNARDO L.; KURODA E. K.; DE PAULA, D. (2002). Tratamento de águas com picos de turbidez utilizando a filtração direta ascendente em pedregulho e em areia grossa como pré-tratamento em sistemas de dupla filtração. XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Cancun, México, 27 a 31 de outubro de GUSMÃO, P. T. R. (2001), Utilização de Filtração direta ascendente como pré-tratamento para tratamento de água de abastecimento. São Carlos. 335 p. Tese de doutorado Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. KURODA E. K.; DE PAULA, D.; DI BERNARDO L. (2002). Uso de filtros de laboratório de areia para determinação das condições de coagulação na filtração direta ascendente. VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Vitória ES, setembro de KURODA E. K.; DI BERNARDO L. (2002). Tratamento de água de abastecimento utilizando filtro de pedregulho com escoamento ascendente como pré-tratamento à filtração rápida descendente. XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Cancun, México, 27 a 31 de outubro de KURODA, E. K. (2002) Avaliação da Filtração Direta Ascendente em Pedregulho como Pré-tratamento em Sistemas de Dupla Filtração São Carlos. 217 p. Dissertação (mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. MEGDA, C. R (1999). Filtração direta ascendente em pedregulho como pré-tratamento à filtração rápida descendente. São Carlos. 170 p. Dissertação (mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. WEGELIN, M.; INGALLINELLA, A. M; STECCA, L. M. (1996). Filtración gruesa ascendente en manto de grava Rehabilitación de la etapa previa a los filtros lentos de la planta potabilizadora de Tarata, Bolivia. / Apresentado à Conferencia Internacional Sobre Mejoramiento De La Calidad del Agua, Cali, 1996 /.