aula 07 - tecnicas de tratamento - parte 3 - 08.09

Tratamento de

Água e Efluentes

2º. Sem./2010

Eng.Ambiental

Programa

2

I UNIDADE

Introdução – Histórico – Panorama

Caracterização das Águas e Esgotos

Princípios Químicos, Físicos e Biológicos do TA

Interpretação de Análises e Elaboração de Laudos

Considerações Projetos e Técnicas de Tratamento

Tecnologia para Tratamento de Água

Parâmetros de controle de qualidade de Água

Legislação Aplicada e Padrões

Nesta Aula Veremos ...

Mini Seminário – Avaliação da eficiência do

Sulfato Férrico em diferentes temperaturas.

Processo de Filtração e Equipamentos para

Tratamento de Água

Estudo de Caso – Caetité Contaminação por

Urânio

4

Técnicas de Tratamento

Estudo de Caso

Mini Seminário – Avaliação da eficiência do

Sulfato Férrico em diferentes temperaturas

Técnicas de

Tratamento

Filtração

Produtos

Químicos

Reator de

mistura

Poço

Capitação

Aerador

Sedimentador

Floculador

Câmara desinfecção

Reservatório

Agua Tratada

Químicos controle

de pH e fluoretação Agente

oxidante

Lodo

Rio ou

lago

Filtro

areia

Esquema Convencional

7


Filtração - Sólidos

8


Filtração - Efeitos

Parâmetro Processos

Aeração Sedimen-

tação

Filtração

lenta

Coagula-

ção e

filtração

rápida

Correção

dureza e

filtração

rápida

Desinfec-

ção

Bactérias 0 ++ ++++ ++++ (7) +++ (9) ++++

Cor 0 0 ++ ++++ ++++ 0 (10)

Turbidez 0 +++ ++++ (6) ++++ +++++ 0

Odor/Sabor ++++ (1) + +++ ++ ++ ++++ (11)(12)

Dureza + 0 0 - - ++++ 0

Corrosão +++ (2)

- - - (3)

0 0 - - (8) variável 0

Fe e Mn +++ (4) + (5) ++++ (5) ++++ (5) ++ 0 (10)

+ Efeito favorável

- Efeito adverso

9


Filtração - Efeitos

Legenda (1)Exceção para os sabores devido a clorofenóis

(2)Pela remoção de CO2

(3)Com adição de oxigênio

(4)Aeração seguida de uma unidade separadora para deposição

(5)Após a aeração

(6)Sujam-se ou entopem muito depressa

(7)Um pouco irregularmente

(8)A coagulação com sulfato de alumínio libera CO2

(9)Tratamento com cal em excesso

(10) Pode remover Fe e ter efeito sobre a cor

(11) Supercloração seguida de descloração

(12) cloração normal

Adaptado: Richter, Carlos – Tratamento de Água – Tecnologia

Atualizada, Ed. Blücher Ltda

10


Maquetes Virtuais

http://www.finep.gov.br/prosab/produtos.htm#download

http://www.finep.gov.br/prosab/produtos.htm

11


Filtração – O que é ?

... “A filtração consiste na remoção de partículas

suspensas, partículas coloidais e de microrganismos

presentes na água. Isto ocorre através do seu

escoamento por um meio poroso, seja ele constituído

por areia, carvão antracito ou qualquer outro material

granular”.

Para o tratamento de água ... “Processo que tem

como função principal a remoção de partículas

responsáveis pela “cor” e “turbidez” cuja a presença

reduziria a eficácia da etapa de desinfecção na

inativação dos microrganismos patogênicos”

12


Filtração

Qual a importância no tratamento de água ?

“Além de auxiliar a etapa de desinfecção removendo

partículas, cabe a filtração, talvez a função mais

importante como etapa corretiva, proveniente de possíveis

falhas ocorridas na coagulação, floculação e

sedimentação (clarificação)”.

13


Filtração

A filtração é um processo ou uma operação

unitária ?

