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NÁDIA CRISTINA PIRES BRINCK

AVALIAÇÃO DO TIPO DE MATERIAL FILTRANTE NO COMPORTAMENTO HIDRÁULICO DE FILTROS RÁPIDOS DE

CAMADA PROFUNDA NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

Tese apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Doutor em Engenharia

São Paulo 2009

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NÁDIA CRISTINA PIRES BRINCK

AVALIAÇÃO DO TIPO DE MATERIAL FILTRANTE NO COMPORTAMENTO HIDRÁULICO DE FILTROS RÁPIDOS DE

CAMADA PROFUNDA NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

Tese apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Doutor em Engenharia

Área de Concentração: Engenharia Hidráulica e Sanitária Orientador: Prof. Dr.Sidney Seckler Ferreira Filho

São Paulo 2009

3

AGRADECIMENTOS

Ao professor Sidney Seckler Ferreira Filho pela orientação e pelo constante apoio

transmitido durante todo o trabalho.

À minha família e aos amigos pelo afeto e compreensão.

À Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP) pelo

suporte técnico dado para a execução do estudo experimental e a todos que

colaboraram, direta ou indiretamente, na execução deste trabalho.

4

RESUMO Neste projeto de pesquisa avaliou-se a etapa de filtração no processo de tratamento

de água para abastecimento público. Para isto, foi utilizado um sistema de filtração

piloto composto por quatro filtros rápidos por gravidade de camada profunda. Os

filtros piloto foram alimentados com água decantada da Estação de Tratamento de

Água Rio Grande, e operados com taxa de filtração de 500 m3/m2/dia. A concepção

dos filtros variou em termos de material filtrante (areia e antracito), diâmetro dos

grãos e altura do leito. Os filtros foram avaliados em termos de turbidez, contagem

de partículas, evolução de perda de carga e velocidade ascensional de água de

lavagem. Na Etapa 1, operando-se filtros de areia e antracito com diferentes

diâmetros, o filtro de antracito com 1,3 mm de diâmetro e 120 cm de altura

apresentou melhor comportamento no tocante aos parâmetros avaliados. Na etapa

2, comparando-se filtros de areia e de antracito com mesmo diâmetro (1,3 mm) e

altura de leito (120 cm), mais uma vez o filtro de antracito foi superior. Acredita-se

que os índices físicos justifiquem esse comportamento. Na Etapa 3, conclui-se que o

aumento de altura de leito dos filtros de areia (1,3 mm) e antracito (1,3 mm) de 120

cm para 160 cm foi benéfico para ambos os materiais filtrantes em termos de

qualidade do efluente, mas muito mais significativo para o antracito, e não se

observou alteração de comportamento no tocante à evolução de perda de carga.

Com o ensaio de fluidificação e expansão do leito filtrante, conclui-se que,

considerando-se o mesmo tempo de duração da lavagem e a mesma expansão do

leito, o filtro de antracito possibilitou a utilização de menor velocidade ascensional de

água de lavagem, que representa grande economia com relação aos custos do

sistema de lavagem. Assim, em todos os aspectos estudados, o uso de antracito

(1,3 mm) como material filtrante para filtros rápidos por gravidade de camada

profunda se mostrou mais vantajoso.

Palavras-chave: Tratamento de águas de abastecimento. Filtração.

Areia. Antracito. Turbidez. Perda de carga.

5

ABSTRACT

This project researched the filtration stage in the water treatment process for public

use. The research used a pilot filtration system based on four rapid gravity depth bed

filters, with a filtration rate of 500m3/m2/dia. The water used in the experiment came

from sedimentation tank of the Rio Grande water treatment facility. During the

experimental phase the filters were loaded with different depth, used different filter

media (sand and anthracite) and used grain with different effective size. The filters

were evaluated in terms of turbidity, particle count, head loss and superficial velocity

of backwashing water. In the first part of the study, when analyzing the results of

filters loaded to a depth of 120 cm using both sand and anthracite with different size,

the anthracite filter with effective size of 1.3 mm was the one with the best results. In

the second part of the study, when comparing anthracite and sand with same the

effective size, the anthracite also presented better results. Finally when increasing

the depth of the filter, both sand and anthracite filters showed improved performance

in terms of effluent quality, but anthracite filters kept outperforming sand filters. In

both case, there were no evidences of changing in the head loss development. When

performing fluidization and expansion experiments, considering the same

backwashing cycle time and expansion of filter media, the anthracite filter allowed

lower superficial velocity which represents relevant economies in the washing system

costs. Therefore the use of anthracite (1.3mm) as a filter medium for rapid gravity

depth bed filters is recommended.

Key-words: Drinking water treatment. Filtration. Sand. Anthracite. Turbidity.

Head loss.

6

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 – Etapas do processo de filtração com taxa constante ............................ 28

Figura 3.2 – Representação esquemática do funcionamento de filtros ..................... 29

Figura 3.3 – Mecanismos de transporte, aderência e desprendimento durante a

filtração ...................................................................................................................... 30

Figura 3.4 – Mecanismos de transporte de partículas para a superfície de um coletor.

.................................................................................................................................. 31

Figura 3.5 - Relação de diâmetro entre uma partícula de diâmetro conhecido e o

diâmetro de seus interstícios. .................................................................................... 32

Figura 3.6 – Interação entre partícula-polímero-coletor ............................................ 37

Figura 3.7 – Curva granulométrica típica de um material filtrante. ............................ 40

Figura 3.8 – Evolução de perda de carga em um meio filtrante com o tempo .......... 44

Figura – 3.9 – Evolução da perda de carga em função da velocidade de água de

lavagem. .................................................................................................................... 49

Figura 4.1 – Vista aérea da ETA Rio Grande ............................................................ 71

Figura 4.2 – Vista geral da Estação Elevatória da ETA Rio Grande ......................... 71

Figura 4.3 – Estrutura de chegada da água bruta à ETA Rio Grande ....................... 73

Figura 4.4 – Vista geral da ETA e seu sistema de filtração a jusante dos

decantadores ............................................................................................................. 73

Figura 4.5 – Vista geral da instalação piloto .............................................................. 74

Figura 4.6 – Vista geral das bombas centrífugas empregadas no bombeamento da

água decantada até a caixa de nível constante ........................................................ 75

Figura 4.7 – Vista geral da caixa de nível constante ................................................. 75

Figura 4.8 – Vista geral da tubulação de alimentação de água decantada a cada um

dos filtros piloto ......................................................................................................... 77

Figura 4.9 – Vista geral de um dos rotâmetros empregados no controle da vazão

afluente a cada um dos filtros piloto instalado na linha de água decantada .............. 77

Figura 4.10 – Vista geral de um dos quadros de piezômetros instalados em um dos

filtros piloto ................................................................................................................ 78

Figura 4.11 – Vista geral do posicionamento dos piezômetros ao longo da altura do

material filtrante ......................................................................................................... 79

7

Figura 4.12 – Vista geral do fundo falso dos filtros piloto e respectivas tubulações de

introdução de água de lavagem e ar e coleta de água filtrada .................................. 80

Figura 4.13 – Vista geral do rotâmetro de controle de vazão de ar empregado

quando da lavagem dos materiais filtrantes com ar e água ...................................... 80

Figura 4.14 – Vista geral de uma camada suporte montada para um dos filtros piloto

.................................................................................................................................. 83

Figura 4.15 – Curva granulométrica da areia empregada na montagem do filtro piloto

F4 .............................................................................................................................. 85


F1 .............................................................................................................................. 85

Figura 4.17 – Curva granulométrica do antracito empregado na montagem do filtro

piloto F2 .................................................................................................................... 86

Figura 4.18 – Curva granulométrica do antracito empregado na montagem do filtro

piloto F3 e F1 ............................................................................................................ 86

Figura 4.19 – Curva granulométrica do antracito empregado na montagem dos filtros

piloto F1 e F3 ............................................................................................................ 89


F2 e F4 ...................................................................................................................... 89

Figura 5.1 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F2 e F3.

Carreira de Filtração 2 ............................................................................................... 96

Figura 5.2 – Qualidade da água filtrada dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de

Filtração 2.................................................................................................................. 96

Figura 5.3 – Evolução de perda de carga dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de

Filtração 2.................................................................................................................. 97

Figura 5.4 – Evolução temporal da perda de carga e penetração de impurezas para

o filtro piloto F2. Carreira de Filtração 2 .................................................................... 98


o filtro piloto F3. Carreira de Filtração 2 .................................................................... 99

Figura 5.6 – Evolução temporal do parâmetro β para o filtro piloto F2. Carreira de

Filtração 2................................................................................................................ 100


Filtração 2................................................................................................................ 101

Figura 5.8 – Evolução temporal do parâmetro ψ para o filtro piloto F2. Carreira de

Filtração 2................................................................................................................ 102

8


Filtração 2................................................................................................................ 102

Figura 5.10 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F2 a F4.

Carreira de Filtração 3 ............................................................................................. 103

Figura 5.11 – Qualidade da água filtrada dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de

Filtração 3................................................................................................................ 104

5.12 – Evolução de perda de carga dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de Filtração 3

................................................................................................................................ 104


Filtração 3................................................................................................................ 106


Filtração 3................................................................................................................ 106

Figura 5.15– Evolução temporal do parâmetro β para o filtro piloto F4. Carreira de

Filtração 3................................................................................................................ 107


Filtração 3................................................................................................................ 108


Filtração 3................................................................................................................ 108


Filtração 3................................................................................................................ 109




Filtração 5................................................................................................................ 110

Figura 5.21 – Evolução de perda de carga dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de

Filtração 5................................................................................................................ 111


Filtração 5................................................................................................................ 113


Filtração 5................................................................................................................ 113


Filtração 5................................................................................................................ 114


Filtração 5................................................................................................................ 115

9


Filtração 5................................................................................................................ 115


Filtração 5................................................................................................................ 116




Filtração 7................................................................................................................ 117


Filtração 7................................................................................................................ 118


Filtração 7................................................................................................................ 120


Filtração 7................................................................................................................ 120


Filtração 7................................................................................................................ 121


Filtração 7................................................................................................................ 121


Filtração 7................................................................................................................ 122


Filtração 7................................................................................................................ 122


Filtração 7................................................................................................................ 123


Filtração 7................................................................................................................ 123


Carreira de Filtração 10 ........................................................................................... 124


Filtração 10 .............................................................................................................. 125


Filtração 10 .............................................................................................................. 125


Filtração 10 .............................................................................................................. 126

10


Filtração 10 .............................................................................................................. 127


Filtração 10 .............................................................................................................. 127


Filtração 10 .............................................................................................................. 128


Filtração 10 .............................................................................................................. 129


Filtração 10 .............................................................................................................. 129


Filtração 10 .............................................................................................................. 130


Filtração 10 .............................................................................................................. 130






Filtração 14 .............................................................................................................. 132


Filtração 14 .............................................................................................................. 134


Filtração 14 .............................................................................................................. 134


Filtração 14 .............................................................................................................. 135


Filtração 14 .............................................................................................................. 135


Filtração 14 .............................................................................................................. 136


Filtração 14 .............................................................................................................. 136


Filtração 14 .............................................................................................................. 137

11


Filtração 14 .............................................................................................................. 137




Filtração 21 .............................................................................................................. 141


Filtração 21 .............................................................................................................. 142


o filtro piloto F1. Carreira de Filtração 21 ................................................................ 143








Filtração 21 .............................................................................................................. 146


Filtração 21 .............................................................................................................. 146


Filtração 21 .............................................................................................................. 147


Filtração 21 .............................................................................................................. 147


Filtração 21 .............................................................................................................. 148


Filtração 21 .............................................................................................................. 148


Filtração 21 .............................................................................................................. 149


Filtração 21 .............................................................................................................. 149



12


Filtração 29 .............................................................................................................. 151


Filtração 29 .............................................................................................................. 151


Filtração 29 .............................................................................................................. 153


Filtração 29 .............................................................................................................. 153


Filtração 29 .............................................................................................................. 154


Filtração 29 .............................................................................................................. 154


Filtração 29 .............................................................................................................. 155


Filtração 29 .............................................................................................................. 155


Filtração 29 .............................................................................................................. 156


Filtração 29 .............................................................................................................. 156




Filtração 34 .............................................................................................................. 158


Filtração 34 .............................................................................................................. 158


Filtração 34 .............................................................................................................. 159


Filtração 34 .............................................................................................................. 160


Filtração 34 .............................................................................................................. 160


Filtração 34 .............................................................................................................. 161

13


Filtração 34 .............................................................................................................. 162


Filtração 34 .............................................................................................................. 162


Filtração 34 .............................................................................................................. 163


Filtração 34 .............................................................................................................. 163




Filtração 39 .............................................................................................................. 165


Filtração 39 .............................................................................................................. 165


Filtração 39 .............................................................................................................. 167


Filtração 39 .............................................................................................................. 167


Filtração 39 .............................................................................................................. 168


Filtração 39 .............................................................................................................. 168


Filtração 39 .............................................................................................................. 169


Filtração 39 .............................................................................................................. 169


Filtração 39 .............................................................................................................. 170


Filtração 39 .............................................................................................................. 170

Figura 5.109 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F1 a

F4. Carreira de Filtração 45 ..................................................................................... 171


Filtração 45 .............................................................................................................. 172

14


Filtração 45 .............................................................................................................. 172


Filtração 45 .............................................................................................................. 173


Filtração 45 .............................................................................................................. 174


Filtração 45 .............................................................................................................. 174


Filtração 45 .............................................................................................................. 175


Filtração 45 .............................................................................................................. 175


Filtração 45 .............................................................................................................. 176


Filtração 45 .............................................................................................................. 176


Filtração 45 .............................................................................................................. 177




Filtração 57 .............................................................................................................. 178


Filtração 57 .............................................................................................................. 179


Filtração 57 .............................................................................................................. 180


Filtração 57 .............................................................................................................. 181


Filtração 57 .............................................................................................................. 181


Filtração 57 .............................................................................................................. 182


Filtração 57 .............................................................................................................. 183

15


Filtração 57 .............................................................................................................. 183


Filtração 57 .............................................................................................................. 184


Filtração 57 .............................................................................................................. 184

Figura 5.131 – Vista dos grãos de antracito empregados na montagem dos filtros F1

e F3 (aumento de 10 vezes).................................................................................... 189

Figura 5.132 – Vista dos grãos de areia empregados na montagem dos filtros F2 e

F4 (aumento de 10 vezes) ...................................................................................... 190




Filtração 64 .............................................................................................................. 192


Filtração 64 .............................................................................................................. 193


Filtração 64 .............................................................................................................. 193




Filtração 68 .............................................................................................................. 195


Filtração 68 .............................................................................................................. 196


Filtração 68 .............................................................................................................. 196




Filtração 71 .............................................................................................................. 198


Filtração 71 .............................................................................................................. 199


Filtração 71 .............................................................................................................. 199

16




Filtração 78 .............................................................................................................. 201


Filtração 78 .............................................................................................................. 202


Filtração 78 .............................................................................................................. 202

Figura 5.149 – Contagem de partículas para a água decantada e filtrada dos filtros

piloto F1 a F4. Carreira de Filtração 7 ..................................................................... 206


piloto F1 a F4. Carreira de Filtração 10 ................................................................... 206







Figura 5.154– Contagem de partículas para a água decantada e filtrada dos filtros














Figura 5.161 – Turbidez da água decantada em função dos seus valores de

contagem de partículas para a faixa de 2 μm a 20 μm ........................................... 212

17

Figura 5.162 – Contagem de partículas da água decantada em função da contagem

de partículas para a água filtrada (Filtro F1) para a faixa de 2 μm a 20 μm ............ 213




de partículas para a água filtrada (Filtro F3) para a faixa de 2 μm a 20 μm. ........... 214



Figura 5.166 – Qualidade da água decantada em função da contagem de partículas

para a água filtrada (Filtro F1) para a faixa de 2 μm a 20 μm ................................. 215







Figura 5.170 – Qualidade da água filtrada (Filtro F1) em função da contagem de

partículas para a água filtrada (Filtro F1) para a faixa de 2 μm a 20 μm ................. 218







Figura 5.174 – Perda de carga em função da velocidade ascensional de água de

lavagem para os filtros piloto F1, F2, F3 e F4 ......................................................... 220

Figura 5.175 – Expansão dos materiais filtrantes dos filtros piloto em função da

velocidade ascensional de água de lavagem .......................................................... 223

Figura 5.176 – Perda de carga em função da velocidade ascensional de água de

lavagem para os filtros piloto F1 e F2 ..................................................................... 225

Figura 5.177 – Expansão dos materiais filtrantes dos filtros piloto em função da

velocidade ascensional de água de lavagem .......................................................... 227

18

LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 – Propriedades típicas de materiais filtrantes utilizados na filtração de

águas de abastecimento ........................................................................................... 42

Tabela 3.2 – Definições de diâmetro virtuais de partícula ......................................... 47

Tabela 3.3 – Características do antracito brasileiro .................................................. 64

Tabela 3.4 - Granulometria típica de filtros para diferentes aplicações ..................... 65

Tabela 4.1 – Filtro Piloto F1. Características granulométricas dos materiais filtrantes

empregados na operação do sistema de filtração em escala piloto .......................... 81







Tabela 4.5 – Características granulométricas dos materiais filtrantes empregados na

montagem dos filtros piloto F1, F2, F3 e F4 .............................................................. 87

Tabela 4.6 – Filtro Piloto F1/F3. Características granulométricas dos materiais

filtrantes empregados na operação do sistema de filtração em escala piloto ........... 88

Tabela 4.7 – Filtro Piloto F2/F4. Características granulométricas dos materiais

filtrantes empregados na operação do sistema de filtração em escala piloto ........... 88





Tabela 4.10 – Quadro resumo dos ensaios de filtração realizados na condução dos

ensaios de tratabilidade. Etapa 1 .............................................................................. 94





Tabela 5.1 – Características granulométricas dos materiais filtrantes utilizados na

Etapa 1 ...................................................................................................................... 95

19

Tabela 5.2 – Quadro resumo de valores de turbidez média e desvio padrão para

ensaios de filtração da Etapa 1 ............................................................................... 139


Etapa 2 .................................................................................................................... 140




Etapa 3 .................................................................................................................... 191



Tabela 5.7 – Velocidades mínimas de fluidificação observadas e calculadas para os

filtros piloto F1, F2, F3 e F4. Etapa 1 ...................................................................... 222

Tabela 5.8 – Velocidades mínimas de fluidificação observadas e calculadas para os

filtros piloto F1 e F2. Etapa 2 e 3 ............................................................................. 226

20

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................23

2 OBJETIVOS ........................................................................................25

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...............................................................26

3.1 HISTÓRIA DA FILTRAÇÃO .......................................................................................... 26

3.2 TEORIA DA FILTRAÇÃO .............................................................................................. 27

3.2.1 Mecanismos de transporte ............................................................................ 30 3.2.1.1 Efeito de coar ................................................................................................ 31

3.2.1.2 Difusão .......................................................................................................... 32

3.2.1.3 Sedimentação ............................................................................................... 33

3.2.1.4 Interceptação ................................................................................................. 33

3.2.1.5 Ação hidrodinâmica ....................................................................................... 34

3.2.1.6 Inércia ............................................................................................................ 34

3.2.2 Mecanismos de aderência ............................................................................. 34 3.2.2.1 Atração eletrostática ...................................................................................... 35

3.2.2.2 Forças de van der Waals ............................................................................... 36

3.2.2.3 Hidratação ..................................................................................................... 36

3.2.2.4 Adsorção mútua ............................................................................................ 37

3.2.3 Mecanismos de soltura .................................................................................. 38 3.3 MATERIAIS FILTRANTES ............................................................................................ 38

3.3.1 Tamanho e distribuição do tamanho dos grãos .......................................... 39 3.3.2 Forma e geometria dos grãos ....................................................................... 40 3.3.3 Massa específica do grão .............................................................................. 41 3.3.4 Dureza do grão ............................................................................................... 42 3.3.5 Porosidade do leito fixo ................................................................................. 42 3.4 PERDA DE CARGA EM MEIOS FILTRANTES ......................................................... 44

