INFLUÊNCIA DA ALTURA DA COLUNA DE AREIA NO PROCESSO DE FILTRAÇÃO DIRETA

INFLUÊNCIA DA ALTURA DA COLUNA DE AREIA NO PROCESSO DE FILTRAÇÃO DIRETA Victor Hugo Modesto da Silva Lacerda (UEG), Welinton do Nascimento Costa (UEG), Maycon Myller Borges Carvalhedo (UEG), Orlene Silva da Costa (UEG) Introdução victorhugo.alquimia@gmail.com; welintoncosta_@live.com; mayconperninha@hotmail.com; orlene_costa@yahoo.com.br Dentre todos os processos de separação, talvez seja o mais conhecido e utilizado. Consiste basicamente na passagem de um material fluido que contenha algum tipo de impureza suspensa de natureza particulada e/ou coloidal por um meio filtrante que apresente um ou mais estágios e de composição variada (grãos de antracito, areia ou outro material granular), que retém este material por meio de forças superficiais, que resistem às forças de cisalhamento resultantes das características do escoamento ao longo do meio filtrante (adsorção) ou por retenção física. Contudo, esta retenção acontece satisfatoriamente até certo momento, que varia de acordo com as características do filtro e da taxa de filtração (vazão afluente dividida pela área do filtro em planta) do fluido, que é observando ao ocorrer um aumento nos valores de cor e turbidez ocasionado pelo desprendimento de impurezas previamente retidas (transpasse), bem como a redução na vazão do material filtrado, fazendo-se necessário um processo de manutenção removendo-se do filtro o material particulado retido, possibilitando a continuidade do processo. O processo de filtração pode ser classificado de acordo com o tipo de filtração (filtração em meio granular) como lento, rápido e de camada profunda; quanto ao processo de tratamento, sendo convencional ou ciclo completo (coagulação, floculação, sedimentação e filtração), filtração direta com pré-floculação (coagulação, préfloculação e filtração) e filtração direta (coagulação e filtração); quanto ao meio filtrante em camada simples, dupla camada e tripla camada; quanto ao controle hidráulico, com taxa de filtração constante com ou sem variação de nível, ou com taxa declinante, em ambos os casos sendo necessário o cálculo da taxa de filtração, que é dada pela Equação (1): 1

Onde: q = taxa de filtração Q = vazão A = área de filtração Entretanto, deve-se sempre se atentar as condições de rendimento e eficiência do filtro, para a realização de manutenções programadas. Sendo que os critérios para o encerramento da carreira de filtração são: turbidez da água filtrada superior a um valor pré-determinado; perda de carga igual ou superior a carga hidráulica máxima disponível; carreira de filtração com duração superior a 40 horas. Deve sempre observar o gráfico característico de turbidez x tempo de filtração, onde se observa o tempo de vida útil do filtro (etapa intermediária), otimizando assim o processo. A transformação da água bruta em água tratada dentro dos padrões que não apresentem riscos a saúde humana, é realizada por meio diferentes tecnologias de tratamento, sendo a tecnologia mais utilizada no país àquela classificada como convencional ou ciclo completo, como já descrito. Entretanto, nem sempre este tipo de tecnologia de tratamento se mostra tão eficiente para água bruta com turbidez menor do que 20 unidades, sendo recomendado a filtração direta para águas com valores abaixo de 20 ut. A Estação de Tratamento de Água para Abastecimento da cidade de Anápolis/GO que opera em ciclo completo está em fase de concepção de projeto de ampliação, onde esta prevista a inclusão da alternativa de operação com filtração direta nos momentos em que a turbidez da água bruta não ultrapassar 20 ut. Todavia, essa alternativa requer ensaios de tratabilidade da água de coagulação seguida de filtração em escala de laboratório. Neste sentido, propõe-se à realização de ensaios de coagulação em jar test da água do Ribeirão Piancó seguida de filtração direta em filtros de bancada com leitos de areia. Objetivo Verificar a influência da altura da coluna de areia e da presença de solução coagulante de sulfato de alumínio para a remoção de cor e turbidez em filtração direta em escala de bancada com turbidez de água bruta abaixo de 20uT. 2

Metodologia Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação Projetar e confeccionar os filtros de bancada; realizar os ensaios de tratabilidade de água, variando-se a quantidade de material filtrante (altura da coluna de areia); determinar as faixas de melhor remoção de cor e turbidez com o menor nível de material filtrante. Fundamentou-se o projeto dos filtros de areia, em nível de bancada, na metodologia descrita pela HIDROSAN (2010), sendo cada filtro constituido de um cano de PVC ¾ de 30 cm, recortado-se uma área de 5 x 20 cm e fixando-se uma placa de PET nas mesmas dimensões, com o intuito de se visualizar o nível de areia e o nível da água a ser filtrada. Montou-se os filtros na Estação de Tratamento de Água (ETA) da Saneago, Anápolis/GO. Para seleção da areia foi utilizada peneira da série Tyler, seguindo a NBR 6502 e foi selecionada para granulometria entre 0,297 e 0,420 mm. Posteriormente lavou-se a areia selecionada. A mistura água e areia foram agitadas continuamente com um bastão de vidro. Na parte inferior dos filtros colocou uma tela com um mesh adequado para a retenção da areia. Logo adicionou areia (até a altura desejada) e água destilada com cuidado para evitar a formação de bolsas de ar. Ajustou-se a fixação da mangueira captação de água filtrada num nível compatível com cada altura de areia (sendo semelhante aos pares), de modo que a mesma sempre ficasse submersa. Fixaou-se os filtros em suporte de ferro, inseriu-se uma mangueira com dispositivo regulador de vazão entre a saída de água flotada do jarro e a entrada do respectivo filtro, a fim de manter constante a vazão de abastecimento de acordo com cada nível de areia. Os ensaios de coagulação da água bruta do Ribeirão Piancó em jar test seguiram a metodologia prescrita por Di Bernardo et al. (2002). Estes ensaios de tratabilidade de água foram realizados no Laboratório de Controle em Processo da ETA de Anápolis, utilizando-se o equipamento jar test, modelo da Policontrol. Utilizou-se as seguintes soluções: 2 mg.l -1 de hidróxido de cálcio para alcalinização da água; 2 mg.l -1 de sulfato de alumínio para coagulação; 2 mg.l -1 de ácido clorídrico, caso haja necessidade de reduzir o ph da água bruta. Os ensaios de coagulação seguido de filtração foram acompanhados das medições de temperatura, ph, cor e turbidez da água antes e após o tratamento. As 3