Filtração rápida – conjunção de mecanismos

que interferem nos fenômenos físico e químicos

(processo)

Filtração lenta – conjunção de mecanismos que

interferem nos fenômenos físicos e biológicos

(operação)

Com relação ao tipo de filtração

Com relação ao tratamento

Com relação ao sentido de escoamento

Com relação ao meio filtrante

Com relação ao seu controle hidráulico


Filtração - Classificação

Filtração em meio granular


Filtros lentos

Filtros rápidos

Filtros de camada

profunda




Filtração em membrana

Osmose reversa

Nanofiltração

Ultrafiltração

Microfiltração



17

Micro Filtração

0.1 a 10 micras

Bacterias, Solidos Finos

Ultra Filtração

0.005 a 0.05 micras

Organicos, Endotoxinas

Nano Filtração

0.0005 a 0.005 micras

Dureza, Ions Divalentes

Osmose Reversa

0.0001 a 0.001 micras

Sais, Ions Monovalentes

Água



Filtração convencional




captação coagulação floculação sedimentação

Filtração Desinfecção Água final

Filtração direta






Filtração em linha






Características da

água bruta

Filtração direta Filtração em linha

Turbidez (UNT) 50

(15)

25

(5)

Cor real (U.C) 50

(Cor aparente < 20)

25

(Cor aparente < 15)

Densidade algas

(UPA/ml)

1.000

(500)

500

(100)

Concepção da ETA em função da

qualidade da água bruta



Filtração descendente Filtração ascendente



Com relação ao sentido de escoamento

granada

Camada simples Dupla camada Tripla camada

Areia

ou Antracito

Areia

Antracito

Areia

Antracito



Com relação ao meio filtrante

24

Com relação ao controle hidráulico

Areia

Antracito

h - Altura do nível d’água acima do

meio filtrante h

• Taxa de filtração constante

• com variação de nível

• sem variação de nível

• Taxa declinante

Q

Af



filtraçãoA

Qq

25


Filtração

Taxa filtração (ou velocidade de aproximação)

• Taxa de Filtração

• Lenta 3 a 9 m3/m2.dia

• Rápida 100 a 1.000 m3/m2.dia

diam

mq .

2

3

Areia

Antracito

Q

Af

26

Filtr

ação

Pré-filtração (pedregulho)

Lenta

Ascendente

descendente

Rápida

Pressão

ascendente

descendente

Gravidade

ascendente

descendente 1.Precedida de floculação e decantação convencional 2.Simultânea com microfloculação e microdecantação


27


Filtração

Qual filtração escolher, rápida ou lenta ?

Vai depender de:

volume de água a ser tratada

qualidade da água bruta

28


Filtros Lentos

29

“Um filtro lento de areia é simplesmente um leito de areia

apoiado por outro leito de cascalho, contido em uma caixa, com

uma entrada para água bruta e uma saída para água tratada

(SOLONA,1995)”.

A filtração lenta: taxa de filtração duzentas vezes menor que

na filtração rápida.

A água pode demorar 2 ou mais horas da entrada à saída.

Durante a passagem pelo meio filtrante, a água muda

continuamente de direção, favorecendo o contato entre as

impurezas e os grãos do meio filtrante, com retenção de parte

delas, principalmente em até 40 cm de profundidade resultando

em várias ações distintas: transporte, aderência e atividade biológica.


Filtração Lenta

30


Filtração Lenta

A prova mais concreta da eficiência da filtração lenta em

remover microrganismos ocorreu em 1892, através da

experiência vivenciada por 2 comunidades vizinhas,

Hamburgo e Altona (Alemanha) que utilizavam águas do rio

Elba. Em Hamburgo o tratamento era por sedimentação

simples. Em Altona era por Filtração Lenta. Com a

contaminação do rio Elba houve uma epidemia de cólera

causando a morte de 7500 pessoas em Hamburgo, o mesmo

não aconteceu em Altona.