3.5 LAVAGEM DE MEIOS FILTRANTES .......................................................................... 48

3.5.1 Velocidade Mínima de Fluidificação (VMF) .................................................. 49 3.5.2 Expansão do leito filtrante ............................................................................. 53 3.5.3 Métodos de lavagem ...................................................................................... 59 3.5.3.1 Lavagem exclusivamente com água ............................................................. 59

21

3.5.3.2 Lavagem com água e sistema de lavagem superficial como auxiliar ............ 60

3.5.3.3 Lavagem com ar unicamente seguido de água ............................................. 61

3.5.3.4 Lavagem com ar e água simultaneamente .................................................... 62

3.6 TIPOS DE FILTROS ....................................................................................................... 62

3.6.1 Classificação de acordo com tratamento ..................................................... 62 3.6.2 Classificação de acordo com o material filtrante ........................................ 63 3.6.3 Classificação com relação à taxa de filtração ............................................. 66 3.6.3.1 Filtros lentos .................................................................................................. 66

3.6.3.2 Filtros rápidos ................................................................................................ 67

3.6.4 Classificação de acordo com o sentido do escoamento ............................ 68 3.6.5 Classificação de acordo com o arranjo hidráulico ...................................... 69 3.6.6 Classificação de acordo com o mecanismo de ação .................................. 69

4 MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................70

4.1 APRESENTAÇÃO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA RIO GRANDE

.................................................................................................................................................. 70

4.2 DESCRIÇÃO DA INSTALAÇÃO PILOTO ................................................................... 74

4.3 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS EXPERIMENTAIS E MATERIAIS FILTRANTES

EMPREGADOS ..................................................................................................................... 81

4.3.1 Etapa 1 ............................................................................................................. 81 4.3.2 Etapa 2 ............................................................................................................. 87 4.3.3 Etapa 3 ............................................................................................................. 90 4.3.4 Roteiro de operação dos filtros piloto .......................................................... 91 4.3.5 Roteiro de lavagem dos filtros piloto ........................................................... 93

5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS ..................................................................................95

5.1 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS

RELATIVOS AOS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO – ETAPA 1 ............................................ 95


RELATIVOS AOS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO – ETAPA 2 .......................................... 140


RELATIVOS AOS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO – ETAPA 3 .......................................... 191


RELATIVOS À CONTAGEM DE PARTÍCULAS ............................................................. 205

22


RELATIVOS AOS ENSAIOS DE FLUIDIFICAÇÃO E EXPANSÃO ............................ 220

5.5.1 Apresentação e análise dos resultados experimentais relativos aos ensaios de fluidificação e expansão – Etapa 1 ................................................... 220 5.5.2 Apresentação e análise dos resultados experimentais relativos aos ensaios de fluidificação e expansão – Etapa 2 e 3 ............................................. 224

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ........................................... 228

REFERÊNCIAS .................................................................................... 232

ANEXO A – Resultados referentes aos ensaios de filtração e contagem de partículas da etapa 1 ................................................... 235

ANEXO B – Resultados referentes aos ensaios de filtração e contagem de partículas da etapa 2 ................................................... 266

ANEXO C – Resultados referentes aos ensaios de filtração e contagem de partículas da etapa 3 ................................................... 363

23

1 INTRODUÇÃO

Atualmente, mananciais para abastecimento público de grandes centros urbanos

vêm recebendo esgotos domésticos e efluentes industriais sem tratamento,

decorrente do crescimento populacional desordenado. Os nutrientes (nitrogênio e

fósforo) presentes em abundância nestes despejos tendem a causar

desenvolvimento excessivo de algas. Alguns gêneros de algas liberam toxinas

altamente solúveis que podem não ser retidas no tratamento convencional levando

um risco potencial ao consumidor.

O aumento na concentração de algas gera problemas no manancial e na estação de

tratamento. Segundo Di Bernardo (1995), podem ocorrer alterações diretas na

qualidade da água como o aumento de matéria orgânica e matéria dissolvida, o

aumento de pH e a diminuição do teor de oxigênio próximo ao sedimento. Isto leva a

efeitos no tratamento como o aumento de coagulante e alcalinizante para ajuste do

pH de coagulação, a formação de flocos leves necessitando do uso de polímeros

como auxiliar de coagulação para evitar a flotação dos mesmos, a diminuição da

eficiência de remoção de flocos por sedimentação gravitacional levando ao aumento

da turbidez e do número de partículas na água decantada, a obstrução do meio

filtrante, a redução da carreira de filtração e aumento do consumo de água para

lavagem, dentre outros.

O Reservatório do Rio Grande, utilizado para abastecimento público na Região

Metropolitana de São Paulo (RMSP), vem apresentando um aumento no grau de

eutrofização de seu corpo d’água e elevada concentração de algas, pelo fato de

receber uma grande carga de esgotos sanitários sem tratamento. Isto vem causando

dificuldades na operação da Estação de Tratamento de Água Rio Grande (ETA Rio

Grande) que é alimentada por este reservatório.

Atualmente, a ETA Rio Grande opera o seu sistema de filtração com duas diferentes

concepções: a ala “velha” que possui quatorze filtros de dupla camada areia-

antracito e a ala “nova” que apresenta quatro filtros de camada profunda de areia.

Com o aumento na concentração de algas na água bruta durante determinados

períodos do ano, exige-se uma maior aplicação de coagulante, aumento das

dosagens de agente oxidante, diminuição das carreiras de filtração e dificuldade

24

durante as suas operações de lavagem. E devido ao grande aumento na

concentração de algas na água bruta ao longo do tempo, o sistema de filtração

atualmente em operação na ala nova vem apresentando problemas de transpasse

de microrganismos, o que tem causado uma série de transtornos operacionais

durante a operação das suas carreiras de filtração.

Uma vez que está previsto a transformação dos filtros da ala velha, dupla camada

areia-antracito, para camada profunda de areia, fez-se necessário um estudo mais

pormenorizado do comportamento da concepção do sistema de filtração com

respeito à sua granulometria e taxas de filtração operacionais. Para tanto, foi

operado um conjunto de filtros piloto com diferentes concepções de filtros rápidos

por gravidade de camada profunda (granulometria, espessura e tipos de materiais

filtrantes) de modo que pudessem ser obtidos parâmetros de projeto a fim de

oferecer subsídios à reforma dos filtros atualmente existentes no Sistema Produtor

do Rio Grande.

É importante ressaltar que as propriedades de cada material filtrante podem afetar a

eficiência da filtração, a evolução da perda de carga através do meio, as taxas de

lavagem para o leito filtrante, e a durabilidade do material, em longo prazo, como

leito filtrante.

Assim, os estudos de filtração em escala piloto foram executados tendo por objetivo

avaliar o comportamento do sistema de filtração atualmente existente na ETA Rio

Grande com respeito à remoção de turbidez e partículas, evolução de perda de

carga, sistema de lavagem e demais parâmetros de controle, bem como estudar

diferentes concepções de filtros passíveis de serem implementados no Sistema

Produtor.

25

2 OBJETIVOS

.

Este projeto de pesquisa teve por objetivo estudar e avaliar a etapa de filtração no

processo de tratamento de água para abastecimento público através de um sistema

de filtração piloto composto por quatro filtros rápidos por gravidade de camada

profunda, com diferentes concepções (granulometria, espessura e tipos de materiais

filtrantes), instalados nas dependências da Estação de Tratamento de Água Rio

Grande, localizada no município de São Bernardo do Campo e operada pela

Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP), a fim de se

otimizar a eficiência do sistema de filtração com respeito à remoção de material

particulado e evolução da perda de carga, comparando-se os resultados entre as

concepções de filtros estudadas.

Mais especificamente, o propósito deste estudo experimental foi:

• Estudar e avaliar quatro diferentes concepções de filtros piloto, usando como

material filtrante areia e antracito, separadamente e em conjunto, com

diferentes granulometrias. Sendo que uma das concepções foi semelhante à

utilizada nos filtros da ETA Rio Grande;

• Estudar e avaliar a operação de dois filtros, um de areia e o outro de antracito,

em condições idênticas, ambos com a mesma granulometria, que foi definida

através dos resultados da 1ª etapa;

• Estudar a operação de quatro filtros de diferentes profundidades, dois de

areia e dois de antracito, a fim de avaliar a influência do aumento de leito

filtrante;

• Estudar e avaliar a fluidificação e expansão do leito dos filtros piloto a fim de

definir parâmetros de dimensionamento do sistema de lavagem em

contracorrente com ar e água, sendo avaliadas as vazões de água de

lavagem necessárias para atingir determinados valores de expansão nos

meios filtrantes, determinar a velocidade mínima de fluidificação para

simultânea lavagem com ar e água e obtenção das curvas de evolução da

perda de carga com diferentes velocidades ascensionais de água de lavagem.

26

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 HISTÓRIA DA FILTRAÇÃO

A filtração é conhecida pelo Homem desde os primórdios da humanidade. Acredita-

se que os homens das cavernas coletavam a água que pingava ou escorria de

rochas porosas ou dos interstícios entre rochas, por ser a mesma mais limpa.

No princípio, a filtração era utilizada com fins domésticos, onde se utilizavam pedras

porosas, esponjas marinhas, panos, lãs, etc.

Segundo Baker (1949 apud Montgomery 1985, p.153) o primeiro registro que se tem

do uso de filtros para tratamento de água ocorreu cerca de 3000 anos atrás, na

Índia.

Aplicações modernas de filtros para purificação de águas de abastecimento datam

do século XVIII.

A comercialização de água começou na França, por volta de 1856. Também nesta

época, surgiu uma polêmica a respeito da filtração. Alguns acreditavam que, na

filtração, as partículas maiores ficariam retidas nas camadas compostas por grãos

de areia de maior diâmetro, ou até mesmo nos cascalhos da camada suporte,

enquanto que as partículas menores seriam retidas na camada de areia de grãos

menores que estariam no topo do filtro. Portanto, o fluxo ascendente no processo de

filtração apresentaria melhores resultados. Mas, a experiência e a prática mostraram

que a filtração com fluxo descendente foi mais aceita.

Com o surgimento da bacteriologia, a filtração passou a ser mais valorizada e se

desenvolveu ao longo dos anos, através de unidades de filtração piloto instaladas

junto às estações de tratamento de água, ganhando mais atenção dos

pesquisadores.

27

3.2 TEORIA DA FILTRAÇÃO

A filtração de água para fins de abastecimento público é um processo de remoção

de material particulado já presente na água bruta ou gerado durante os processos

de tratamento. Neste processo a água passa através do leito filtrante, e os materiais

particulados são retidos na superfície do leito ou são coletados dentro de sua

profundidade. Os filtros têm sido efetivos na remoção de material particulado de

todos os tamanhos incluindo algas, compostos húmicos coloidais, vírus, fibras de

asbestos e particulados coloidais de argilas.

O material particulado na água causa aumento de turbidez. O nível de turbidez

selecionado para assegurar uma desinfecção adequada, raramente pode ser obtido

apenas pela etapa de coagulação e sedimentação. Assim, a filtração assume o

papel da barreira final do tratamento para remoção de partículas indesejáveis em

tratamento de água.

Até a década de 50, acreditava-se que os principais mecanismos de filtração eram

puramente físicos. Além das partículas do leito granular, as partículas que aderem

ao meio granular são também responsáveis pela filtração. Em 1964, O’Melia passou

a caracterizar o processo de filtração como uma combinação entre processos físicos

e químicos, onde a eficiência de remoção da partícula é determinada por várias

variáveis como o tipo de meio filtrante (tamanho, profundidade e material), a

composição química da água, a composição química da superfície das partículas e a

composição química da superfície do leito filtrante.

Segundo O’Melia et al. (1967), a filtração é composta por dois diferentes

mecanismos: um mecanismo de transporte, que envolve a passagem da partícula da

fase líquida até a superfície do meio filtrante, e um mecanismo de aderência, que

caracteriza as forças superficiais envolvidas entre as partículas e os grãos que

compõem o meio filtrante. Além destes mecanismos, Di Bernardo (2005) considera

também o desprendimento, que ocorre quando as forças de cisalhamento resultante

das características do escoamento ao longo do meio filtrante superam as forças de

aderência.

Segundo DI BERNARDO (2005), a carreira de filtração pode ser dividida em três

etapas (Figura 3.1):

1. etapa inicial, quando a água filtrada pode apresentar qualidade insatisfatória;

28

2. etapa intermediária, durante a qual há produção de água com qualidade

desejável;

3. etapa do traspasse, caracterizada pelo aumento contínuo da turbidez da água

filtrada.

Figura 3.1 – Etapas do processo de filtração com taxa constante Fonte: DI BERNARDO, 2005

Na etapa inicial da carreira de filtração, também chamada maturação, a produção de

água com qualidade insatisfatória tem sido creditada principalmente à lavagem.

Durante o processo de filtração, se a taxa de filtração permanecer constante, a

velocidade de escoamento nos poros (velocidade intersticial) aumenta em função

das partículas retidas, causando o arrastamento das partículas para subcamadas

inferiores do meio filtrante até aparecerem na água filtrada, ocasionando o

traspasse.

A situação ideal é aquela em que o início do traspasse e a perda de carga limite no

meio filtrante ocorrem simultaneamente (Figura 3.1).

Com a variação das características da água afluente aos filtros ou das condições de

operação da filtração, podem ocorrer duas situações que levem ao encerramento da

carreira de filtração (Figura 3.2): a turbidez da água filtrada é baixa, porém a perda

de carga total iguala-se à carga hidráulica disponível total (situação A), e quando a

evolução de perda de carga é baixa, porém ocorre o aumento contínuo da turbidez a

partir de certo tempo de operação do filtro (situação B).

29

Figura 3.2 – Representação esquemática do funcionamento de filtros Fonte: DI BERBARDO, 2005

É importante salientar que, por segurança, durante a carreira de filtração não pode

ocorrer o traspasse, ou em caso extremo, a carreira de filtração deve ser encerrada

com o início do mesmo. Quando ocorre o traspasse significa que o meio filtrante não

é mais capaz de reter impurezas ocasionando o aumento do número de organismos

na água filtrada. Este aumento de turbidez e número de organismos podem

comprometer a desinfecção.

A Figura 3.3 apresenta uma ilustração simplificada dos mecanismos de transporte,

de aderência e o desprendimento.

30

Figura 3.3 – Mecanismos de transporte, aderência e desprendimento durante a filtração Fonte: DI BERNARDO, 2005

Na Figura 3.3 pode-se observar que as partículas previamente removidas passam a

atuar como coletores adicionais.

3.2.1 Mecanismos de transporte

Os mecanismos de transporte são responsáveis por conduzir as partículas

suspensas para as proximidades das superfícies dos coletores (material granular

que compõe o leito filtrante), podendo permanecer aderidas a estes por meio de

forças superficiais, que resistem às forças de cisalhamento resultantes das

características do escoamento ao longo do meio filtrante. Quando tais forças

superam as forças de aderência tem-se o desprendimento.

Os mais importantes mecanismos de transporte são: efeito de coar, difusão,

sedimentação, interceptação, ação hidrodinâmica, e inércia (Figura 3.4).

31

Figura 3.4 – Mecanismos de transporte de partículas para a superfície de um coletor. Fonte: IVES, 1970

3.2.1.1 Efeito de coar

Esta operação consiste basicamente na retenção de partículas incapazes de passar

através dos interstícios dos grãos do material filtrante, ou seja, ocorre na camada

superior do meio filtrante, assim, é uma ação puramente física.

32

Figura 3.5 - Relação de diâmetro entre uma partícula de diâmetro conhecido e o diâmetro de seus interstícios.

Fonte: HUISMAN, 1974

Grãos esféricos de tamanho uniforme retêm-se partículas com diâmetros iguais a,

aproximadamente, um sétimo de diâmetro dos grãos de areia.

Quanto maior o diâmetro do grão do material filtrante, maior será o interstício entre

os grãos (Figura 3.5). Portanto, por apresentarem diâmetro de grãos menor, os filtros

lentos são capazes de reter as menores partículas que não são retidas em filtros

rápidos.

Assim, o efeito de coar é considerado desprezível em filtros rápidos e mais eficientes

para a filtração lenta que usa diâmetros efetivos muito menores.

3.2.1.2 Difusão

O movimento browniano, devido à energia térmica das moléculas de água, provoca

uma movimentação aleatória das partículas suspensas, à medida que essas se

deslocam nas linhas de fluxo, através do meio filtrante (Figura 3.4b).

Partículas com diâmetros superiores a 1μ que são, face ao seu tamanho,

influenciadas pelos seus mecanismos de transporte gravitacionais, não são

significativamente removidas devido ao movimento browniano, uma vez que a

agitação térmica das moléculas de água não consegue agitá-las a distâncias

superiores a um ou dois de seus diâmetros. Por outro lado, nas partículas com

diâmetros menores do que 1μ, o efeito da difusão browniana é significativo, a ponto

33

de fazer com que elas abandonem as linhas de corrente, sendo transportadas para a

superfície dos grãos de areia.

3.2.1.3 Sedimentação

A velocidade de sedimentação das partículas influencia o mecanismo de

sedimentação. As partículas de grande diâmetro e elevada densidade revelam

grande tendência de abandonar as linhas de fluxo e sedimentar sobre a superfície

dos grãos de areia voltados para a parte de cima dos leitos filtrantes (Figura 3.4d).

O mecanismo de sedimentação do leito filtrante aumenta proporcionalmente a razão

entre a velocidade de sedimentação das partículas e a taxa de filtração ou

velocidade de aproximação. Para uma mesma distribuição de partículas em

suspensão, os filtros lentos de areia proporcionariam, portanto, uma maior retenção

da material suspenso devido ao mecanismo de sedimentação, uma vez que operam

com taxas de filtração muito pequenas.

3.2.1.4 Interceptação

Neste mecanismo, as partículas carreadas nas linhas de fluxo que se aproximam

dos grãos de areia a distâncias menores do que o raio das próprias partículas são

interceptadas por esses grãos (Figura 3.4a). Esse efeito é tanto mais significativo

quanto maior for a relação entre o diâmetro das partículas que são removidas e o

diâmetro dos grãos. Portanto, deve ser mais significativo nos filtros lentos de areia

do que nos rápidos.

34

3.2.1.5 Ação hidrodinâmica

A ação hidrodinâmica provoca nas partículas de impureza um efeito similar

provocado pelo movimento browniano, porém devido a causas completamente

diferentes. Pelo fato de haver, nos poros do meio filtrante, um gradiente de

velocidade, as partículas adquirem uma rotação em torno de si próprias. Esse efeito,

conjugado com o desequilíbrio motivado pela não esfericidade da maioria das

partículas em suspensão, faz com que as mesmas adquiram uma espécie de

vibração aleatória, o que pode provocar a sua colisão com a superfície dos grãos de

areia (Figura 3.4e).

3.2.1.6 Inércia

As partículas com densidade elevada tendem, devido à sua inércia, a manter a

direção de escoamento, abandonando as linhas de fluxo à medida que essas se

desviam dos grãos de areia (Figura 3.4c). Esse desvio provoca a retenção dessas

partículas nos grãos do meio filtrante. A retenção por inércia é diretamente

proporcional à densidade e ao diâmetro das partículas e taxa de filtração, e

inversamente proporcional à densidade da água e ao diâmetro dos grãos. A inércia

mostra-se um mecanismo bastante importante na filtração do ar, devido à sua baixa

viscosidade, porém pouco significativo na filtração de água.

3.2.2 Mecanismos de aderência

As partículas tanto podem aderir diretamente às superfícies dos grãos como às

partículas previamente retidas.