análises de ph, cor e turbidez seguiram a metodologia e a utilização de padrões descritos no Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (AWWA, APHA, WPCI, 1998), empregando-se os seguintes equipamentos por análise de: ph (phmetro digital, Digimed, modelo DM 20); turbidez (Turbidímetro Portátil modelo 2100 da Hack); cor (Colorímetro Aquacolor da Policontrol) e espectrofotômetro (marca Biospectro, modelo SP-220). Resultados e discussão Notou-se uma pequena diferença de desempenho dos jarros que continham a solução coagulante de sulfato de alumínio, tendo uma melhora na remoção da cor e turbidez, comprovando a necessidade do coagulante, sendo este indispensável para o experimento. Ao aglomerar as impurezas em suspensão na água aumentando o diâmetro do material, o coagulante facilita a retenção das impurezas pelo filtro. Os jarros sem coagulantes apresentaram valores de turbidez de 7,15 (ut); 6,88 (ut) e 7,03 (ut) e valores de cor: 36,9 (uc); 36,3 (uc) e 36,6 (uc) respectivamente. Os jarros com coagulantes apresentaram valores de turbidez 1,94 (ut) e 1,32 (ut) e valores de cor 15,5 (uc) e 13,7 (uc) respectivamente. A diferença na altura da coluna de areia demonstrou uma variação no resultado, de modo que com um nível menor de areia obteve uma vazão maior, consequentemente menor será o tempo de contato do fluido, no caso a água, com o material filtrante o que implica numa filtração menos eficiente, que se comprova pelos resultados de turbidez e cor mais elevados. Comparando-se a vazão média dos jarros com o mesmo nível de areia 105,89 (ml/min sem coagulante) e 99,67 (ml/min com coagulante); 68,83 (ml/min sem coagulante) e 67,30 (ml/min com coagulante), nota-se a diferença na vazão em consequência do efeito do coagulante na filtração. Considerações finais Verificou-se que a água bruta do Ribeirão que recebeu tratamento de coagulação seguido de filtração apresentaram os melhores rendimentos na faixa de 0,2 ml de solução de ácido clorídrico (2 mg.l -1 ) e 0,5 ml de solução de sulfato de aluminío (2 mg.l -1 ), com uma vazão média 105,89 (ml/min), turbidez mínima de 0,85 (ut) e coloração mínima de 12,1 (uc). Porém com a elevada taxa de filtração e vazão, observou-se o comportamento do filtro por um período de apenas 10 minutos, de modo 4

que não se pode afirmar com certeza devido ao curto tempo observadoindicando que esta alternativa de tratamento para os meses de estiagem resultariam numa economia de processo. As amostras sem o coagulante tiveram valores de turbidez e cor muito acima dos demais, mostrando que o sulfato de alumínio até agora se mostrou indispensável para o processo, evidenciado nos resultados dos respectivos jarros. Os resultados obtidos foram próximos ao esperado, mesmo com as dificuldades encontradas em um experimento de bancada. Sugere-se a realização de outro ensaio utilizando-se o dobro e o triplo da altura da coluna de areia, reduzindo assim a vazão e possibilitando a análise do filtro por um tempo 3x maior, a fim de se obter um gráfico característico de cada filtro da taxa de filtração x o tempo para se observar a colmatação. Referências PROGRAMA DE PESQUISA EM SANEAMENTO BÁSICO PROSAB. Filtração direta aplicada a pequenas comunidades. São Carlos SP. ABES 2003. 491p. HIDROSAN ENGENHARIA. Projeto básico de reforma e ampliação da Estação de Tratamento de Água de Anápolis GO. São Carlos, 2010, 280p. DI BERNARDO, L.; DI BERNARDO, A.; CENTURIONE FILHO, P. L. Ensaios de tratabilidade de águas e dos rios gerados em estações de tratamento de água. Rima. São Carlos, 2002, 237p. APHA; AWWA & WPCF. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 19ª ed., Washington D.C. /USA, American Public Helth Association, 1998. BRASIL. Orientações sobre validação de métodos de ensaios químicos. Documento de caráter orientativo do Instituto Nacional de Metrologia Normatização e Qualidade Industrial (INMETRO). Revisão 2, junho de2007. BRASIL. Resolução nº 899, de 29 de maio de 2004. Guia para Validação de Métodos Analíticos e Bioanalíticos. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Brasília, 2004. 5