Epidemias subseqüentes em várias partes do mundo

confirmaram a importância da filtração antes do consumo da

água.

Algas presentes – Filtração Lenta (antes)

Algas presentes – Pós Filtração Lenta

33


Filtração Lenta

Como opera uma filtração lenta ?

fluxo descendente ou ascendente

Taxas de filtração variam entre 3 a 9 m3/m2.dia

Inconveniente taxas de filtração baixas (baixa

demanda)

Aplicáveis apenas p/ águas de pouca turbidez (<

50 UT)

Necessita de grandes áreas (terreno) e obras

civis

34

Camadas constituintes do filtro:

carvão antracito, areia e pedregulho

em diferentes granulometrias e fundo

falso em PVC


Filtros Lentos

35

dreno

Camadas

Cascalho

Meio Filtrante


Filtros Lentos

25 a 30 cm

85 a 140 cm

90 a 110 cm

25 a 35 cm

25 a 45 cm

H =

2,5

0 a

3,6

0 m

isento de matéria orgânica

peneiras > 0,15 e < 1,41 mm

de= 0,30 mm e d60= 0,75 mm

Meio Filtrante

livre

água

36

dreno

Cascalho

Meio Filtrante


Filtros Lentos - Resultados

H =

2,5

0 a

3,6

0 m

remoção turbidez – 100%

remoção cor (baixa) < 30%

remoção de ferro – até 60%

remoção sabor/odor – BOA

remoção bactérias – MUITO

BOA > 95%

37

Camada de Brita

Camada de areia

superfície de coesão ou Schmutzdecke

zona autótrofa

zona heterótrofa

Dreno


Filtros Lentos - Zonas

38


Filtração Lenta

Vantagens

facilidade e simplicidade operacional

baixo custo de manutenção

facilidade de controle

grande remoção de bactérias

Desvantagens

baixa velocidade de filtração

inviável para turbidez > 40 ppm

inviável para turbidez + cor > 50 ppm

grandes áreas de ocupação

39

Filtro lento (Capão Bonito-SP) ETA construída em 1992, ocupa

uma área de 66 m² com capacidade de tratar 1,5 L/s de água.


Filtração Lenta

40


Filtração Rápida

O que é uma filtração rápida ?

composto de areia lavada e peneirada em

camadas, o fundo com cascalho e em cima areia

fina. A água passa da areia fina para o cascalho e

é recolhida por drenos ou cripinas subterrâneas. A

lavagem é por reversão com água que é recolhida

nas calhas

41


Filtração Rápida

42

Rápida

Pressão

ascendente

descendente

Gravidade

ascendente

descendente


Filtração Rápida

43


Filtração Rápida

44


Filtração Rápida

Filtração de Fluxo Descendente

Pode ser de camada simples (areia) ou de

camada dupla (areia e antracito)

45

Filtração de Fluxo Descendente

A água percorre a camada filtrante de cima para

baixo, do material mais fino para o material mais

grosso.

Sua elevada eficiência na remoção de cor,

turbidez e microrganismos patogênicos

(coliformes, vírus, protozoários) deve-se

principalmente à uniformidade do leito, à forma

geométrica dos grãos e ao tamanho das

partículas.


Filtração Rápida

46

Cascalho

Meio Filtrante

1,8 a 2,3 m

0,40 a 0,70 m

0,45 m

H =

4,2

0 a

5,4

0 m

camada de areia


coef. uniformidade < 2,0

Meio Filtrante

entrada água

taxa 120 a 150 m3/m2.dia

perda carga final – 2,0 m

lavagem em intervalos de 20

a 40 min em contracorrente

Dados Operacionais


Filtração Rápida

47


Filtração Rápida

Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo)

Filtros de correntes ascendentes ou

clarificadores de contato

Funciona em sentido inverso (fluxo de baixo

para cima).

Indicados para águas de baixa turbidez e pouco

conteúdo mineral

São semelhantes aos FFD (fluxo invertido)

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Filtração Rápida


Dispensa a floculação e a decantação, sendo

aplicado um coagulante alguns minutos antes da

filtração.