35

O fato de as partículas suspensas através dos mecanismos de transporte serem

carreadas para a superfície dos grãos de areia não significa que estas

permanecerão aderidas a essas superfícies. Se não houver uma “afinidade” físico-

química entre as superfícies dos grãos de areia e das partículas, e se determinadas

condições não forem satisfeitas, as partículas poderão retornar às linhas de corrente

e serem carreadas leito abaixo, onde terão novamente a possibilidade de serem

retidas ou atravessarão a camada filtrante, saindo com o efluente do filtro. Os

principais mecanismos de aderência que permitem essa permanência da partícula

junto aos grãos de areia são: atração eletrostática, forças de wan der Waals,

reações de hidratação, adsorção mútua e “mecanismos” de soltura.

3.2.2.1 Atração eletrostática

A interação elétrica da dupla camada entre duas partículas em meio líquido pode

provocar uma atração ou repulsão entre elas, dependendo das mesmas terem

potencial eletrocinético (potencial zeta ou mobilidade eletroforética) com sinais iguais

ou diferentes.

Devido à natureza de sua estrutura cristalina, o quartzo, de que se constitui a

maioria dos grãos utilizados nos meios filtrantes, possui carga elétrica negativa,

desenvolvendo, portanto, em meio líquido, um potencial zeta do mesmo sinal.

Poderá, então, atrair partículas carregadas positivamente, como cristais de

carbonato, flocos de hidróxido de ferro ou alumínio, e cátions de ferro, manganês,

alumínio e outros metais. Entretanto, as partículas coloidais (como, por exemplo, as

argilas que dão normalmente turbidez às nossas águas superficiais) e as bactérias

possuem carga elétrica negativa sendo normalmente repelidas quando, através dos

mecanismos de transporte, aproximam-se dos grãos de areia dos leitos filtrantes.

Esta é uma razão pelas quais tais impurezas não são removidas quando um filtro

com areia limpa é colocado em serviço.

Durante o processo de amadurecimento as partículas com carga negativa podem

acumular-se nos grãos de areia. Isto provoca uma reversão de carga, que torna esse

mesmo grão (cuja carga anterior era negativa) com as partículas aderidas, positivo.

36

Nessas condições, o grão de areia passa a ter um potencial eletrocinético positivo,

podendo, então, remover as partículas carregadas negativamente, como por

exemplo, material coloidal de origem animal ou vegetal, e radicais do tipo dos

nitratos e fosfatos. Essa reversão de carga pode acontecer continuamente até que a

camada filtrante superior se sature e necessite ser removida.

3.2.2.2 Forças de van der Waals

As forças de van der Waals são forças atrativas entre átomos e moléculas e

contribuem para a interação das partículas suspensas com os grãos de areia nos

meios filtrantes. Entretanto, sua atuação é muito limitada porque têm significado

apenas quando a distância entre as partículas e os grãos de areia é inferior a 0,05μ.

A ação combinada da dupla camada e das forças de van der Waals é geralmente

estudada em conjunto, estabelecendo-se uma resultante entre as duas ações para

determinar a magnitude das forças resultantes.

Embora não se possa alterar as forças de van der Waals, é possível atuar sobre o

potencial zeta das partículas, de modo a promover a aderência aos grãos de areia.

Seria interessante, por exemplo, estudar a aplicação de polieletrólitos catiônicos

durante a fase inicial de um filtro lento, a fim de provocar a reversão de carga das

partículas de areia, permitindo, desde o início da operação, a remoção de partículas

coloidais e bactérias, as quais são carregadas negativamente.

3.2.2.3 Hidratação

Neste mecanismo, a aderência pode ocorrer através formação de uma ponte de

hidrogênio entre a superfície das partículas e os grãos de areia, pois ambas

possuem moléculas de água adsorvidas em suas superfícies. Trata-se, entretanto,

37

de uma ligação relativamente fraca, podendo ser rompida por energia térmica das

moléculas de água.

3.2.2.4 Adsorção mútua

Este mecanismo envolve a formação de cadeias e pontes entre polímeros que

estejam adsorvidos na superfície da partícula e na superfície do coletor.

Como no mecanismo de filtração a interação ocorre entre a partícula e a superfície

de cada grão que compõe o meio filtrante, a ação de um polímero pode ocorrer entre

a parte remanescente da cadeia polimérica ligada à partícula e a superfície do

coletor, como pode ocorrer também entre a parte da cadeia polimérica adsorvida na

superfície do coletor e a partícula (Figura 3.6).

Figura 3.6 – Interação entre partícula-polímero-coletor Fonte: CEPIS, 1981

38

3.2.3 Mecanismos de soltura

As partículas aderidas aos grãos de areia em um leito filtrante, através dos

mecanismos descritos anteriormente, constituem-se em uma estrutura bastante

sólida. Atualmente, os diversos autores divergem sobre a possibilidade de romper

essa estrutura e transferir novamente as partículas aderidas para as linhas de

corrente, quando o filtro é operado à taxa de filtração constante. Entretanto, alguns

deles notaram a ocorrência de soltura das partículas aderidas com a conseqüente

deterioração da qualidade da água filtrada, quando ocorrem variações bruscas na

taxa de filtração. Esse efeito é bastante significativo nos filtros lentos de areia, o que

leva a considerações importantes no projeto e operação dessas unidades de

tratamento, visando à manutenção de taxas de filtração constantes. Segundo

Montgomery (1985), assim que o material particulado é retido nos poros do meio

filtrante, forças de cisalhamento hidrodinâmicas tendem a aumentar devido ao

aumento da velocidade dentro do poro. Se a força de cisalhamento aumentada

excede a força química da superfície que segura as partículas à superfície, sólidos

retidos podem ser desprendidos e rearrastados na água.

3.3 MATERIAIS FILTRANTES

Os tipos comuns de materiais usados em filtros de leito granular são areia, carvão

antracito, e garnet ou ilmenita. Estes podem ser usados sozinhos ou em

combinações de dupla ou tripla camada.

As propriedades do material filtrante são importantes, pois afetam a eficiência de

filtração. Estas propriedades incluem: tamanho, formato, densidade e dureza. A

porosidade do leito granular formado pelos grãos também merece atenção. Deve-se

ressaltar também que, para qualquer material filtrante, a solubilidade em ácido

clorídrico deve ser a menor possível, no caso do antracito, menor ou igual a 1%. O

teste da solubilidade determina as impurezas e os compostos solúveis em ácido

39

presentes no material filtrante, os quais podem ser lixiviados para a água,

prejudicando com isso a qualidade final da água tratada.

3.3.1 Tamanho e distribuição do tamanho dos grãos

O tamanho e a distribuição do tamanho dos grãos são determinados a partir da

curva de distribuição granulométrica (Figura 3.7) obtida através de ensaios de

distribuição granulométrica do material granular, utilizando-se peneiras

padronizadas. Através dos resultados destes ensaios, pode-se também determinar o

coeficiente de uniformidade (CU), que é muito importante na filtração. Mesmo que os

demais parâmetros sejam iguais, a penetração de impurezas ao longo do material

filtrante está intimamente relacionada a este coeficiente. Quanto menor o valor de

CU, mais uniforme será o material, mais profunda será a retenção de impurezas e

maior será a carreira de filtração.

40

Figura 3.7 – Curva granulométrica típica de um material filtrante. Fonte: DI BERNARDO, 1991

A escolha da granulometria de um meio filtrante depende de diversas variáveis, tais

como taxa de filtração, carga hidráulica disponível, qualidade do afluente, qualidade

desejável do efluente, sistema de lavagem e espessura da camada filtrante. Assim,

estudos em instalação piloto contribuiriam para a definição da granulometria. Como

estes se tornam inviáveis por serem muito onerosos e consumirem muito tempo, na

prática, a escolha é baseada em estudos anteriores e experiências prévias em

outras estações.

3.3.2 Forma e geometria dos grãos

A forma e a geometria dos grãos exercem grande influência na perda de carga no

meio filtrante limpo, na velocidade mínima de fluidificação e no comportamento da

expansão durante a lavagem. São também importantes na eficiência dos

mecanismos de transporte de partículas da fase líquida para a sua superfície, uma

vez que quando mais for a sua irregularidade geométrica, maiores as deformações

41

das linhas de corrente, o que pode acarretar um aumento na probabilidade de

captura de uma partícula qualquer.

Segundo Kawamura (1999), o formato do grão do leito filtrante pode afetar a

filtração. Grãos de formato angular têm melhor desempenho que grãos de formato

arredondado quando não é utilizado polímero como auxiliar de filtração, devido à

maior proporção de porosidade e possivelmente a disponibilidade de mais locais de

adsorção sobre cada grão angular. Quanto mais irregular for a forma geométrica dos

grãos, melhor o desempenho durante a filtração.

No caso do carvão antracito, por exemplo, a forma geométrica angular e irregular de

suas partículas e o seu baixo peso específico tornam o leito filtrante praticamente

imune ao efeito de compactação, resultando em um melhor desempenho durante a

filtração.

3.3.3 Massa específica do grão

É definida como sendo a massa de material dividida pelo seu volume. É um

parâmetro muito importante para o cálculo de perda de carga, fluidificação e

expansão do meio filtrante.

Partículas com diâmetros iguais, mas com diferentes valores de massa específica,

requerem diferentes velocidades ascensionais de água para a sua fluidificação, e

esta propriedade é muito importante quando da definição dos materiais que,

porventura, irão constituir meios filtrantes bifásicos ou trifásicos.

A obtenção da massa específica de certo material filtrante é rápida e sua técnica é

bem conhecida. A técnica do picnômetro, largamente utilizada dentro da Mecânica

dos Solos, mostra-se a mais adequada devido a sua simplicidade de execução.

42

3.3.4 Dureza do grão

A dureza dos grãos do material filtrante é importante para a durabilidade dos grãos

e, conseqüentemente, para a vida útil do leito filtrante.

Durante o processo de lavagem, com a fluidificação e expansão do meio filtrante,

caso o material não possua uma resistência mínima à abrasão, ele tenderá a se

desintegrar em grãos menores e com isto a sua curva granulométrica será alterada,

o que pode comprometer o processo de filtração.

Sistemas que possuem lavagem com ar como auxiliar são os que mais podem

causar abrasão entre os grãos do meio filtrante, de forma a possibilitar a sua ruptura.

O carvão antracito e o carvão ativo granular são os únicos materiais usados como

leito filtrante que merecem atenção devido às suas baixas durezas.

3.3.5 Porosidade do leito fixo

É definida com a relação entre o volume de vazios e o volume total do meio filtrante.

É um parâmetro, importante, pois afeta a velocidade da água de lavagem, a perda

de carga, e a capacidade de reter sólidos no meio. A porosidade do leito fixo é

afetada pela esfericidade do grão.

A Tabela 3.1 a seguir apresenta os valores característicos de massa específica,

porosidade e coeficiente de esfericidade para os materiais mais utilizados como

meios filtrantes.

Tabela 3.1 – Propriedades típicas de materiais filtrantes utilizados na filtração de águas de abastecimento Areia Antracito CAG Garnet Massa específica (kg/m3) 2650 1450 – 1730 1300 – 1500 3600 – 4200Porosidade 0,42 – 0,47 0,56 – 0,60 0,50 0,45 – 0,55 CU 0,7 – 0,8 0,46 – 0,60 0,75 0,60 Fonte: AWWA, 1991.

43

Ao se considerar o uso de leitos filtrantes, dois tipos básicos de informação são

utilizados para selecionar a profundidade e o diâmetro adequados dos mesmos

(KAWAMURA, 1999):

1. Resultados obtidos de estudos de filtros piloto. Estes estudos devem ser

realizados durante, no mínimo, seis meses para se obter dados confiáveis. O

longo período de duração dos ensaios mais o seu custo podem torná-lo

inviável.

2. Relação L/d. A relação L/d, onde L é a profundidade do leito em mm e d é o

diâmetro efetivo dos grãos do leito filtrante em mm, é baseada em mais de

200 estudos piloto e em dados de desempenho de muitos filtros operacionais,

e sugere alguns valores típicos:

• L/d ≥ 1000 para leitos de areia fina em filtros de camada única e dupla;

• L/d ≥ 1250 para leitos de tripla camada (antracito, areia, garnet);

• L/d ≥ 1250 para leitos profundos de camada única (1,0 mm < d < 1,5

mm);

• L/d = 1250 – 1500 para leitos grosseiros profundos de camada única

(1,5 mm < d < 2,0 mm).

Segundo AWWA (1999), este é um conceito simples para um processo complexo,

mas que auxilia na seleção de leitos filtrantes para avaliações em escala piloto.

44

3.4 PERDA DE CARGA EM MEIOS FILTRANTES

Em uma carreira de filtração, num certo instante de tempo, a perda de carga no meio

filtrante é composta de dois termos (Figura 3.8):

Figura 3.8 – Evolução de perda de carga em um meio filtrante com o tempo

ΔH = ΔHo + ΔHIMP (1)

Onde: ΔH = perda de carga total nomeio filtrante (L), ΔHo = perda de carga no meio filtrante limpo (L), ΔHIMP = perda de carga no meio filtrante devido à retenção de impurezas (L).

Na literatura, são apresentadas diversas formulações matemáticas para o cálculo da

perda de carga em um meio filtrante limpo. Uma das equações mais empregadas é a

fórmula de Carman-Koseny, que foi deduzida supondo que o escoamento em meios

porosos pode ser tratado de forma análoga ao escoamento de um fluído em um

trecho de tubulação:

45

30

2200

....)1.(.

ερεμg

VSKLH v ∞−

=Δ

(2)

Onde: ∆H: perda de carga na profundidade do leito (L) g: aceleração da gravidade (LT-2) ε0: porosidade do meio granular Sv: superfície específica do meio filtrante (L2L-3) = 6/d para esferas e 6/ψdeq

para grãos irregulares deq: diâmetro da esfera de mesmo volume (L) V∞: velocidade superficial acima do leito (LT-1) μ: viscosidade absoluta do fluido (ML-1T-1) ρ: massa específica do fluido (ML-3) K0: constante dimensional de Kozeny

O valor de Ko é sugerido como sendo aproximadamente igual a 5.

No entanto, a equação (49) é válida apenas para regime laminar. Segundo CAMP

(1964), a sua aplicabilidade é restrita para escoamentos com número de Reynolds

menores do que 6.

Para escoamentos no regime de transição, a equação proposta por ERGUN (1952) é

mais recomendada:

30

20

30

220

..).1.(48,0

....)1.(.17,4

εε

ερεμ

gVS

gVS

LH vv ∞∞ −

+−

=Δ (3)

Note que o primeiro termo da equação de Ergun é a perda de energia viscosa que é

proporcional a V∞, e o segundo termo é a perda de energia cinética que é

proporcional a V∞2.

46

Comparando o primeiro termo da fórmula de Ergun com a fórmula de Carman-

Koseny nota-se que ambos são idênticos, exceto com relação à constante de

multiplicação.

No segundo termo da equação, torna-se dominante a velocidade de escoamento,

pois é uma função quadrada de V.

O segundo termo da fórmula de Ergun foi introduzido para permitir o cômputo da

perda de carga turbulenta no meio filtrante. Para baixos valores de velocidade

superficial, o segundo termo é desprezível. Com o aumento da velocidade superficial

a perda de carga turbulenta aumenta, podendo em alguns casos, ser maior do que a

perda de carga laminar.

A vantagem da utilização de fórmula de Ergun é que nos regimes próximos do

turbulento como, por exemplo, no estado de fluidificação do meio filtrante, esta

produz melhores resultados, pois a perda de carga turbulenta passa a ser

significativa.

As equações (2) e (3) foram apresentadas para o cálculo da perda de carga em

meios filtrantes uniformes. No entanto, para meios filtrantes estratificados, que é o

caso mais comum na prática, é necessário dividir o meio filtrante em segmentos e

efetuar o cálculo da perda de carga:

∑ = Δ=Δ ni iHH 10 (4)

ΔHi = perda de carga num determinado segmento de meio filtrante (L),

Outro fator importante referente à utilização de equações para o cálculo da perda de

carga, é que, além de não possuírem diâmetros uniformes ao longo da

profundidade, as partículas não são esferas perfeitas. Torna-se, desta forma, muito

difícil a obtenção do valor da superfície específica do meio filtrante. Para partículas

esféricas o valor Sv é dado por:

dSV

6= (5)

47

Para partículas não esféricas não é mais possível definir a sua geometria com uma

única dimensão. Uma alternativa é considerar que esta partícula possua um

diâmetro tal, denominado de diâmetro virtual, que esteja relacionado com alguma

grandeza característica da partícula. A Tabela 3.2 apresenta alguns dos diâmetros

virtuais mais citados na literatura.

Tabela 3.2 – Definições de diâmetro virtuais de partícula Símbolo Nome Definição

Dv Diâmetro volumétrico Diâmetro da esfera de mesmo volume

Ds Diâmetro superficial Diâmetro da esfera de mesma área superficial.

Dsv Diâmetro superfície volume Diâmetro da esfera que possui mesma relação área externa e volume.

Dst Diâmetro de Stokes Diâmetro da esfera de mesma velocidade de queda em regime laminar (Re < 0,2)

Da Diâmetro da área projetada Diâmetro do círculo com a área projetada da partícula em posição estável.

Dq Diâmetro de queda livre Diâmetro da esfera de mesma densidade com velocidade de queda igual a mesma densidade e viscosidade.

Dp Diâmetro de peneira Largura da mínima abertura quadrada através do qual a partícula não é retida.

Fonte: Dharmarajah & Cleasby, 1986

Para partículas irregulares, a superfície específica pode ser calculada como sendo:

vV d

S.6

ψ= (6)

ψ = coeficiente de esfericidade definido como sendo a área de uma esfera perfeita de igual volume da partícula dividido pela área superficial da partícula, dv = diâmetro volumétrico (L).

48

O valor do coeficiente de esfericidade pode ser obtido ou por métodos comparativos

utilizando a tabela de catacosinos ou através de métodos mais sofisticados, que

prevêem o uso de analisadores de imagem para determinação da área superficial de

um conjunto de partículas.

Embora existam, na Engenharia Sanitária, outras numerosas equações empíricas

para a perda de carga em um meio filtrante, as mais utilizadas são a fórmula de

Carman-Koseny e a fórmula de Ergun.

À medida que a carreira de filtração avança, as partículas presentes no meio aquoso

vão ficando retidas nos vazios do meio filtrante. Esta disposição de partículas faz

com que haja uma alteração no valor da porosidade do meio filtrante, no valor da

superfície específica e da velocidade intersticial.

Estas alterações acarretam um aumento da perda de carga com o tempo fazendo

com que uma maior energia seja despendida para que uma mesma quantidade de

água, por unidade de tempo, passe pelo meio filtrante.

Como esta energia máxima é limitada nas unidades de filtração a um determinado

valor (carga hidráulica máxima disponível), é de grande importância prever como

será a evolução da perda de uma determinada carreira de filtração. Porém, este é

um problema de difícil solução que, apesar de alguns trabalhos realizados, ainda

está completamente aberto a novas pesquisas e desenvolvimento.

3.5 LAVAGEM DE MEIOS FILTRANTES

A carreira de filtração deve ser interrompida quando ocorrer o traspasse da turbidez

na água filtrada (quando as forças de cisalhamento são maiores do que as forças de

aderência) ou quando ocorrer a igualdade entre a perda de carga total do sistema e

a carga hidráulica disponível. O ideal nas estações de tratamento de água é que o

encerramento da carreira de filtração se dê sempre pela obtenção da perda de carga

limite.

Após o término da carreira de filtração os filtros devem ser lavados antes de

entrarem em operação novamente. Uma lavagem eficiente é extremamente

importante para não afetar negativamente a carreira posterior. A lavagem deve

49

promover a remoção do material particulado previamente retido no leito filtrante

durante a filtração.

A lavagem dos filtros rápidos é geralmente feita aplicando-se água no sentido

ascendente para promover a fluidificação e, conseqüentemente, acarretar uma

expansão adequada do meio filtrante, permitindo que as partículas depositadas nos

grãos do meio filtrante sejam transferidas para a base líquida e que, a seguir, sejam

carreadas para fora da caixa do filtro.

3.5.1 Velocidade Mínima de Fluidificação (VMF)

A variação teórica da perda de carga em um meio filtrante em função da velocidade

ascensional de água é ilustrada pela Figura 3.9, onde as linhas cheias

correspondem a situações reais e a tracejada, a situação ideal.

Figura – 3.9 – Evolução da perda de carga em função da velocidade de água de lavagem. Fonte: CLEASBY et AL, 1981

50

As curvas situadas acima da ideal são decorrentes da compactação de seus leitos. E

a curva situada abaixo da ideal é decorrente da não uniformidade dos grãos, da

esfericidade ou da formação caminhos preferenciais no escoamento ascensional.

Na fase inicial da lavagem, em que não há expansão do leito filtrante, a variação da

perda de carga com a velocidade ascensional de água de lavagem em um meio

filtrante apresenta-se linear. Quando a perda de carga se torna constante, a

velocidade ascensional atinge um valor limite denominado velocidade mínima de

fluidificação. Neste momento, o leito filtrante se encontra totalmente fluidificado.

Para esta velocidade, a altura do meio filtrante permanece inalterada e sua

porosidade, no instante de incipiente fluidificação (εmf), é igual a porosidade inicial do

meio filtrante. O meio filtrante tenderá a se expandir caso uma velocidade

ascensional de água maior do que sua velocidade mínima da fluidificação for

aplicada, porém a perda de carga permanecerá constante.

A perda de carga em um meio filtrante fluidificado é dada pela expressão abaixo:

( ) ( )ρ

ερρ 00 .1. LH P

F−−

=Δ (7)

ΔHF = perda de carga no meio filtrante fluidificado (L).

Um método para se obter a velocidade mínima de fluidificação é igualando-se a

perda de carga no leito fluidificado com uma expressão que permita obter a perda de

carga em um meio filtrante em estado de repouso.

É recomendável a utilização da expressão de Ergun, pois durante a lavagem o

escoamento não é mais laminar e a equação de Kozeny não é mais adequada.

Assim, igualando-se as equações (3) e (7), e rearranjando-se de forma conveniente,

tem-se que:

51

( ) ( )ψμε

ρψμερε

μ

ρρρ

.....75,1

.....1.150...

230

222

230

02

3MFvMFvpv VdVdgd

+−

=−

(8)

VMF = velocidade mínima de fluidificação (LT-1).

O termo situado à esquerda na equação (8) é o número adimensional conhecido

como número de Galileu.

( )2

3 ...

μ

ρρρ gdGa pv −

= (9)

GA = número de Galileu.

O cálculo da perda de carga do leito fixo e da expansão do leito são dependentes da

definição dos valores do coeficiente de esfericidade do material filtrante e da

porosidade do meio filtrante.

WEN et al. (1966) apud CLEASBY et al. (1981) propuseram duas expressões

empíricas que relacionam a porosidade do meio filtrante com o coeficiente de

esfericidade:

( )11

.1

230

0 =−

ψεε

(10)

52

14.

130

=ψε

(11)

Substituindo-se as equações (10) e (11) na equação (8), é possível eliminar o

coeficiente de esfericidade e porosidade do cálculo de VMF:

( )[ ] 7,33.0408,07,33Re 212 −+= GaMF (12)

νvMF

MFdV .

Re = (13)

ReMF = número de Reynolds para o instante velocidade mínima de fluidificação.

Como o meio filtrante, geralmente, não é composto de partículas de igual diâmetro, a

velocidade mínima de fluidificação das menores partículas é menor do que a

velocidade de mínima fluidificação das maiores partículas.

Como o objetivo é a fluidificação de todo o meio filtrante, CLEASBY et al. (1981)

recomendam que, ao invés de utilizar o diâmetro volumétrico na equação (71), é

possível substituí-lo pelo diâmetro de peneira tal que 90% das partículas passem

pela mesma (d90).

O valor de d90 pode ser determinado, ou através da curva granulométrica do material

filtrante, ou calculado uma vez conhecido o seu diâmetro efetivo e coeficiente de

uniformidade, através da seguinte expressão:

( )( )[ ]CUdd log.67,11090 10.= (14)

53

d10 = diâmetro efetivo (L), CU = coeficiente de uniformidade.

As equações (12) e (13) são válidas apenas para meios filtrantes constituídos de um

único material. Para meios filtrantes bifásicos, FAN et al. (1985) propuseram a

seguinte expressão para o calculo da velocidade mínima de fluidificação:

69,1

2

1

21.

x

mf

mfmfmf V

VVV ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (15)

VMF1 = velocidade mínima de fluidificação das partículas mais pesadas que compõem o meio filtrante (LT-1), VMF2 = velocidade de mínima fluidificação das partículas mais leves que compõem o meio filtrante (LT-1), X2 = fração mássica do meio filtrante associado à velocidade VMF2.

3.5.2 Expansão do leito filtrante

Um dos pontos importantes ao se prever a expansão do leito filtrante durante a

lavagem é garantir que a altura do leito expandido não supere o fundo das canaletas

de coleta de água de lavagem ocasionando a perda de material. Dentre as formulações propostas para a obtenção da expansão de um meio filtrante,

submetido a uma velocidade ascensional de água de lavagem, a mais utilizada é a

equação proposta por RICHARDSON et al. (1954) devido a sua grande simplicidade:

54

n

SVV

expε= (16)

V = velocidade ascensional de água de água de lavagem (LT-1), Vs = velocidade de sedimentação da partícula individualmente (LT-1), εexp = porosidade do meio filtrante expandido, n = constante.

Uma vez calculado o valor da porosidade expandida para uma velocidade

ascensional de água de lavagem, a expansão do meio filtrante é dada por:

)1()1(

exp

0

0 εε

−−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛LL

(17)

O valor de n pode ser estimado através das seguintes expressões (AMIRTHARAJAH

et al, 1972):

n = 4,35.REt-0,03 0,2 < REt < 1,0 (18)

n = 4,35.REt

-0,1 1,0 < REt < 500,0 (19) n = 2,4 REt > 500,0 (20)

REt = número de Reynolds associado à velocidade de sedimentação da partícula isolada.

νps

tdV .

Re = (21)

55

O valor da velocidade de sedimentação para partículas isoladas é dado por:

d

pps C

dgV

..3.)..(4

ρρρ −

= (22)

CD = coeficiente de arrasto.

Como coeficiente de arrasto é função do número de Reynolds, para se evitar o uso

de processos iterativos para o cálculo da velocidade de sedimentação de uma

partícula isolada, CLIFT et al. (1978) apud KARAMAVEV et al. (1992) citam a

seguinte expressão para o cálculo do número de Reynolds associado a velocidade

de sedimentação da partícula, a saber:

Log(Ret) = -1,814 + 1,347.log(Nd) - 0,1243.(log(Nd))2 + 0,00634.(log(Nd))3 (23)

2

3..).(.

34

μρρρ pp

ddg

N−

= (24)

A equação (23) é válida para REt situados entre 12,2 e 6350.

Substituindo-se a equação (16) na equação (17), obtém-se que:

( )n

SVV

LL

10

01

1

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛−

−=

ε (25)

56

Para que seja possível a aplicação da equação (25) para meios filtrantes

estratificados, constituídos de diferentes tipos de material, este deve ser dividido em

segmentos com características definidas (diâmetro dos grãos, massa específica,

altura do segmento) e a sua expansão total deve ser calculada somando-se as

expansões obtidas para cada segmento considerado.

No entanto, modelo proposto por RICHARDSON et al. (1954) apresenta como

limitação o fato de ter sido obtido para partículas esféricas e, muitas vezes, sua

aplicação se dá de forma indiscriminada.

Partículas que apresentam grande irregularidade, como o carvão antracito por

exemplos, podem não apresentar resultados satisfatórios de expansão, quando

comparado aos resultados experimentais e, assim sendo, sua simples e pura

aplicação para estes tipos de material filtrante pode acarretar em grandes fontes de

erro no cálculo da velocidade ascensional de água de lavagem, uma vez fixada a


FAIR et al. (1968), a partir de resultados experimentais propuseram uma alteração

no modelo proposto por RICHARDSON e ZAKI. Embora a estrutura do modelo seja

praticamente a mesma, o valor de n foi assumido como sendo uma constante, não

mais sendo função do número de Reynolds, e igual a 4,545.

Portanto, a expansão do meio filtrante pode ser calculada através da seguinte

expressão:

( )22,0

0

0 1

1

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛−

−=

SVVL

L ε (26)

Utilizando dados de outros pesquisadores e também os seus próprios, WEN et al.

(1966) apud AMIRTHARAJAH et al (1972) propuseram uma equação empírica que

relaciona a porosidade do meio filtrante expandido com o número de Galileu e o

número de Reynolds, a saber:

57

687,17,4exp Re.70,2Re.18. +=Gaε (27)

νpdV .

Re = (28)

V = velocidade ascensional de água de lavagem (LT-1), RE = número de Reynolds, Ga = número de Galileu, εexp = porosidade do meio filtrante expandido.

A grande vantagem do modelo proposto por WEN e YU (1966) para o cálculo da

expansão de um meio filtrante sobre os modelos proposto por RICHARDSON e ZAKI

e por FAIR, é a sua simplicidade, aliada ao fato de que as grandezas necessárias

para o cálculo da expansão do meio filtrante são as propriedades do fluído, das

partículas e da velocidade ascensional de água, não sendo necessário o cálculo da

velocidade de sedimentação de qualquer partícula.

AMIRTHARAJAH et al. (1972) propuseram uma correção ao modelo proposto por

RICHARDSON et al. (1954), aonde se substitui o valor da velocidade de

sedimentação na equação (74) por uma constante, específica para cada sistema

particular, a saber:

nKV exp.ε= (29)

K = constante

A constante K pode ser calculada uma vez conhecida a velocidade mínima

fluidificação do meio filtrante, sua porosidade inicial e o valor de n. Com o valor de K

é possível determinar a porosidade do meio filtrante expandido, para um valor de

58

velocidade ascensional de água de lavagem e, a seguir proceder ao cálculo da


Porém, esta formulação não se aplica para meios filtrantes constituídos de dois ou

mais materiais. Para esta situação, DHARMARAJAH et al. (1986) propuseram uma

formulação semi-empírica para o cálculo da expansão de meios filtrantes

constituídos de diferentes materiais:

241

2111

)).(log(5,1)).(log(00392,0

)).(log(17979,0)log(.09348,156543,0)log(

Ψ−−

++=

e

ee

R

RRA (30)

232exp

3exp

1 ..)1()..(.με

ρρρε

V

p

Sg

A−

−= (31)

μερ

).1.(.

exp1 −=

Ve S

VR (32)

Como a porosidade do meio filtrante expandido aparece em ambos os lados na

equação (30), esta apenas pode ser solucionada com o auxílio de métodos

numéricos.

Caso o meio filtrante seja estratificado, e constituído de diferentes materiais ele deve

ser segmentado em camadas com características definidas para que a aplicação da

equação (30), (31) e (32) possa ser efetuada de forma segura.

A grande vantagem deste conjunto de equações, proposta por DHARMARAJAH et

al. (1986), é que a aderência dos resultados experimentais, quando confrontados

com os resultados teóricos, é muito boa.

Independentemente do modelo escolhido para o cálculo da expansão de um meio

filtrante e velocidade mínima de fluidificação, um parâmetro de grande importância é

a temperatura da água, que influencia de modo significativo no valor da viscosidade

dinâmica da água. Em países onde a variação de temperatura é muito grande, é

59

necessário que a velocidade da água de lavagem seja constantemente ajustada,

para que as expansões desejadas sejam obtidas e que não haja perda de material

filtrante durante o processo de lavagem (KAWAMURA et al. (1975)).

3.5.3 Métodos de lavagem

Os principais métodos de lavagem de meios filtrantes são (AWWA, 1999):

• Lavagem exclusivamente com água

• Lavagem com água e sistema de lavagem superficial como auxiliar

• Lavagem com ar unicamente seguido de água

• Lavagem com ar e água simultaneamente

3.5.3.1 Lavagem exclusivamente com água

Após o término da carreira, a água de lavagem é introduzida no fundo do leito

filtrante de forma gradual por um intervalo de 30s no mínimo para evitar a

perturbação dos materiais da camada suporte. O meio filtrante, gradualmente,

assume um estado fluidificado enquanto a taxa de aplicação de água de lavagem é

aumentada e o leito expande permitindo, desta forma, que os sólidos retidos no seu

interior sejam deslocados das superfícies dos grãos para a fase líquida. Mantém-se

o procedimento até a água residual de lavagem apresentar-se razoavelmente limpa:

um nível de turbidez de cerca de 10 UNT é suficientemente limpa. Então, a válvula

de abastecimento de água de lavagem é fechada.

De acordo com Baylis (1959), a lavagem com água apenas, é um método frágil de

lavagem. A razão para esta fragilidade, discutida por Amirtharajah em um trabalho

posterior (1978), é atribuído a falta de qualquer abrasão entre os grãos, em um leito

fluidificado. Por esta razão, a lavagem é usualmente auxiliada por um sistema de

lavagem superficial ou por um sistema de lavagem com ar.

60

3.5.3.2 Lavagem com água e sistema de lavagem superficial como auxiliar

A lavagem superficial tem sido usada amplamente e com sucesso para melhorar a

eficiência de lavagem de leitos filtrantes fluidificados. Os sistemas de lavagem

superficial injetam água na camada superior do meio filtrante através de um sistema

de tubulações ou braços giratórios situados em uma altura de 2 a 5 cm acima do

meio filtrante. Os jatos de lavagem superficial são operados por 1 ou 2 minutos antes

da introdução da água de fluxo ascendente, e são mantidos durante a maior parte da

lavagem ascendente; durante esse tempo, permanecem imersos no meio filtrante

fluidificado.

A lavagem superficial é finalizada 2 ou 3 minutos antes do término da lavagem

ascendente.

A lavagem superficial apresenta algumas vantagens e desvantagens (Cleasby et al.,

1977):

Vantagens:

• É relativamente simples, pois requer apenas uma fonte de água com pressão,

• É acessível à manutenção e reparo, pois o sistema de tubulações está localizado

acima da superfície do meio filtrante.

Desvantagens:

• Equipamentos giratórios algumas vezes emperram temporariamente e deixam de

girar como destinado,

• Se houver formação de bolas de lodo, e estas atingirem certo tamanho e

penetrarem no fundo do meio filtrante, não mais sofrerão a ação dos jatos de

lavagem superficial,

• Sistemas de lavagem superficial obstruem o acesso à superfície do filtro para

manutenção e reparo.

61

3.5.3.3 Lavagem com ar unicamente seguido de água

Os sistemas de lavagem com ar fornecem ar para toda a área do filtro através de

orifícios localizados sob o leito filtrante. A limpeza com ar é usada para melhorar a

eficiência da operação de lavagem, pois atinge toda a profundidade da camada do

meio filtrante.

A seqüência de operação é dada a seguir:

• Baixar o nível de água, aproximadamente, 15 cm abaixo da calha coletora de

água de lavagem,

• Aplicar o ar durante 2 a 5 minutos,

• Desligar o ar,

• Ligar a água de lavagem ascensional com baixa taxa para expulsar a maior parte

do ar do meio filtrante,

• Aumentar a taxa de água de lavagem para fluidificar o leito e manter até a água

residual de lavagem ficar limpa.

Apresenta como vantagens (Cleasby et al., 1977):

• Atinge a área total de filtros retangulares, e é adaptável para qualquer dimensão

e geometria da caixa do filtro,

• Age em toda a profundidade do filtro. Por isso, pode agitar as interfaces em leitos

de camadas duplas e triplas, e alcançar bolas de lodo penetradas em qualquer

profundidade.

E as desvantagens:

• Necessidade de tubulações adicionais para o ar,

• Potencial de perda do material filtrante,

• Possibilidade de deslocamento na camada suporte, devida à violenta ação do ar,

levando à penetração do material filtrante nos seus interstícios, podendo causar

um entupimento do sistema de drenagem do fundo.

62

3.5.3.4 Lavagem com ar e água simultaneamente

O fluxo simultâneo de ar e água provoca um transporte lento dos grãos causando

abrasão entre os mesmos. Esta abrasão, mais altas velocidades de água intersticial

resultam em uma lavagem efetiva.

A aplicação de ar deve ser interrompida assim que o nível de água atinja a calha

coletora a fim de se prevenir a perda de areia ou antracito. E a aplicação de água

deve ser interrompida após a turbidez da água de lavagem apresentar valor da

ordem de 10 UNT.

3.6 TIPOS DE FILTROS

Os filtros utilizados em tratamento de água de abastecimento podem ser

classificados sob diversos aspectos como tipo de tratamento, material filtrante, taxa

de filtração, dentre outros.

3.6.1 Classificação de acordo com tratamento

As estações de tratamento de água podem ser do tipo convencional, filtração direta

e filtração em linha.

O tratamento convencional é composto pelas etapas de mistura rápida, coagulação,

floculação, decantação e filtração da água, e têm sua utilização independente da

qualidade da água bruta, para produzir água tratada dentro dos padrões de

potabilidade. Assim, para o tratamento de águas com elevada cor e turbidez, algo

muito comum quando se fala de mananciais eutrofizados, o tratamento convencional

ainda é a alternativa mais utilizada.

63

A filtração direta é composta pelas etapas de coagulação, mistura rápida, floculação

e filtração, e exige água de boa qualidade. Como não utiliza a etapa de

sedimentação, sua eficiência depende da qualidade da água bruta e principalmente

da coagulação química para obtenção de bons resultados na qualidade de água

filtrada produzida.

Como vantagens, apresenta menor custo de investimento do que no tratamento

convencional, pois o decantador não é necessário; menores dosagens de

coagulantes para formar um floco com tamanho filtrável, ao invés de um floco maior

sedimentável, portanto, menor custo com produtos químicos; menor produção de

lodo, portanto, menor custo para tratamento e disposição do lodo; e menor custo de

manutenção e operação devido à ausência de decantador.

Como desvantagens, não se pode utilizar águas com valores elevados de turbidez

e/ou cor e o tempo de reação disponível para o operador responder a variações na

qualidade do manancial é menor, assim como o tempo de detenção disponível para

controlar gostos e odores sazonais.

A filtração em linha é similar à filtração direta, porém o tanque de floculação é

omitido, com a floculação ocorrendo no próprio filtro.

Dessa forma, pode-se observar que a escolha do tratamento a ser adotado depende

intimamente da qualidade da água a ser tratada, que consiste em um importante

parâmetro de projeto.

Seja qual for a escolha do método de tratamento, deve-se incluir a etapa de filtração

pois, segundo DI BERNARDO (1993), só é possível remover, em quase sua

totalidade, partículas e microrganismos em geral através dessa técnica.

3.6.2 Classificação de acordo com o material filtrante

Os filtros de leito granular, geralmente com leitos profundos, usam como material

filtrante ou areia, ou carvão antracito, ou carvão ativado granular, ou a composição

deles e podem ser compostos por camada simples, dupla ou tripla.

64

A areia deve ser constituída basicamente de grãos de quartzo, oriundos da

decomposição de rochas que contêm aproximadamente 99% de sílica, e possuir

massa específica de 2500 a 2700 kg/m3 (DI BERNARDO, 1993).

O antracito brasileiro geralmente provém do estado de Santa Catarina, e é

recomendado que sua dureza seja superior a 2,5. A Tabela 3.3 a seguir apresenta

as principais características do carvão brasileiro.