O fluxo de água encontra um material mais

grosseiro nas camadas inferiores do meio filtrante

e material mais fino na parte superior.

A lavagem é feita com uma corrente de água no

mesmo sentido da filtração (sob pressão)

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Filtração Rápida


A disposição do meio filtrante em relação ao

sentido do escoamento da água, faz com que a

água mais impura encontre primeiramente o

material mais grosseiro (maior porosidade).

A medida em que a água vai se livrando das

impurezas, no seu movimento ascendente, ela vai

encontrando meios cada vez mais finos e de

menor porosidade

50


Filtração Rápida


Características da Águas

pouco poluídas

pouco contaminadas

baixa turbidez (< 50 UT)

baixo teor de sólidos em suspenção (até 150

mg/L)

sem variações repentinas de qualidade

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Filtração Rápida

Fluxo ascendente

Cascalho

Meio Filtrante

1,8 a 2,3 m

2,0 a 2,5 m

0,4 a 0,6 m

H =

4,2

0 a

5,4

0 m

camada de areia


coef. uniformidade < 2,0

Meio Filtrante

Saída água

taxa 120 a 150 m3/m2.dia

perda carga final – 2,0 m

lavagem de 6 a 8 min com

velocidade ascensional de

1.000 a 1.300 m3/m2.dia

Dados Operacionais

ETA SUBURBANA

A ETA Suburbana foi implantada em 1971 e ampliada em 1976, passando de 04

(quatro) para 08 (oito) filtros de fluxo ascendente (filtros russos).

Utiliza água proveniente do barramento Ipitanga II e pode tratar até ± 400 l/s. Este

sistema só opera nos períodos de maior demanda de água.

FONTE: EMBASA

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Filtração Rápida (FFA)

Vantagens

boa coagulação e floculação

elimina instalações de clarificação

reduz consumo de coagulante (até 30%)

períodos de funcionamento maior

Desvantagens

mistura da água de lavagem com água bruta

limitações em relação a qualidade da água

possibilidade de ocorrer a fluidificação do leito

primeiras águas após lavagem, comprometidas

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Dupla Filtração

Dupla Filtração ou Superfiltros

Nova geração de instalações de Trat. Água,

aplicável a pequenas comunidades, com

apreciáveis vantagens técnicas e econômicas

Alia as vantagens dos FFA (russos) com a

segurança dos filtros rápidos convencionais

(americanos)

Melhoria em relação ao sistema russo, devido a

redução do efeito de arraste da camada superior

(fluidização da areia) na água filtrada

55


Dupla Filtração

56


Vídeo

57

Materi

al

Altura

(m)

Diâme

tro

efetivo

(mm)

C.Unif. d60

(mm)

Massa

específi

ca

(kg/m3)

Porosida

de

Coef.

Esfericid

ade

Areia 0,3 0,5 1,5 0,75 2.750 0,45 0,80

Antrac

ito

0,5 1,0 1,5 1,5 1.600 0,55 0,55

Características dos Materiais


Meio Filtrante

58


Meio Filtrante

O que é carvão antracito ?

carvão vegetal extraído da queimas das árvores

carvão mineral extraído da terra, são de 4 tipos:

turfa – linhito – hulha – antracito

Em ordem de quantidade de carbono, o antracito é o

"melhor" carvão, pois tem maior porcentagem de carbono

e menos de impurezas.

tem capacidade de adsorção além da filtração, o que

proporciona benefícios tanto operacionais quanto para a

qualidade da água tratada

http://www.carboniferacriciuma.com.br/site/produtos/carbotrat_ap/

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Meio Filtrante

Granulometria

crivos de malhas (peneiras)

60

O que é Curva Granulométrica ?

A análise granulométrica obtém-se fazendo passar

uma certa quantidade de sedimentos desagregados

por um conjunto de crivos de malha cada vez menor e

pesando o material retido em cada crivo.