Tabela 3.3 – Características do antracito brasileiro

Características Valor Umidade (%) 2 a 5 Massa volátil (%) 7 a 12 Cinzas (% de massa seca) 10 a 40 Carbono fixo (%) 60 a 85 Enxofre total (%) 0,5 a 1,0 Materiais solúveis em ácido clorídrico com massa específica de 1,2 g/cm3 e temperatura de 20ºC (%)

0,4 a 0,6

Materiais solúveis em hidróxido de sódio a 0,1 N e temperatura de 20ºC (%)

0,1 a 0,6

Massa específica dos grãos (g/cm3) 1,4 a 1,7 Massa específica aparente ou do meio granular (g/cm3) 0,8 a 0,9 Porosidade do meio filtrante limpo (%) 45 a 55 Coeficiente de uniformidade 1,5 a 2,0 Tamanho efetivo (mm) 0,9 a 1,2 Coeficiente de esfericidade 0,55 a 0,70Dureza na escala Mohs > 2,5 Fonte: DI BERNARDO (1993)

A camada suporte dos filtros é formada por seixos, que são fragmentos de rochas,

arredondados, encontrados em leitos de rios ou em jazidas, cujos tamanhos variam

de 2 a 50 mm. Os seixos utilizados como camada suporte devem apresentar massa

específica igual ou superior a 2500 kg/m3, e a solubilidade em ácido clorídrico

concentrado não deve exceder a 5% e a 10% para seixos de tamanho menor que

9,6 mm e para seixos com tamanho maior que 9,6 mm, respectivamente.

A granulometria típica utilizada em filtros rápidos é apresentada na Tabela 3.4 a

seguir:

65

Tabela 3.4 - Granulometria típica de filtros para diferentes aplicações Tamanho

efetivo (mm) Profundidade total (m)

A. Tratamento convencional (EUA) 1. Camada simples de areia 2. Camada Dupla (areia + antracito) 3. Camada Tripla (areia + antracito + garnet)

0,45 – 0,55 0,90 – 1,10 0,20 – 0,30

0,6 – 0,7 0,6 – 0,9 0,7 – 1,0

B. Filtração Direta (EUA) Camada dupla ou camada simples profunda

1,5

C. Remoção de Fe e Mn (EUA) 1. Camada dupla 2. Camada simples

0,9 – 1,1 < 0,8

0,6 – 0,9 0,6 – 0,9

D. Filtros de camada simples grosseira lavados com ar e água simultaneamente

1. Tratamento convencional 2. Filtração Direta 3. Remoção de Fe e Mn

0,9 – 1,0 1,4 – 1,6 1,0 – 2,0

0,9 – 1,2 1,0 – 2,0 1,5 – 3,0

Fonte: AWWA, 1999 (adaptado)

Os filtros do tipo Precoat utilizam uma fina camada de leito filtrante composto por

material muito fino, como diatomita, que é descartada a cada ciclo. Não é comum a

sua recuperação, limpeza e reuso.

Um exemplo de filtro Precoat é o Cake Filtration, cuja remoção física se dá na

superfície, onde se forma uma película composta por organismos vivos e mortos. O

metabolismo biológico desses organismos causa uma alteração na composição

química da água e o desenvolvimento desta camada biológica melhora a remoção

de materiais particulados. À medida que a camada biológica se desenvolve, a

mesma assume uma função importante na remoção de impurezas. Com isso, a

turbidez no decorrer do ciclo de filtração melhora, e sua deterioração no final do ciclo

não é observada. Como o mecanismo de filtração é, basicamente, físico, não são

necessários pré-tratamentos químicos. Entretanto, requer uma fonte de água de boa

qualidade.

66

3.6.3 Classificação com relação à taxa de filtração

O emprego de filtros de camada única de areia com taxa constante de cerca de120

m3/m2/dia era a concepção usual no Brasil até a década de sessenta. Com

desenvolvimento de pesquisas em outros países conseguiu-se aumentar as taxas de

filtração, chegando até 360 m3/m2/dia, através do emprego de filtros de dupla

camada (areia e antracito). Atualmente, tem sido possível operar filtros com taxas de

filtração da ordem de 400 m3/m2/dia a 600 m3/m2/dia, desde que se considere o

aumento da granulometria e espessura do leito filtrante.

3.6.3.1 Filtros lentos

O filtro lento é um filtro de areia operado a taxas de filtração muito baixas, sem o uso

de coagulação no pré-tratamento. A granulometria da areia é um tanto menor que a

usada em filtro rápido, e isto, mais a baixa taxa de filtração, faz com que os sólidos

sejam removidos quase que totalmente em uma fina camada no topo do leito de

areia. Os mecanismos de remoção são físicos e biológicos. Durante a operação do

filtro, uma camada biologicamente ativa (schmutzdecke) formada no topo do leito

filtrante auxilia a filtração. Esta camada é formada nos primeiros 10 a 20 dias de

operação e é constituída por bactérias, fungos, protozoários, rotíferos, e uma

variedade de larvas de insetos aquáticos. À medida que aumenta a idade do

schmutzdecke, mais algas tendem a se desenvolver e maiores organismos

aquáticos podem estar presentes. À medida que a água passa através do

schmutzdecke, as impurezas são retidas na matriz mucilaginosa e o matéria

orgânica dissolvida é adsorvida e metabolizada pelas bactérias, fungos e

protozoários. A água produzida a partir de filtro lento bem operado pode ser de

excelente qualidade, com 90-99% redução bacteriana.

Os filtros lentos de areia requerem, relativamente, baixos níveis de turbidez para

operar de forma eficiente. Durante o verão e quando a água bruta apresenta-se

67

turva, a colmatação dos filtros ocorre mais rapidamente e o pré-tratamento é

recomendado.

Ao contrário de outras tecnologias de filtração da água que produzem água sob

demanda, filtros lentos produzem água a uma lenta e constante vazão e são

normalmente armazenadas em um para o pico de utilização. Esta lenta taxa é

necessária para o desenvolvimento dos processos biológicos no filtro.

À medida que requerem pouca ou nenhuma energia mecânica, produtos químicos

ou partes substituíveis, e que exigem treinamento mínimo de operador e apenas

manutenção periódica, são muitas vezes uma tecnologia apropriada para áreas

pobres e isoladas. Segundo a Organização Mundial da Saúde, sob circunstâncias

apropriadas, a filtração lenta pode ser não só a mais barata e mais simples, mas

também o mais eficiente método de tratamento da água.

3.6.3.2 Filtros rápidos

A filtração rápida consiste da passagem de água pré-tratada através de um leito

granular a altas taxas. O fluxo através do leito é, usualmente, descendente, porém já

foi relatado o uso de fluxo ascendente. Pode se usar filtros por gravidade ou por

pressão, embora este último apresente algumas restrições quando do uso de fontes

de águas de qualidade ruim. Durante a operação, os sólidos são removidos da água

e acumulados dentro dos vazios e no topo na superfície do leito filtrante. Este

entupimento leva a um aumento gradual de perda de carga se a taxa de escoamento

for mantida. Após um período de operação (ciclo do filtro ou carreira de filtração), o

filtro rápido é lavado por retro lavagem, que envolve a inversão da direção da água e

adição de ar comprimido. Durante a retro lavagem, o leito é fluidificado e cuidados

devem ser tomados para não haver perdas de material com o descarte da água de

lavagem.

A interrupção da carreira de filtração para lavagem é indicada por um dos seguintes

critérios, o que ocorrer primeiro:

• Quando a perda de carga através do leito atingir o limite disponível ou um

limite inferior estabelecido;

68

• Quando a qualidade do filtrado começar a se deteriorar ou atingir um limite

estabelecido;

• O tempo limite máximo tenha sido obtido (usualmente 3 ou 4 dias)

Os materiais filtrantes comumente utilizados em filtros rápidos são areia, carvão

antracito, carvão ativado granular (CAG), e garnet ou ilmenita. Normalmente, se usa

ou uma camada simples, ou dupla, ou tripla.

A qualidade da água filtrada é ruim no início da carreira de filtração e também pode

se deteriorar próximo ao final do ciclo se o mesmo for prolongado por um período de

tempo suficiente.

O pré-tratamento adequado e contínuo é essencial para a produção de um filtrado

de qualidade. Qualquer problema no pré-tratamento resultará em imediata

deterioração da qualidade do filtrado. Esta situação é mais crítica na filtração direta

devido ao curto período de detenção à frente dos filtros.

Diferentemente dos filtros lentos, os filtros rápidos de areia tem pouco efeito sobre o

gosto, odor e impurezas dissolvidas a menos que seja adicionado carvão ativado ao

filtro. Apresenta como vantagens o fato de trabalhar com maior vazão do que um

filtro lento de areia, requerer área relativamente pequena e ser menos sensível a

alterações na qualidade da água bruta. Suas desvantagens residem no fato de exigir

maior manutenção do que um filtro lento e geralmente exige bombeamento

mecânico da água e do ar, pelo menos para retro lavagem, ser, geralmente ineficaz

contra gosto e odor, produzir grandes quantidades de lodo para disposição e

requerer altos investimentos em reagentes de floculação. Também, as altas taxas de

fluxo dificultam a formação da camada schmutzdecke, portanto, pouca

biodegradação ocorre nestes filtros. Assim, apresenta maior contagem bacteriana

na água filtrada. Isso aumenta a necessidade de desinfecção antes da distribuição.

3.6.4 Classificação de acordo com o sentido do escoamento

• Fluxo ascendente: a água escoa de baixo para cima, necessitando de alguma

força propulsora;

69

• Fluxo descendente: a água, depois de sofrer um pré-tratamento, escoa

através do meio filtrante em movimento descendente, dessa forma, a filtração

ocorre por ação da gravidade.

3.6.5 Classificação de acordo com o arranjo hidráulico

• Filtros por gravidade: são abertos à atmosfera, e o escoamento através do

meio é obtido por gravidade;

• Filtros por pressão: utilizam um recipiente de pressão para conter o leito

filtrante. A água é entregue ao recipiente sob pressão e sai dele com pressão

ligeiramente reduzida.

3.6.6 Classificação de acordo com o mecanismo de ação

• Com ação de profundidade: as partículas a serem removidas são muito

menores do que tamanho dos interstícios formados entre os grãos do filtro,

por isso, os mecanismos de transporte são necessários para levar as

partículas à superfície dos coletores, e então, os mecanismos de aderência

retêm as partículas nas superfícies, nesta caso, as impurezas são retidas ao

longo do meio filtrante, proporcionando carreiras mais longas, o que ocorre

nos filtros rápidos;

• Com ação superficial: a retenção é significativa apenas no topo do meio

filtrante, proporcionando carreiras mais curtas, o que ocorre nos filtros de

membrana e precoat.

Os filtros lentos utilizam ambos os mecanismos de ação.

70

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste estudo foi utilizado o sistema de filtração piloto instalado na Estação de

Tratamento de Água Rio Grande (ETA-Rio Grande), localizada na cidade de São

Bernardo, que é operada pela Companhia de Saneamento Básico do Estado de São

Paulo.

4.1 APRESENTAÇÃO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA RIO GRANDE A ETA Rio Grande, concebida como ETA convencional (coagulação, floculação,

sedimentação, filtração, fluoretação, correção final de pH e desinfecção), tem como

manancial o Reservatório Billings.

A Represa Billings foi construída em 1925, inicialmente, com a finalidade de geração

de energia elétrica. E, apenas em 1958, quando foi inaugurada a ETA Rio Grande,

passou a ser utilizada como manancial de água potável.

A descarga, na Represa Billings, de esgotos sanitários sem tratamento provenientes

da cidade de Ribeirão Pires e de loteamentos clandestinos e desordenados próximo

à mesma, tem causado um aumento no grau de eutrofização do manancial,

significando elevação na concentração de algas na água bruta. Esta piora de

qualidade da água bruta tem causado dificuldades na operação da ETA.

As Figuras 4.1 e 4.2 apresentam uma vista aérea da ETA Rio Grande e uma vista

geral da Estação Elevatória, respectivamente.

71

Figura 4.1 – Vista aérea da ETA Rio Grande

Figura 4.2 – Vista geral da Estação Elevatória da ETA Rio Grande

72

A partir do reservatório, uma adutora de 1.800 mm de diâmetro conduz a água bruta

recalcada à ETA Rio Grande. A água bruta chega à ETA passando por um vertedor

do tipo “bico de pato” formando uma crista, ao longo da qual, é feita a aplicação do

coagulante (cloreto ou sulfato férrico). Quando necessário, imediatamente após a

aplicação do coagulante, é aplicada cal virgem para correção do pH.

O Sistema Produtor Rio Grande começou a operar em 1958 com uma capacidade

nominal de 0,6 m3/s. Composto por uma unidade de mistura rápida, 3 floculadores, 3

decantadores convencionais de fluxo horizontal e 6 filtros rápidos de fluxo

descendente, constituídos de areia como material filtrante. Ao longo do tempo,

passou por reformas, com a construção de novas unidades (passou a ter 7

floculadores, 7 decantadores e 14 filtros) e ampliou sua capacidade de tratamento

para 1,45 m3/s. Com a última ampliação (1997-1998), teve sua vazão aumentada

para 4,5 m3/s com a construção da denominada “ala nova”, composta por nova casa

de química, estrutura de chegada de água bruta, floculadores mecanizados de eixo

vertical, 2 decantadores de fluxo laminar dotados de placas paralelas inclinadas, e 4

filtros rápidos de areia de fluxo descendente do tipo camada profunda. Deste modo,

após a última reforma, a ETA Rio Grande ficou composta por duas concepções

distintas, as denominadas “ala antiga” (7 decantadores do tipo convencional, de

fluxo horizontal, floculadores hidráulicos e 14 filtros convencionais de fluxo

descendente de dupla camada de areia-antracito) e “ala nova”( descrita

anteriormente). Os filtros pertencentes à ala “velha” e “nova” são compostos por uma

única célula, dotada de um canal lateral que permite a introdução de água

decantada e coleta de água de lavagem.

A água produzida por cada filtro é concentrada e conduzida para um canal comum

de água filtrada e, antes de sua entrada no Reservatório de Compensação da ETA

Rio Grande, é efetuada a aplicação de cloro como agente desinfetante, flúor e cal

para o controle do pH da água tratada.

As Figuras 4.3 e 4.4 apresentam a chegada da água bruta à ETA e uma vista geral

da ETA e seu sistema de filtração a jusante dos decantadores:

73

Figura 4.3 – Estrutura de chegada da água bruta à ETA Rio Grande

Figura 4.4 – Vista geral da ETA e seu sistema de filtração a jusante dos decantadores

74

4.2 DESCRIÇÃO DA INSTALAÇÃO PILOTO

A instalação piloto foi composta por quatro colunas de filtração de acrílico e PVC,

com 156 m de diâmetro externo e 150 mm de diâmetro interno, e com 6,50 metros

de altura. O sistema de filtração piloto foi composto por quatro filtros de gravidade e

fluxo descendente.

Os filtros foram montados nas dependências da ETA Rio Grande e estão localizados

entre os prédios da Casa de Química e os decantadores laminares pertencentes a

ala “nova”. A Figura 4.5 apresenta uma vista geral da instalação piloto.

Figura 4.5 – Vista geral da instalação piloto Os filtros foram denominados de F1, F2, F3 e F4, e operados com diferentes

materiais filtrantes. Foi utilizada como afluente aos filtros a água decantada

produzida pela própria ETA Rio Grande, sendo esta uma estação do tipo

convencional. A água decantada produzida pela referida ETA foi bombeada a partir

do canal geral de água decantada por intermédio de bombas centrifugas de eixo

75

horizontal para uma caixa de nível constante localizada no quarto andar da Casa de

Química. As Figuras 4.6 e 4.7 apresentam uma vista geral das bombas empregadas,

bem como da caixa de nível constante empregada na alimentação dos filtros piloto.

Figura 4.6 – Vista geral das bombas centrífugas empregadas no bombeamento da água decantada até a caixa de nível constante

Figura 4.7 – Vista geral da caixa de nível constante

76

A partir da caixa de nível constante, derivavam quatro tubulações de alimentação de

água decantada para cada um dos respectivos filtros piloto. Uma vez que a vazão de

alimentação da caixa de nível constante foi sempre maior do que a somatória das

vazões de alimentação dos filtros piloto, este sempre esteve com o seu nível

máximo, sendo este controlado por um extravasor.

O tempo de detenção hidráulico na caixa de nível constante foi de,

aproximadamente, 30 minutos, o que possibilitaria, caso houvesse uma interrupção

no fornecimento de energia elétrica ou de parada do sistema de bombeamento, o

funcionamento dos filtros piloto por, pelo menos, 30 minutos até que o problema

fosse sanado.

Cada tubulação de alimentação de água decantada a cada um dos filtros piloto foi

dotada de um rotâmetro para permitir o controle da sua vazão afluente, tendo sido

esta estabelecida a fim de que os mesmos pudessem trabalhar com uma taxa de

filtração de, aproximadamente, 500 m3/m2/dia.

As Figuras 4.8 e 4.9 apresentam uma vista geral das tubulações de água decantada

e sua alimentação a cada um dos filtros pilotos, bem como dos rotâmetros instalados

para controle da sua respectiva vazão.

77

Figura 4.8 – Vista geral da tubulação de alimentação de água decantada a cada um dos filtros piloto

Figura 4.9 – Vista geral de um dos rotâmetros empregados no controle da vazão afluente a cada um dos filtros piloto instalado na linha de água decantada

78

Cada filtro piloto foi dotado de um total de 18 piezômetros localizados ao longo de

sua altura, onde foi possível efetuar as leituras de perda de carga ao longo do meio

filtrante, durante a carreira de filtração. O espaçamento entre os piezômetros

instalados no material filtrante foi de 10 cm. As Figuras 4.10 e 4.11 apresentam uma

vista geral dos quadros de piezômetros instalados nos filtros pilotos e seu respectivo

posicionamento ao longo da altura, respectivamente.

Figura 4.10 – Vista geral de um dos quadros de piezômetros instalados em um dos filtros piloto

79

Figura 4.11 – Vista geral do posicionamento dos piezômetros ao longo da altura do material filtrante

A coleta da água filtrada e a distribuição de água de lavagem e de ar foram

efetuadas por intermédio de tubulações inseridas em um fundo falso (Figura 4.12),

suportado por uma placa perfurada entre o mesmo e a camada suporte. A água de

lavagem empregada na lavagem dos meios filtrantes foi derivada de uma tubulação

de água de serviço instalada nas proximidades da instalação piloto, bem como

também a aplicação de ar. O controle das vazões de água de lavagem em

contracorrente foi controlado pela expansão dos materiais filtrantes e a vazão de ar

por intermédio de um rotâmetro comum a alimentação de todos os filtros localizados

junto à instalação (Figura 4.13).

80

Figura 4.12 – Vista geral do fundo falso dos filtros piloto e respectivas tubulações de introdução de água de lavagem e ar e coleta de água filtrada

Figura 4.13 – Vista geral do rotâmetro de controle de vazão de ar empregado quando da lavagem dos materiais filtrantes com ar e água

81

4.3 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS EXPERIMENTAIS E MATERIAIS FILTRANTES

EMPREGADOS

Os estudos conduzidos em escala piloto tiveram como principal objetivo avaliar o

comportamento dos filtros com relação à remoção de turbidez, partículas e evolução

de perda de carga.

Para fins comparativos, optou-se pela utilização de uma taxa de filtração típica para

filtros do tipo camada profunda em torno de 500 m3/m2/dia.

Os ensaios experimentais de filtração foram divididos em três etapas.

4.3.1 Etapa 1

Esta etapa consistiu em operar quatro filtros com características granulométricas

distintas.

As características granulométricas principais que foram adotadas para cada filtro

estão indicadas nas Tabelas 4.1 a 4.4.

Tabela 4.1 – Filtro Piloto F1. Características granulométricas dos materiais filtrantes empregados na operação do sistema de filtração em escala piloto Material Filtrante Altura (cm) Coeficiente de

Uniformidade Diâmetro efetivo

(mm)

Camada suporte

10,0 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 7,5

25,4 a 50,0 12,7 a 25,4

6,4 a 12,7 3,2 a 6,4 1,7 a 3,2

3,2 a 6,4 6,4 a 12,7

12,7 a 25,4 Areia 20 1,76 0,42

Antracito 80 1,30 1,30

82



(mm)

Camada suporte

10,0 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 7,5

25,4 a 50,0 12,7 a 25,4

6,4 a 12,7 3,2 a 6,4 1,7 a 3,2

3,2 a 6,4 6,4 a 12,7

12,7 a 25,4 Antracito 120 1,30 1,30



(mm)

Camada suporte

10,0 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 7,5

25,4 a 50,0 12,7 a 25,4

6,4 a 12,7 3,2 a 6,4 1,7 a 3,2

3,2 a 6,4 6,4 a 12,7

12,7 a 25,4 Antracito 120 1,96 0,76



(mm)

Camada suporte

10,0 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 7,5

25,4 a 50,0 12,7 a 25,4

6,4 a 12,7 3,2 a 6,4 1,7 a 3,2

3,2 a 6,4 6,4 a 12,7

12,7 a 25,4 Areia 120 1,97 0,74

83

A concepção da camada suporte foi adotada, para todos os filtros piloto, como

“camada reversa”, ou seja, com granulometria decrescente e crescente no sentido

de escoamento da água de lavagem, para permitir que os mesmos pudessem ser

lavados com ar e água, sem que houvesse perturbação da camada suporte e

camada filtrante.

A Figura 4.14 apresenta uma vista geral de uma camada suporte típica montada

para cada um dos filtros piloto.

Figura 4.14 – Vista geral de uma camada suporte montada para um dos filtros piloto

Com exceção do filtro F1 (100 cm), todos os outros, F2, F3 e F4, tiveram altura de

leito de 120 cm.

A concepção do filtro piloto F1 foi escolhida pela ETA com o intuito de se avaliar a

possibilidade de melhora na qualidade da água filtrada quando do uso de uma

camada polimento de 20 cm de areia.

Os filtros piloto F2 e F3 foram montados unicamente tendo antracito com diferentes

granulometrias como material filtrante, tendo por objetivo principal avaliar a sua

possibilidade de utilização, em face de uma possível economia de água de lavagem

84

quando comparado com o material filtrante atualmente empregado e uma maior

eficiência operacional no tocante a produção de água filtrada e evolução de perda de

carga. A vantagem do antracito em relação à areia é poder trabalhar com altas

taxas.

O antracito empregado na montagem dos filtros piloto foi fornecido pela Mineração

Rio Deserto S.A.

Objetivando o aumento de capacidade da ETA Rio Grande de 4,8 m3/s para 8,0

m3/s, os filtros da ala “velha” deverão ser reformados a fim de que os mesmos

possam trabalhar de modo idêntico aos atualmente implantados na ala “nova”, Em

função das incertezas envolvidas quanto à definição dos materiais filtrantes a serem

empregados quando da reforma da respectiva ETA, o filtro piloto F4 recebeu

material filtrante idêntico ao, atualmente, disposto nos filtros da ala “nova” da ETA

Rio Grande.

A distribuição granulométrica dos diferentes materiais filtrantes empregados foi

determinada no Laboratório de Mecânica dos Solos da Escola Politécnica da USP.

As Figuras 4.15 a 4.18 apresentam as suas respectivas curvas granulométricas

determinadas. A Tabela 4.5 apresenta as principais características granulométricas

dos respectivos materiais filtrantes.

85

Figura 4.15 – Curva granulométrica da areia empregada na montagem do filtro piloto F4

Figura 4.16 – Curva granulométrica da areia empregada na montagem do filtro piloto F1

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

Mat

eria

l que

pas

sa (m

m)

Areia B - Filtro F4

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

Mat

eria

l que

pas

sa (m

m)

Areia - Filtro F1

86

Figura 4.17 – Curva granulométrica do antracito empregado na montagem do filtro piloto F2

Figura 4.18 – Curva granulométrica do antracito empregado na montagem do filtro piloto F3 e F1

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

Mat

eria

l que

pas

sa (m

m)

Antracito F2

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

Mat

eria

l que

pas

sa (m

m)

Antracito F3

87

Tabela 4.5 – Características granulométricas dos materiais filtrantes empregados na montagem dos filtros piloto F1, F2, F3 e F4

Parâmetro Areia - F1 Areia - F4 Antracito - F2

Antracito - F1 e F3

Diâmetro do menor grão (mm)

0,30 0,60 1,2 0,60

Diâmetro efetivo (mm)

0,42 0,74 1,3 0,76

d60 (mm) 0,63 1,46 1,69 1,36 Diâmetro do maior grão (mm)

1,2 2,06 2,0 2,0

Coeficiente de uniformidade

1,76 1,97 1,30 1,96

4.3.2 Etapa 2

Em função do filtro de antracito (1,3 mm) ter apresentado melhor comportamento na

Etapa 1, decidiu-se por estudar o mesmo, comparativamente a outro filtro composto

de areia como material filtrante com mesma granulometria.

É importante se ressaltar que, apesar de apresentarem mesma granulometria (1,3

mm), a areia e o antracito possuem diferentes índices físicos.

Nesta segunda etapa, os filtros piloto foram operados em conjunto com outro

pesquisador, cujo objeto de estudo foi avaliar o uso de polímeros como auxiliar de

filtração. Assim, foram montados quatro filtros piloto, F1 e F3 (antracito – 1,3 mm) e

F2 e F4 (areia – 1,3 mm), sendo que os filtros F1 e F2 receberam polímero como

auxiliar de filtração, o que não foi objeto de estudo desta pesquisa experimental.

Considerando-se que F1 e F2 foram compostos de materiais filtrantes de mesmo

diâmetro específico, apresentaram mesma altura de leito filtrante e receberam as

mesmas dosagens de polímero, os mesmos puderam ser comparados entre si com

respeito ao material filtrante, antracito e areia, da mesma forma que foram

comparados F3 e F4.

As características dos materiais filtrantes empregados nos filtros piloto F1/F3 e

F2/F4 estão apresentadas, respectivamente, nas Tabelas 4.6 e 4.7, a seguir.

88

Tabela 4.6 – Filtro Piloto F1/F3. Características granulométricas dos materiais filtrantes empregados na operação do sistema de filtração em escala piloto Material Filtrante Altura (cm) Coeficiente de


(mm)

Camada suporte

10,0 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 7,5

25,4 a 50,0 12,7 a 25,4

6,4 a 12,7 3,2 a 6,4 1,7 a 3,2

3,2 a 6,4 6,4 a 12,7

12,7 a 25,4 Antracito 120 1,30 1,30

Tabela 4.7 – Filtro Piloto F2/F4. Características granulométricas dos materiais filtrantes empregados na operação do sistema de filtração em escala piloto Material Filtrante Altura (cm) Coeficiente de


(mm)

Camada suporte

10,0 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 7,5

25,4 a 50,0 12,7 a 25,4

6,4 a 12,7 3,2 a 6,4 1,7 a 3,2

3,2 a 6,4 6,4 a 12,7

12,7 a 25,4 Areia 120 1,30 1,30

A distribuição granulométrica dos materiais filtrantes foi determinada no Laboratório

de Mecânica dos Solos da Escola Politécnica da USP.

As Figuras 4.19 e 4.20 apresentam as suas respectivas curvas granulométricas

determinadas.

89

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

Mat

eria

l que

pas

sa (m

m)

Antracito

Figura 4.19 – Curva granulométrica do antracito empregado na montagem dos filtros piloto F1 e F3

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

0,01 0,1 1 10

Diâmetro (mm)

Mat

eria

l que

pas

sa (m

m)

Areia

Figura 4.20 – Curva granulométrica da areia empregada na montagem do filtro piloto F2 e F4

90

4.3.3 Etapa 3

Em função dos resultados da etapa anterior, decidiu-se por aumentar a altura do

leito dos filtros F3 e F4 de 120 cm para 160 cm, a fim de se avaliar uma possível

melhora na qualidade da água filtrada. A escolha da altura de 160 cm foi feita

atendendo a relação L/d ≥ 1250, para leitos profundos de camada única (1,0 mm < d

< 1,5 mm).

As características dos materiais filtrantes a serem empregados nos filtros piloto F3 e

F4 estão apresentadas nas Tabelas 4.8 e 4.9, a seguir:



(mm)

Camada suporte

10,0 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 7,5

25,4 a 50,0 12,7 a 25,4

6,4 a 12,7 3,2 a 6,4 1,7 a 3,2

3,2 a 6,4 6,4 a 12,7

12,7 a 25,4 Antracito 160 1,30 1,30



(mm)

Camada suporte

10,0 7,5 7,5 7,5 7,5 5,0 5,0 7,5

25,4 a 50,0 12,7 a 25,4

6,4 a 12,7 3,2 a 6,4 1,7 a 3,2

3,2 a 6,4 6,4 a 12,7

12,7 a 25,4 Areia 160 1,30 1,30

91

As carreiras de filtração para as Etapas 1, 2 e 3 foram operadas com duração

máxima de 40 horas, tempo considerado suficiente para fazer as observações

necessárias com relação ao comportamento do filtro. Caso antes de decorrido esse

tempo o filtro passasse a apresentar efluente com qualidade insatisfatória (turbidez

superior a 0,5 UNT) ou a perda de carga excedesse a 3,0 m, este teria a sua

operação interrompida. Em seguida, era efetuada a sua lavagem com ar e água.

Após a lavagem de todos os filtros, uma nova carreira de filtração era iniciada.

Para algumas carreiras específicas, em função da qualidade da água decantada e

de problemas operacionais decorrentes da operação da ETA Rio Grande, decidiu-se

pelo prosseguimento das carreiras de filtração, ainda que os seus valores de

turbidez da água decantada fossem superiores a 0,5 UNT.

4.3.4 Roteiro de operação dos filtros piloto

No início de cada carreira, ligava-se a bomba de recalque de água decantada para o

tanque pulmão localizado na Casa de Química, verificava-se o extravasamento da

caixa e quando esta estivesse em seu nível máximo, abria-se o registro de

alimentação de água decantada aos filtros.

Os filtros, antes de entrarem em operação, deveriam ter sido lavados e estar com o

nível d’água sempre acima do material filtrante.

Verificava se os registros de saída de água de lavagem estavam fechados. Se algum

deles estivesse aberto, efetuar-se-ia o seu fechamento.

Abria-se o registro dos piezômetros e verificava se as cotas dos mesmos se

igualavam para a condição estática (vazão de alimentação igual a zero). Do mesmo

modo, verificava se não havia acúmulo de ar nas mangueiras dos piezômetros.

Uma vez aberto os registros dos piezômetros e verificado os seus níveis, abria-se o

registro de alimentação de água decantada individualmente para cada filtro, fixando-

se uma vazão de alimentação, de aproximadamente 6,1 L/min, de acordo com a taxa

de filtração estabelecida (500 m3/m2/dia).

92

Abria-se o registro de saída de água filtrada. Esperava-se a estabilização do nível

d’água em cada filtro. O nível deveria estar estável após, aproximadamente, 10

minutos.

Uma vez tendo-se estabilizado o nível d’água nos filtros, zerava-se o cronômetro e

dava-se por início a carreira de filtração.

Imediatamente após o seu início, efetuava-se a primeira coleta de amostras de água

filtrada.

Durante a primeira hora, as coletas de amostra de água filtrada deveriam ser

efetuadas de 15 em 15 minutos.

Efetuava-se a primeira leitura do nível d’água em todos os piezômetros dos quatro

filtros. Estas deveriam ser efetuadas de quatro em quatro horas.

Verificava-se a vazão de alimentação. Esta deveria estar situada entre mais ou

menos 5% do valor nominal, 6,1 L/min, estabelecido de acordo com as taxas de

filtração, ou seja, deveria estar entre 5,8 L/min a 6,4 L/min. Caso a vazão estivesse

fora deste intervalo, efetuava-se o ajuste pelo rotâmetro e reverificava-se a vazão

efetuando-se a sua medição volumetricamente.

A vazão dos filtros deveria ser verificada a cada três horas aproximadamente, a fim

de se assegurar que a vazão de alimentação estivesse garantindo a taxa de filtração

desejada.

O encerramento da carreira de filtração deveria ocorrer caso algumas das condições

abaixo ocorresse:

• turbidez da água filtrada superior a 0,5 UNT

• carreira de filtração com duração superior a 40 horas

• perda de carga superior ao limite estabelecido pelo sistema

Ao encerrar a carreira de filtração, fechavam-se os registros dos piezômetros e

fechava-se o registro de entrada de água decantada de alimentação.

Uma vez encerrada a carreira de filtração de um filtro qualquer, procedia-se a sua

lavagem de acordo com os procedimentos a seguir.

Depois de encerrada a carreira de filtração de todos os filtros e, tendo sido os

mesmos lavados, dava-se início a uma nova carreira de filtração.

93

4.3.5 Roteiro de lavagem dos filtros piloto

Uma vez tendo sido fechados os registros dos piezômetros e interrompida a vazão

de alimentação, deixava-se o nível d’água baixar na coluna de filtração até um ponto

tal que estivesse visível no acrílico. Depois de atingido um determinado nível requerido, fechava-se a saída de água

filtrada e abria-se o registro geral de alimentação de ar. Este se situava na casa de

química junto à bomba de dosagem de polímero.

Em seguida, abria-se o registro de alimentação de ar do filtro a ser lavado. Efetuava-

se a aplicação de ar por 4 minutos aplicando-se uma taxa de aproximadamente 22

L/minuto. Terminada a aplicação de ar, fechava o registro de alimentação de ar do

filtro e abria-se o registro de saída de água de lavagem.

Efetuava-se a aplicação de água em contracorrente de modo a permitir uma

expansão do material em cerca de 30%. Para tanto, abria-se a válvula de aplicação

de água em contracorrente de forma lenta e gradual de modo a evitar a separação

do leito filtrante. A aplicação de água em contracorrente deveria ser efetuada por

pelo menos 10 minutos. Uma vez efetuada a aplicação de água em contracorrente,

fechavam-se o registro de saída de água de lavagem e o registro geral de aplicação

de ar. Este se situava na casa de química junto à bomba de dosagem de polímero.

Abria-se o registro dos piezômetros e verificava se as cotas dos mesmos se

igualavam para a condição estática (vazão de alimentação igual a zero). Do mesmo

modo, verificava se não havia acúmulo de ar nas mangueiras dos piezômetros.

Abria-se o registro de saída de água filtrada.

Abria-se o registro de alimentação de água decantada individualmente para cada

filtro, fixando-se, aproximadamente, uma vazão já estabelecida.

Dava-se início a uma nova carreira de filtração adotando-se os passos e

procedimentos descritos no Roteiro de operação dos filtros piloto.

A Tabelas 4.10 a 4.12 apresentam os quadros resumo dos experimentos realizados

nas Etapas 1 a 3, respectivamente.

94

Tabela 4.10 – Quadro resumo dos ensaios de filtração realizados na condução dos ensaios de tratabilidade. Etapa 1

Etapa 1 Carreiras

de Filtração

Filtros em operação

Material Filtrante


Altura do leito (cm)

Taxa de Filtração

(m3/m2/dia)

1 a 15

F1

F2 F3 F4

Areia Antracito Antracito Antracito

Areia

0,42 1,30 1,30 0,76 0,74

20 80

120 120 120

500

500 500 500


Etapa 2 Carreiras

de Filtração


Material Filtrante



Taxa de Filtração

(m3/m2/dia)

16 a 63 F1 F2 F3 F4

Antracito Areia

Antracito Areia

1,3 1,3 1,3 1,3

120 120 120 120

500 500 500 500


Etapa 3 Carreiras

de Filtração


Material Filtrante



Taxa de Filtração

(m3/m2/dia)

64 a 78 F1 F2 F3 F4

Antracito Areia

Antracito Areia

1,3 1,3 1,3 1,3

120 120 160 160

500 500 500 500

Além dos ensaios experimentais de filtração foram realizados ensaios de

fluidificação e expansão do leito dos filtros piloto. Estes tiveram como objetivo definir

parâmetros de dimensionamento do sistema de lavagem em contracorrente com ar e

água, sendo avaliadas as vazões de água de lavagem necessárias para atingir

determinados valores de expansão nos meios filtrantes, determinar a velocidade

mínima de fluidificação para simultânea lavagem com ar e água e obtenção das

curvas de evolução da perda de carga com diferentes velocidades ascensionais de

água de lavagem.

95

5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS


RELATIVOS AOS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO – ETAPA 1

Nesta primeira etapa, foram realizadas quinze carreiras de filtração. Devido à

quantidade elevada de resultados experimentais, serão apresentados alguns

resultados típicos para interpretação e análise. Todos os resultados experimentais

estão apresentados no ANEXO A.

Para um melhor entendimento, as características dos filtros são apresentadas na

Tabela 5.1 a seguir:

Tabela 5.1 – Características granulométricas dos materiais filtrantes utilizados na Etapa 1

Filtros Material Filtrante

Altura Coeficiente de

uniformidade

Diâmetro efetivo

F1 Areia Antracito

20 cm 80 cm

1,76 1,30

0,42 mm 1,30 mm

F2 Antracito 120 cm 1,30 1,30 mm F3 Antracito 120 cm 1,96 0,76 mm F4 Areia 120 cm 1,97 0,74 mm

Os quatro filtros foram alimentados com água decantada à taxa de filtração de 500

m3/m2/dia.

O filtro piloto F1 só foi montado e operado a partir da Carreira 7, pois a concepção

de seu material filtrante seria definida com base em alguns resultados obtidos dos

filtros F2 a F4.

As Figuras 5.1 a 5.3 apresentam os valores de qualidade da água bruta, decantada

e filtrada, qualidade do efluente produzido pelos filtros piloto F2 e F3 e evolução de

96

perda de carga para a Carreira de Filtração 2, respectivamente. Os resultados

relativos à Carreira de Filtração 2 encontram-se no Anexo A.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,000

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)

Turbidez da água bruta (UNT) Turbidez da água decantada (UNT)Turbidez (UNT) - F2 Turbidez (UNT) - F3

Figura 5.1 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de

Filtração 2

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)

Turbidez (UNT) - F2 Turbidez (UNT) - F3

Figura 5.2 – Qualidade da água filtrada dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de Filtração 2

97

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

21 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)

Perda de carga - F2Perda de carga - F3

Figura 5.3 – Evolução de perda de carga dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de Filtração 2

O filtro piloto F4, embora tenha sido montado e operado desde a primeira carreira,

teve sua carreira de filtração interrompida durante as Carreiras 1 e 2 em função de

apresentar problemas de elevada perda de carga. Devido a suspeita de problemas

com relação à granulometria, o material filtrante do filtro piloto F4 foi trocado por

outra amostra do mesmo material.

Os valores de turbidez da água bruta situaram-se na faixa de 2,5 UNT a 4,5 UNT,

tendo a ETA Rio Grande produzido uma água decantada com valores da ordem de

1,0 UNT a 1,5 UNT.

As carreiras de filtração dos filtros F2 e F3 foram encerradas pelo critério de

qualidade da água filtrada, isto é, após a mesma ter sido excedida em seu valor

limite de 0,5 UNT, sendo que a duração foi de 21 e 23 horas, respectivamente.

Com relação à qualidade do efluente produzido, pode-se concluir que os filtros piloto

operaram de modo adequado, sendo que o filtro F3 apresentou qualidade

ligeiramente melhor do que o filtro F2.

A evolução de perda de carga para ambos os filtros ocorreu de forma linear,

comportamento este típico de filtros rápidos por gravidade. Comparativamente, o

98

filtro piloto F2 apresentou um valor de perda de carga bem mais reduzido quando

comparado com o filtro piloto F3 para um mesmo tempo de duração da carreira de

filtração. Este comportamento justifica-se pelo fato do filtro piloto F2 (Antracito 1,3

mm) possuir uma granulometria maior quando comparado com filtro piloto F3

(Antracito 0,76 mm). No término da Carreira de Filtração 2, o valor da perda de carga

dos filtros piloto F2 e F3 foi de 0,71 metro e 1,59 metros, respectivamente.