A curva granulométrica é a curva obtida a partir do

valor da percentagem acumulada do material que

passa ou fica nos diversos crivos é representado

depois num gráfico em escala milimétrica e os calibres

dos materiais em escala logarítmica.


Meio Filtrante

61

Granulometria da Areia Indicada para Filtração

Lenta (Curva Granulométrica)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010,1110

% p

assa a

cu

mu

lad

a

Abertura Malha (mm)


Meio Filtrante

d60 d10 dmenor grão dmaior grão

62

O que é Coeficiente de Uniformidade ?

Parâmetro que se obtém fazendo passar uma

determinada quantidade de sedimentos

desagregados por um jogo de crivos de malha

cada vez menor.

Corresponde à razão entre o calibre da malha

do crivo que deixa passar 60% ou reter 40% do

material e o calibre da malha do crivo que deixa

passar 10% ou reter 90% do material


Meio Filtrante

63

Qual o significado físico do Coeficiente de

Uniformidade ?

Esta relacionado com a penetração das impurezas ao

longo do meio filtrante.

Quanto menor for o coeficiente, mais uniforme será o

material granular, e portanto mais profunda será a

penetração de impurezas e mais longa será a duração

da carreira de filtração.


Meio Filtrante

64

O tamanho dos grãos

A escolha da granulometria do meio filtrante depende

da tecnologia a ser empregada e das variáveis como:

Taxa de filtração

Carga hidráulica disponível

Qualidade do afluente

Qualidade final desejável

Sistema de lavagem

Espessura da camada filtrante, etc


Meio Filtrante

65

Diâmetro médio efetivo

D10 – tamanho equivalente a 10% (em peso) do

material que passa

Caracteriza o menor diâmetro de partícula na

classificação;

Indica o tamanho mínimo da partícula que será

removida pela areia


Meio Filtrante

66


Meio Filtrante

67


Meio Filtrante

Forma e Geometria dos Grãos

Exercem grande influência na perda de carga do

meio filtrante limpo,

Quanto mais irregular a forma geométrica dos

grãos, melhor será o desempenho durante a

filtração

Grãos arredondados são mais eficientes durante

a lavagem, além de perda de carga final entre 20

a 30% inferior comparados aos grãos irregulares

68


Meio Filtrante

69

0H

impH

Tempo

Per

da

de

carg

a

Tempo

Tu

rbid

ez e

fluen

te

Etapa inicial

Etapa intermediária

Transpasse

impt HHH 0


Processo Filtração

ideal

Valor limite

70

Turbidez da água filtrada superior a um valor

pré-determinado (geralmente > 0,5 UNT)

Perda de carga igual ou superior a carga

hidráulica máxima disponível (geralmente de 2,0

a 3,0 m)

Campanha de filtração com duração > a 40 h


Filtração - Critérios

Nova Campanha (fim da carreira)

71

Novo filtro de água com capacidade para eliminar bactérias

A nova tecnologia, foi desenvolvida a partir de nanotecnologia e permite

formar um campo elétrico de 20 volts, que elimina os microrganismos. É

formado por fios de prata e tubos com medidas na casa da bilionésima

parte do metro. Em vez de reter as bactérias para limpar a água, como

fazem outros filtros, o novo modelo mata os micro-organismos. As

bactérias são mortas ao passar pelo campo elétrico existente na

superfície altamente condutora do filtro.

Fonte: www.ipjornal.com


Filtração - Tendências

http://www.ipjornal.com/

72


Estudo de Caso

Mini Seminário – ?????

Onde Estudar a Aula de Hoje

Nos Livros

• Azevedo Netto, José & Richter, Carlos –

Tratamento de Água – Tecnologia Atualizada – Ed.

Blücher ( Cap. 12 a 18)

• Libânio, Marcelo – Fundamentos de Qualidade e

Tratamento de Água – Ed. Átomo (Cap. 9 a 12)

Contato

74

aula 07 - tecnicas de tratamento - parte 3 - 08.09

Education