Apesar dos filtros piloto F2 e F3 terem produzido água filtrada com características

bastante similares, a maior diferença de comportamento entre eles está relacionada

com a evolução de perda de carga e, uma vez que esta é menor para o filtro piloto

F2 quando comparado com filtro piloto F3, aquele se torna mais atrativo

operacionalmente.

As Figuras 5.4 e 5.5 apresentam, respectivamente, o perfil de evolução de perda de

carga e penetração de impurezas para os filtros piloto F2 e F3 para diferentes

tempos da carreira de filtração.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80 100 120

Altura (cm)

Per

da d

e Ca

rga

(cm

) 0 h4 h8 h12 h16 h20 h21 h

Figura 5.4 – Evolução temporal da perda de carga e penetração de impurezas para o filtro piloto F2.

Carreira de Filtração 2

99

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120

Altura (cm)

Per

da d

e C

arga

(cm

)

0 h4 h8 h12 h16 h20 h21 h23 h



Analisando-se as Figuras 5.4 e 5.5 observa-se que a retenção de impurezas ao

longo da carreira de filtração está preferencialmente retida em sua parte superior,

uma vez que existe uma perfeita linearidade para as profundidades inferiores em

relação à perda de carga no tempo zero.

Em linhas gerais, nota-se que a penetração de impurezas tem se situado em torno

de 40 cm a 60 cm do material filtrante, indicando que o restante não se encontra

trabalhando. Em face da extrema variabilidade gráfica e visual que impedem uma

perfeita interpretação dos gráficos de evolução de perda de carga ao longo da

profundidade do material filtrante para diferentes tempos de duração da carreira de

filtração, foram propostos dois parâmetros para a avaliação temporal e espacial da

distribuição da perda de carga ao longo dos materiais filtrantes, a saber:

β(t) = ∆ H(i- j,t) (5.1) ∆ H(i- j,0)

100

ψ(t) = ∆ H(i- j,t) - ∆H (i- j,0) (5.2) ∆ H (total,t) - ∆H(total,0)

∆H(i-j,t) e ∆H(i-j,0) = valores de perda de carga no segmento i-j para os tempos iguais a t e 0, respectivamente. ∆H(total,t) e ∆H(total,0) = valores de perda de carga total no meio filtrante para os tempos iguais a t e 0, respectivamente.

Enquanto o parâmetro β permite uma análise temporal da evolução da perda de

carga, o parâmetro ψ fornece, para um determinado tempo, informações para uma

análise espacial da variação da perda de carga no meio filtrante.

As Figuras 5.6 a 5.7 apresentam os valores de β para os filtros piloto F2 e F3 para

diferentes segmentos do meio filtrante.

F2

0

3

6

9

12

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7

Figura 5.6 – Evolução temporal do parâmetro β para o filtro piloto F2. Carreira de Filtração 2 P2-P3: 0 a 10 cm; P3-P4: 10 a 20 cm; P4-P5: 20 a 30 cm; P5-P6: 30 a 40 cm; P6-P7: 40 a 50 cm

101

F3

0

3

6

9

12

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Pode-se observar com bastante clareza, que os maiores valores de β estão

diretamente associados aos primeiros 10 cm do material filtrante e que o maior

aumento em relação à profundidade do material filtrante está associado a esta

espessura inicial. Portanto, conclui-se que, de fato, a maior retenção de impurezas

tende a ocorrer em suas camadas iniciais, sendo que as demais tendem a trabalhar

como camadas de polimento.

No caso do filtro F2, nota-se que há uma significativa retenção de impurezas

também segunda camada. Para o filtro F3, nota-se que a maior retenção de

impurezas ocorreu exclusivamente na primeira camada, o que justifica o fato do filtro

F3 apresentar maior evolução de perda de carga do que o filtro F2.

As Figuras 5.8 a 5.9 apresentam os valores de ψ para os filtros piloto F2 e F3 para

diferentes tempos de carreira de filtração.

102

F2

0%

10%

20%

30%

40%

4 8 12 16 20 21

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7

Figura 5.8 – Evolução temporal do parâmetro ψ para o filtro piloto F2. Carreira de Filtração 2 P2-P3: 0 a 10 cm; P3-P4: 10 a 20 cm; P4-P5: 20 a 30 cm; P5-P6: 30 a 40 cm; P6-P7: 40 a 50 cm

F3

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 21 23

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Conforme já dito anteriormente, o parâmetro ψ oferece uma visão espacial da

distribuição da perda de carga no material filtrante, podendo esta ser efetuada para

diferentes tempos de duração da carreira de filtração.

Observando-se as Figuras 5.8 e 5.9, nota-se que, independemente do tempo de

duração da carreira de filtração, a perda de carga associada à deposição de

103

partículas no meio filtrante está muito mais concentrada em seus 10 cm iniciais. No

caso do filtro piloto F3 cerca de 60% desta está distribuída nesta profundidade.

Deste modo, ainda que ocorra um aumento da perda de carga no material filtrante

ao longo do tempo e este aumento é algo que ocorrerá naturalmente em função da

retenção de impurezas ao longo do material filtrante, este aumento tenderá a

distribuir-se de modo aproximadamente constante, ou seja, a maior parte desta em

suas espessuras iniciais.

As Figuras 5.10 a 5.12 apresentam os valores de qualidade da água bruta,

decantada e filtrada, qualidade do efluente produzido pelos filtros piloto F2, F3 e F4

e evolução de perda de carga para a Carreira de Filtração 3, respectivamente. Os

resultados operacionais relativos à Carreira de Filtração 3 encontram-se no Anexo A.

0

1

2

3

4

5

6

7

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)

Turbidez da água bruta (UNT) Turbidez da água decantada (UNT)Turbidez (UNT) - F2 Turbidez (UNT) - F3Turbidez (UNT) - F4

Figura 5.10 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de

Filtração 3

104

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)

Turbidez (UNT) - F2 Turbidez (UNT) - F3 Turbidez (UNT) - F4

Figura 5.11 – Qualidade da água filtrada dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de Filtração 3

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

40 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)

Perda de carga - F2Perda de carga - F3Perda de carga - F4

5.12 – Evolução de perda de carga dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de Filtração 3

105

Durante a execução da Carreira de Filtração 3, o filtro piloto F4 operou sem

apresentar os problemas de elevadas perdas de carga ocorridos nas Carreiras de

Filtração 1 e 2. Portanto, acredita-se que estes tenham ocorrido em função da não

uniformidade do material filtrante instalado inicialmente. Apesar dos materiais serem

corretamente especificados na compra, nem sempre há um rigoroso controle em sua

recepção.

A Carreira de Filtração 3 apresentou valores de turbidez da água bruta da ordem de

2,0 UNT a 4,0 UNT e valores de turbidez da água decantada abaixo de 0,5 UNT

após 5 horas de operação.

Como a qualidade da água decantada da Carreira de Filtração 3 foi muito superior

quando comparado com as Carreiras de Filtração 1 e 2 (ver Anexo A para demais

resultados), a qualidade da água filtrada produzida para todos os filtros piloto foram

consistentes e bastante similares, não se tendo observado diferenças entre si.

Devido à melhora da qualidade da água decantada alimentada aos filtros piloto,

houve uma significativa diminuição da evolução da perda de carga em todos os

filtros piloto, conforme pode ser observado na Figura 5.12.

Com os filtros apresentando baixos valores de turbidez e reduzida evolução de

perda de carga, o encerramento das carreiras de filtração foi determinado em função

do tempo de carreira de filtração ter sido superior a 40 horas.

Dentre todos os filtros piloto operados na Carreira de Filtração 3, o filtro piloto F4 foi

o que apresentou o maior valor de perda de carga, fato este motivado pelo seu baixo

diâmetro efetivo (0,74 mm) e alto coeficiente de uniformidade (>1,9).

O aspecto mais significativo a ser observado para a Carreira de Filtração 3 está

diretamente relacionada com os aspectos de pré-tratamento da água bruta e a

qualidade da água decantada no comportamento do sistema de filtração. Os

resultados experimentais apresentados indicam de forma bastante clara que, quanto

melhor for a qualidade da água decantada, melhores tenderão a ser o

comportamento do sistema de filtração com respeito à qualidade da água filtrada,

evolução de perda de carga e tempo de duração da carreira.

Portanto, um controle efetivo do processo de coagulação e floculação que possibilite

a produção de uma água decantada com valores de turbidez inferior a 1,0 UNT deve

ser considerado como uma excelente estratégia operacional de melhoria do sistema

de filtração.

106

As Figuras 5.13 a 5.15 apresentam os valores de β para os filtros piloto F2 a F4 para


F2

0

1

2

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0

1

2

3

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


107

F4

0

1

2

3

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7

Figura 5.15– Evolução temporal do parâmetro β para o filtro piloto F4. Carreira de Filtração 3 P2-P3: 0 a 10 cm; P3-P4: 10 a 20 cm; P4-P5: 20 a 30 cm; P5-P6: 30 a 40 cm; P6-P7: 40 a 50 cm

Os resultados apresentados indicam, mais uma vez, o maior crescimento da perda

de carga na parte superior do material filtrante. Apesar dos ensaios apresentarem

maiores valores de β para o primeiro trecho (0 a 10 cm), estes valores apresentam-

se baixos comparados com as carreiras anteriores. Isto se justifica pela superior

qualidade da água decantada e conseqüentemente, menor evolução de perda de

carga.

As Figuras 5.16 a 5.18 apresentam os valores de ψ para os filtros piloto F2 a F4 para


108

F2

0%

10%

20%

30%

40%

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0%

20%

40%

60%

80%

100%

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


109

F4

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


De acordo com as Figuras 5.16 a 5.18, nota-se que, independemente do tempo de

duração da carreira de filtração, a perda de carga associada a deposição de

partículas no meio filtrante está muito mais concentrada em seus 20 cm iniciais.


decantada e filtrada, qualidade do efluente produzido pelos filtros piloto F2, F3 e F4

e evolução de perda de carga para a Carreira de Filtração 5, respectivamente. Os


110

0,000,501,001,502,002,503,003,504,004,505,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 5

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



111

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

22 h

oras

28 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)


Figura 5.21 – Evolução de perda de carga dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de Filtração 5

A partir da Carreira de Filtração 5, foram coletadas em intervalos regulares de tempo

amostras para a determinação da contagem de partículas da água decantada e

filtrada produzida pelos filtros piloto. A contagem de partículas foi efetuada na faixa

de 2,0 µm a 20 µm. A apresentação e análise dos dados referentes aos ensaios de

contagem de partículas serão apresentadas em uma subseção posterior.

Os valores de turbidez da água decantada alimentada aos filtros piloto foram

maiores para a Carreira de Filtração 5 do que quando comparada com as Carreiras

de Filtração 3 e 4, podendo-se observar que estes se situaram entre 1,0 UNT e 1,5

UNT, com períodos aonde esta chegou a oscilar entre 2,0 UNT a 2,5 UNT e até 4,0

UNT.

Estes maiores valores de turbidez da água decantada ocasionaram uma maior taxa

de evolução de perda de carga dos meios filtrantes, especialmente quando se

analisa os resultados obtidos para as Carreiras Filtração 3 e 4.

Do mesmo modo que os ensaios anteriores, o filtro piloto F4 foi o que proporcionou

os maiores valores de perda de carga entre todos os meios filtrantes, vindo em

seguida o filtro F3 e, por último o filtro piloto F2.

112

O filtro piloto F4 apresentou uma carreira de filtração mais curta quando comparado

com os demais (22 horas), tendo sido a mesma encerrada quando o seu valor de

perda de carga excedeu o valor limite. Por sua vez, os filtros piloto F2 e F3

apresentaram durações de carreira de filtração de 30 horas, tendo sido as mesmas

encerradas pelo fato destes terem produzido água filtrada com turbidez superior a

0,5 UNT.

Durante o período em que os filtros piloto F2, F3 e F4 operaram em paralelo, não foi

observada nenhuma diferença significativa entre a qualidade da água filtrada em

cada um destes em termos de turbidez.

Um dos aspectos que ficaram mais evidentes durante a execução da Carreira de

Filtração 5 foi que o filtro piloto F4 teve um comportamento que pode ser

considerado como insatisfatório no tocante a evolução de perda de carga e duração

da carreira de filtração.

Do ponto de vista prático, filtros rápidos por gravidade do tipo camada profunda são

dimensionados para trabalharem com materiais filtrantes com profundidades da

ordem de 1,2 metros a 1,8 metros, diâmetro efetivo de 1,2 mm a 1,5 mm e

coeficiente de uniformidade menor do que 1,5. No entanto, o material filtrante

empregado para a montagem do filtro piloto F4 (Areia 0,74 mm) que, inclusive, é o

material filtrante utilizado nos filtros da ala “nova”, possui características

granulométricas que podem ser consideradas incompatíveis com filtros do tipo

camada profunda, especialmente no tocante ao seu diâmetro efetivo.

Atualmente, os filtros pertencentes à ala “nova” encontram-se operando com uma

taxa de filtração da ordem de 300 m3/m2/dia, valor este que pode ser considerado

reduzido em se tratando de filtros rápidos por gravidade do tipo camada profunda.

Operando deste modo, os filtros atualmente implantados são capazes de produzir

água filtrada com qualidade adequada e com uma evolução de perda de carga que

permitam que os mesmos operem com duração da carreira de filtração da ordem de

24 horas a 30 horas.

No entanto, caso a vazão da ETA Rio Grande seja aumentada dos atuais 4,5 m3/s

para 8,0 m3/s, os filtros terão que trabalhar com taxas de filtração da ordem de 500

m3/m2/dia e, de acordo com os resultados experimentais obtidos, estes terão muita

dificuldade em operar de forma confiável, principalmente pela alta evolução de perda

de carga observada e com conseqüente diminuição da duração da carreira de

filtração.

113

Deste modo, a sua concepção terá de ser necessariamente revista, especialmente

no tocante a definição do material filtrante, sua composição granulométrica e altura.



F2

0

3

6

9

12

15

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0

5

10

15

20

25

30

35

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


114

F4

0

5

10

15

20

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7



de carga na parte superior do material filtrante e seu aumento tende lineamente com

o tempo, indicando um padrão temporal similar de retenção de impurezas e de

evolução de perda de carga.



115

F2

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

4 8 12 16 20 22 24 28 30

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 22 24 28 30

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


116

F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

4 8 12 16 20 22

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Observa-se que o padrão de distribuição de impurezas avaliado pelo parâmetro ψ

tende a um valor constante ao longo do tempo para todos os filtros piloto, ou seja,

embora a perda de carga aumente ao longo do tempo, a sua distribuição entre os

diferentes segmentos é aproximadamente constante ao longo do tempo.


decantada e filtrada, qualidade do efluente produzido pelos filtros piloto F1 a F4 e

evolução de perda de carga para a Carreira de Filtração 7, respectivamente. Os


117

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)

Turbidez da água bruta (UNT) Turbidez da água decantada (UNT)Turbidez (UNT) - F1 Turbidez (UNT) - F2Turbidez (UNT) - F3 Turbidez (UNT) - F4


Filtração 7

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)

Turbidez (UNT) - F1 Turbidez (UNT) - F2 Turbidez (UNT) - F3 Turbidez (UNT) - F4


118

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 ho

ra

8 ho

ras

13 h

oras

20 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)

Perda de carga - F1Perda de carga - F2Perda de carga - F3Perda de carga - F4


Em função dos resultados de contagem de partículas do efluente produzido pelo

filtro piloto F2 na Carreira de Filtração 6 (ver Anexo A), foi sugerido pela SABESP

que fosse montado um novo filtro piloto, denominado F1, que fosse composto por

antracito (1,3 mm e 80 cm de altura) e areia (0,42 mm e 20 cm de altura).

A principal justificativa para a adoção desta composição granulométrica foi avaliar o

efeito da adoção de uma camada de areia sob a camada de antracito, similar às

características do filtro F2, e verificar se haveria condições de produção de uma

qualidade de água filtrada igual ou superior quando comparado com os demais filtros

em operação.

A Carreira de Filtração 7 apresentou uma qualidade de água decantada muito mais

estável do que quando comparada com a Carreira de Filtração 6 (ver Anexo A),

sendo que os seus valores de turbidez situaram-se entre 1,0 UNT e 1,5 UNT.

O filtro piloto F1 teve sua carreira de filtração encerrada com duração de 22 horas,

por ter apresentado valor de perda de carga superior ao valor limite. Portanto, pôde-

se observar que a adoção de uma camada de areia, ainda que com espessura de 20

cm, para a taxa de filtração vigente de 500 m3/m2/dia, não permitiu uma melhora

119

significativa na qualidade do efluente produzido pelo filtro piloto F1 e, ainda mais,

resultou em uma elevada evolução de perda de carga, comparável com o filtro piloto

F4.

Os filtros piloto F3 e F4 também tiveram suas carreiras de filtração encerradas por

elevada perda de carga, tendo duração de 20 horas e 13 horas, respectivamente.

Como pode observar-se, o filtro piloto F4 apresentou-se com carreira de filtração

mais curta do que quando comparado com os demais. Este comportamento pode ser

justificado pelo fato de que o mesmo não se encontra com granulometria e

características adequadas para trabalhar com taxas de filtração da ordem de 500

m3/m2/dia.

Estes resultados reforçam o fato da necessidade de efetuar-se um controle

extremamente rigoroso da granulometria e sua definição quando da execução e

reforma dos demais filtros da ETA Rio Grande. Caso as suas características não

sejam bem definidas, corre-se o risco dos filtros não trabalharem adequadamente,

especialmente com o desenvolvimento de altos valores de evolução de perda de

carga e baixos tempos de carreira de filtração.

Mais uma vez, o filtro piloto que forneceu os melhores resultados experimentais foi o

F2, cuja carreira foi encerrada com 36 horas de duração pelo critério de apresentar

valor de turbidez de água filtrada superior a 0,5 UNT.



120

F1

0

5

10

15

20

25

30

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0

5

10

15

20

25

30

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


121

F3

0

10

20

30

40

50

0 4 8 12 16 20

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Similarmente às demais carreiras de filtração, observa-se que o valor de β tende a

aumentar com tempo para todos os segmentos em que este parâmetro foi calculado

e, este aumento foi maior para as primeiras camadas de meio filtrante, de 0- 10 cm e

10-20 cm, o que confirma a tendência de que estas trabalham mais ativamente na

122

remoção de partículas coloidais e que as demais trabalham como unidades de

polimento.



F1

0%

10%

20%

30%

40%

50%

4 8 12 13 16 20 22

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0%

10%

20%

30%

40%

50%

4 8 12 13 16 20 22 24 28 32 36

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


123

F3

0%

10%

20%

30%

40%

4 8 12 13 16 20

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

4 8 12 13

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Similarmente às demais carreiras de filtração, observa-se que a distribuição do

parâmetro ψ para todas as carreiras de filtração é praticamente constante ao longo

do tempo, sempre indicando uma distribuição proporcional da perda de carga ao

longo do material filtrante em função do tempo.

124


decantada e filtrada, qualidade do efluente produzido pelos filtros piloto F1, F2, F3 e

F4 e evolução de perda de carga para a Carreira de Filtração 10, respectivamente.

Os resultados operacionais relativos à Carreira de Filtração 10 encontram-se no

Anexo A.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 10

125

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 ho

ra

8 ho

ras

13 h

oras

20 h

oras

28 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



126

Os filtros piloto F1, F3 e F4 tiveram suas carreiras de filtração encerradas pelo fato

das mesmas terem apresentado perda de carga superior ao valor limite e seus

tempos de duração foram de 24 horas, 28 horas e 13 horas para os filtros F1, F3 e

F4, respectivamente.

Mais uma vez, o filtro que apresentou maior duração de carreira de filtração foi o F2,

tendo valor igual a 40 horas. Para este específico tempo, sua perda de carga total foi

de 1,91 metros, o que significa que o mesmo poderia operar por um tempo ainda

maior.

Portanto, pode-se afirmar que os resultados relativos às Carreiras de Filtração 8, 9 e

10 (ver Anexo A) foram bastante similares entre si, indicando que o filtro piloto F1,

mais uma vez, não trabalhou adequadamente devido à ineficácia da adoção de uma

camada de areia com granulometria de diâmetro efetivo da ordem de 0,42 mm para

taxas de filtração da ordem de 500 m3/m2/dia.

Também o filtro piloto F4 não produziu resultados satisfatórios por este ter

apresentado alta evolução de perda de carga, o que resultou em um baixo tempo de

duração da carreira de filtração, da ordem de 13 horas.



F1

0

5

10

15

20

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


127

F2

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0

4

8

12

16

0 4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


128

F4

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7



de carga na parte superior do material filtrante e seu aumento tende lineamente com

o tempo, indicando um padrão temporal similar de retenção de impurezas e de

evolução de perda de carga. É interessante se notar que, para os filtros F1 e F3, a

retenção se impurezas se dá a partir do segundo trecho (10 a 20cm), ou seja, não

há retenção no primeiro trecho (0 a 10cm).



129

F1

0%

10%

20%

30%

4 8 12 13 16 20 24

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0%

10%

20%

30%

40%

4 8 12 13 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


130

F3

0%

10%20%

30%40%

50%60%

70%

4 8 12 13 16 20 24 28

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

4 8 12 13

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Mais uma vez, observa-se que a distribuição do parâmetro ψ para todas as carreiras

de filtração foi praticamente constante ao longo do tempo, sempre indicando uma

distribuição proporcional da perda de carga ao longo do material filtrante em função

do tempo. Como dito anteriormente, não há retenção de impurezas no primeiro

trecho para os filtros F1 e F3.

131





Anexo A.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0

0,25

hor

a

0,50

hor

a

0,75

hor

a

1 ho

ra

2 ho

ras

3 ho

ras

4 ho

ras

5 ho

ras

6 ho

ras

7 ho

ras

8 ho

ras

9 ho

ras

10 h

oras

11 h

oras

12 h

oras

13 h

oras

14 h

oras

15 h

oras

16 h

oras

17 h

oras

18 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)

Série1 Série2 Série6 Série3 Série4 Série5

Figura 5.50 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F1 a F4. Carreira de Filtração 14

132

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,25

hor

a

0,50

hor

a

0,75

hor

a

1 ho

ra

2 ho

ras

3 ho

ras

4 ho

ras

5 ho

ras

6 ho

ras

7 ho

ras

8 ho

ras

9 ho

ras

10 h

oras

11 h

oras

12 h

oras

13 h

oras

14 h

oras

15 h

oras

16 h

oras

17 h

oras

18 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



133

A Carreira de Filtração 14 apresenta resultados experimentais de grande relevância,

em função do comportamento dos filtros comparado com as demais Carreiras de

Filtração.

Os valores de turbidez da água decantada variaram de 1,4 UNT a 2,5 UNT e, pelo

fato destes valores serem considerados elevados, fez com que os filtros piloto F1,

F2, F3 e F4 tivessem suas carreiras de filtração encerradas em função do critério de

qualidade da água filtrada ter sido superior a 0,5 UNT. As suas durações de

carreiras de filtração foram de 16 horas para o filtro piloto F1, 12 horas para os filtros

piloto F2 e F4 e 18 horas para o filtro piloto F3.

Estes valores de duração de carreira de filtração podem ser considerados

insatisfatórios, dado que os mesmos foram concebidos como filtros do tipo camada

profunda e este comportamento está diretamente relacionada com a qualidade da

água decantada afluente ao sistema de filtração, o que, mais uma vez, reforça a

necessidade de uma maior preocupação com as etapas de pré-tratamento,

notadamente a etapa de coagulação que oferece as condições mínimas requeridas

para a remoção das partículas coloidais no sistema de filtração.

O filtro piloto F2 foi o que apresentou a menor evolução de perda de carga, no

entanto, ainda que esta tenha sido a menor dentre os demais, o critério de qualidade

da água filtrada não pôde ser atendido, motivado principalmente pela baixa

qualidade da água decantada.



134

F1

0

2

4

6

8

10

0 4 8 12 16

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0

2

4

6

8

0 2 4 6 8 10 12

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


135

F3

0

10

20

30

40

50

0 4 8 12 16 20

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8 10 12

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Similarmente às demais carreiras de filtração, observa-se que o valor de β tende a

aumentar com tempo para todos os segmentos em que este parâmetro foi calculado

e, este aumento foi maior para as primeiras camadas de meio filtrante, de 0-10 cm e

10-20 cm, o que confirma a tendência de que estas trabalham mais ativamente na

remoção de partículas coloidais e que as demais trabalham como unidades de

polimento. Para o filtro F1, como não houve retenção de impurezas na primeira

136

camada, a mesma ocorreu em maior proporção nas duas camadas posteriores, 10-

20 cm e 20-30 cm.



F1

0%

5%

10%

15%

20%

4 8 12 16

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0%

10%

20%

30%

40%

4 8 12

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


137

F3

0%

10%

20%

30%

40%

50%

4 8 12 16 18

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

4 8 12

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


De acordo com as Figuras 5.55, 5.56, 5.57 e 5.58, observa-se que a distribuição do

parâmetro ψ para todas as carreiras de filtração é praticamente constante ao longo

do tempo, sempre indicando uma distribuição proporcional da perda de carga ao

longo do material filtrante em função do tempo. Como dito anteriormente, não há

retenção de impurezas no primeiro trecho do filtro F1.

A Tabela 5.2 a seguir apresenta um quadro resumo com os valores de média e

desvio padrão para os valores de turbidez da água bruta, decantada e filtrada para

as carreiras de filtração 1 a 15 realizadas na Etapa 1.

138

Observando-se os valores médios de turbidez de água filtrada obtidos para as

carreiras de filtração 1 a 15, pode se notar que os seus valores foram bastante

semelhantes entre si.

Portanto, a taxa de evolução de perda de carga torna-se o parâmetro de maior

distinção.

O filtro F2 (antracito 1,3mm) apresentou melhores resultados com respeito à menor

evolução de perda de carga, bem como maior duração da carreira de filtração e

qualidade de água filtrada satisfatória.

Acredita-se que, os mesmos resultados experimentais apresentados pelo filtro piloto

F2 constituído unicamente como antracito como material filtrante, também podem

ser obtidos admitindo-se que o mesmo tenha areia de idêntica granulometria como

material filtrante. Tal comportamento foi objeto de investigação da Etapa 2.

139

Tabela 5.2 – Quadro resumo de valores de turbidez média e desvio padrão para ensaios de filtração da Etapa 1

Turbidez Média e Desvio Padrão (UNT) Carreira Água

Bruta Água

DecantadaF1 F2 F3 F4

1 3,40 0,46

1,04 0,14

0,33 0,07

0,28 0,09

2 3,65 0,69

1,26 0,20

0,33 0,07

0,26 0,10

3 3,58 0,87

0,36 0,21

0,41 0,38

0,33 0,33

0,49 0,43

4 2,71 0,34

0,62 0,42

0,23 0,05

0,22 0,05

0,26 0,07

5 2,33 0,43

1,59 0,65

0,41 0,12

0,32 0,11

0,44 0,13

6 1,88 0,23

1,45 0,47

0,32 0,07

0,26 0,08

0,30 0,06

7 2,80 0,59

1,20 0,17

0,34 0,11

0,39 0,09

0,26 0,07

0,33 0,08

8 2,91 0,48

1,29 0,17

0,29 0,09

0,37 0,09

0,24 0,05

0,28 0,06

9 2,64 0,29

1,21 0,39

0,25 0,05

0,33 0,10

0,22 0,04

0,37 0,12

10 2,74 0,37

1,04 0,14

0,21 0,05

0,27 0,07

0,18 0,03

0,24 0,05

11 3,39 0,48

1,08 0,17

0,21 0,05

0,31 0,10

0,20 0,05

0,23 0,04

12 4,26 0,71

1,42 0,26

0,29 0,12

0,31 0,08

0,25 0,06

0,27 0,04

13 5,02 1,21

1,82 0,74

0,32 0,14

0,39 0,11

0,30 0,10

0,40 0,11

14 5,30 1,21

1,79 0,25

0,32 0,16

0,30 0,14

0,27 0,12

0,29 0,14

15 4,50 0,66

1,17 0,56

0,24 0,06

0,30 0,06

0,22 0,04

0,30 0,05

Média Total 3,41 1,22 0,27 0,33 0,25 0,32

140



Nesta segunda etapa, foram realizadas quarenta e oito carreiras de filtração. Devido

à quantidade elevada de resultados experimentais, serão apresentados alguns


estão apresentados no ANEXO B.






uniformidade

Diâmetro efetivo

F1 Antracito 120 cm 1,30 1,30 mm

F2 Areia 120 cm 1,30 1,30 mm F3 Antracito 120 cm 1,30 1,30 mm F4 Areia 120 cm 1,30 1,30 mm

De acordo com a Tabela 5.3, nota-se que os filtros F1 e F3 são idênticos, assim

como os filtros F2 e F4. Porém, os filtros F1 e F2 receberam polímero como auxiliar

de filtração, o que não é objeto de estudo desta pesquisa experimental.

Considerando-se que F1 e F2 recebem as mesmas dosagens de polímero,

apresentam mesmo diâmetro específico e possuem mesma altura de leito filtrante,

os mesmos podem ser comparados entre si com respeito ao material filtrante,

antracito e areia, da mesma forma que serão comparados F3 e F4.


m3/m2/dia.




141


Anexo B.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 21

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



142

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

20 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



Os valores de turbidez da água bruta situaram-se na faixa de 2,5 UNT a 3,5 UNT,

tendo a ETA Rio Grande produzido uma água decantada com valores da ordem de

1,0 UNT a 1,5 UNT.

As carreiras de filtração dos filtros F1 a F4 foram encerradas pelo critério de perda

de carga, sendo que as suas durações foram de 16, 16, 24 e 19 horas,

respectivamente. Uma vez que a taxa de filtração foi da ordem de 500 m3/m2/dia,

pode-se concluir que os filtros piloto operaram de modo plenamente adequado com

respeito à qualidade do efluente produzido. Também com relação à qualidade do

efluente produzido pelos filtros, pode-se dizer que o filtro F1 apresentou qualidade

ligeiramente melhor que F2, assim como F3 em relação à F4, ou seja, os filtros de

antracito (F1 e F3) apresentaram menores valores de turbidez quando comparados

aos de areia (F2 e F4).

No tocante à perda de carga, a superioridade dos filtros de antracito em relação aos

de areia foi mais evidente, ou seja, o filtro piloto F1 apresentou um valor de perda de

carga menor quando comparado com o filtro piloto F2 para um mesmo tempo de

duração da carreira de filtração, assim como F3 em relação a F4.

143

As Figuras 5.64 a 5.67 apresentam, respectivamente, o perfil de evolução de perda

de carga e penetração de impurezas para os filtros piloto F1 a F4 para diferentes

tempos da carreira de filtração.

0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120

Altura (cm)

Per

da d

e C

arga

(cm

)

0 h4 h8 h12 h16 h



0

50

100

150

200

250

300

350

0 20 40 60 80 100 120

Altura (cm)

Per

da d

e Ca

rga

(cm

)

0 h4 h8 h12 h16 h



144

0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120

Altura (cm)

Per

da d

e C

arga

(cm

)

0 h4 h8 h12 h16 h19 h20 h24 h



0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120

Altura (cm)

Per

da d

e C

arga

(cm

)

0 h

4 h

8 h12 h

16 h

19 h



145

Analisando-se as Figuras 5.64 a 5.67 observa-se que a retenção de impurezas ao

longo da carreira de filtração está preferencialmente retida em sua parte superior,

em torno de 40 a 60 cm do material filtrante, uma vez que existe uma perfeita

linearidade para as profundidades inferiores em relação à perda de carga no tempo

zero.

A fim de se avaliar a distribuição temporal e espacial da perda de carga ao longo dos

materiais filtrantes, serão aplicados os mesmos parâmetros utilizados na Etapa 1, a

saber:

β(t) = ∆ H(i- j,t) (5.1) ∆ H(i- j,0) ψ(t) = ∆ H(i- j,t) - ∆H (i- j,0) (5.2) ∆ H (total,t) - ∆H(total,0)

∆H(i-j,t) e ∆H(i-j,0) = valores de perda de carga no segmento i-j para os tempos iguais a t e 0, respectivamente. ∆H(total,t) e ∆H(total,0) = valores de perda de carga total no meio filtrante para os tempos iguais a t e 0, respectivamente.

Relembrando: enquanto o parâmetro β permite uma análise temporal da evolução da

perda de carga, o parâmetro ψ fornece, para um determinado tempo, informações

para uma análise espacial da variação da perda de carga no meio filtrante.



146

F1

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


147

F3

0

5

10

15

20

25

30

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0

3

6

9

12

15

0 4 8 12 16 20

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Analisando-se as Figuras 5.68 a 5.71, pode-se notar que os maiores valores de β

estão diretamente associados aos primeiros 10 cm do material filtrante, indicando

que a maior retenção de impurezas tende a ficar retida em suas camadas iniciais,

sendo que as demais tendem a trabalhar como camadas de polimento.

148

Comparando-se os filtros F1 com F2, e F3 com F4, verifica-se que os filtros de

antracito (F1 e F3) apresentam maiores valores de β quando comparados aos filtros

de areia (F2 e F4) para um mesmo tempo de duração.



F1

0%

10%

20%

30%40%

50%

60%

70%

4 8 12 16

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

4 8 12 16

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


149

F3

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 19 20 24

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 19

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Analisando-se o parâmetro ψ, que oferece uma visão espacial da distribuição da

perda de carga no material filtrante, para diferentes tempos de duração da carreira

de filtração, nota-se que, independemente do tempo de duração da carreira de

filtração, a perda de carga associada à deposição de partículas no meio filtrante está

muito mais concentrada em seus 10 cm iniciais, cerca de 50 a 60% desta está

distribuída nesta profundidade.

150





Anexo B.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 29

151

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



152

Os filtros piloto F1 a F4 tiveram suas carreiras de filtração encerradas pelo critério de

perda de carga, ou seja, ambos atingiram a perda de carga limite.

Os valores de turbidez da água bruta não apresentaram variações significativas,

tendo se situado na faixa de 2,5 UNT a 3,5 UNT.

Por sua vez, os valores de turbidez de água decantada produzida pela ETA Rio

Grande se mantiveram em torno de 1,0 UNT até 17 horas a partir do início da

carreira de filtração, e, a partir de 17 horas, o valor da turbidez da água decantada

aumentou de modo significativo, passando de 1,0 UNT para, aproximadamente, 2,5

UNT a 2,8 UNT. A partir de 25 horas a água decantada voltou a apresentar a

qualidade inicial de 1,0 UNT.

Como já se sabe, os filtros piloto são alimentados com água decantada proveniente

de dois decantadores da “ala nova” da ETA Rio Grande. Este período de aumento

de turbidez da água decantada coincide com o período de lavagem de um dos

decantadores, o que levou a uma sobrecarga para o outro decantador.

É interessante notar que a qualidade da água filtrada produzida pelos filtros piloto

seguiu a tendência de piora e melhora da água decantada, com pico de 1,0 UNT .

Pode se notar também pela Figura 5.78 um aumento da evolução de perda de carga

para o mesmo período.

Similarmente às carreiras anteriores (ver Anexo B), os filtros de antracito (F1 e F3)

apresentaram qualidade ligeiramente melhor em termos de turbidez do que os filtros

de areia (F2 e F4). E mais uma vez, F1 e F3 foram superiores a F2 e F4 em termos

de evolução de perda de carga e com relação à duração das carreiras de filtração. O

tempo de duração das carreiras de filtração para os filtros piloto F1, F2, F3 e F4

foram de 32, 24, 32 e 28, respectivamente.



153

F1

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


154

F3

0

5

10

15

20

25

30

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0

3

6

9

12

0 4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Os resultados apresentam, mais uma vez, que os maiores valores de β estão

diretamente associados aos primeiros 10 cm do material filtrante indicando o maior

crescimento da perda de carga na parte superior do material filtrante e seu aumento

tende linearmente com o tempo.



155

F1

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0%10%20%30%40%50%60%70%80%

4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


156

F3

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Observando-se as Figuras 5.83 a 5.86, nota-se que, independemente do tempo de

duração da carreira de filtração, a perda de carga associada à deposição de

partículas no meio filtrante está muito mais concentrada em seus 10 cm iniciais,

cerca de 40% a 60% desta está distribuída nesta profundidade.

Nota-se também que, ao longo do tempo ocorreu uma diminuição do parâmetro ψ

para o trecho 0-10 cm e o houve uma tendência de ψ aumentar nas camadas

seguintes, principalmente para o segundo trecho (10-20 cm). Portanto, ocorreu uma

157

redistribuição da perda de carga nas camadas inferiores do material filtrante e uma

conseqüente diminuição na sua camada superior em relação à perda de carga total.





Anexo B.

0

1

2

3

4

5

6

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 34

158

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

15 h

oras

20 h

oras

22 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



159

Nesta carreira de filtração, apesar da turbidez da água decantada ter variado de 1,5

a 3,0 UNT, na maior parte do tempo se manteve em torno de 2,0 UNT. Mesmo com

valores altos de turbidez da água decantada, ambos os filtros produziram água

filtrada com qualidade satisfatória. Mais uma vez, os filtros de antracito (F1 e F3)

apresentaram qualidade ligeiramente superior aos filtros de areia (F2 e F3).

Os filtros F1, F2, F3 e F4 tiveram suas carreiras de filtração encerradas por terem

atingido o valor de perda de carga máxima, com tempos de duração de 22, 15, 21 e

15 horas respectivamente.

Novamente, os filtros de antracito (F1 e F3) se mostraram superiores aos filtros de

areia (F2 e F4) com relação à evolução de perda de carga e duração da carreira de

filtração.



F1

0

5

10

15

20

25

30

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


160

F2

0

4

8

12

16

0 4 8 12 16

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


161

F4

0

3

6

9

12

15

0 4 8 12 16

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


As Figuras 5.90 a 5.93 repetem o comportamento apresentado nas carreiras

anteriores, ou seja, o valor de β tende a aumentar com tempo para todos os

segmentos em que este parâmetro foi calculado e, este aumento foi maior para as

primeiras camadas de meio filtrante, portanto, a maior retenção de impurezas tende

a ocorrer em suas camadas iniciais, sendo que as demais tendem a trabalhar como

camadas de polimento.



162

F1

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 15 16 20 21 22

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

4 8 12 15

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


163

F3

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 15 16 20 21

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 15

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


As Figuras 5.94 a 5.97 apresentam comportamento análogo à Carreira 29, ou seja,

uma tendência de redistribuição da perda de carga nas camadas inferiores do

material filtrante e uma conseqüente diminuição na sua camada superior ao longo do

tempo, e mais uma vez, a perda de carga associada à deposição de partículas no

meio filtrante está muito mais concentrada em seus 10 cm iniciais, cerca de 50% a

164

60% desta está distribuída nesta profundidade independemente do tempo de

duração da carreira de filtração.





Anexo B.

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 39

165

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

20 h

oras

28 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



166

Nesta carreira de filtração ocorreu algo muito interessante. Assim como na Carreira

de Filtração 29, a lavagem de um dos dois decantadores da ETA Rio Grande que

fornece água decantada para os filtros piloto coincidiu com o período de execução

do ensaio experimental. Da mesma forma, o outro decantador sofreu uma

sobrecarga levando-se ao aumento de seus valores de turbidez. Mais uma vez, os

filtros acompanharam esta tendência e também apresentaram piora na qualidade de

seu efluente em termos de turbidez.

A diferença nesta carreira foi que a água bruta apresentou valores de turbidez

baixos, de 1,2 a 1,9 UNT, levando a água decantada a apresentar ótima qualidade,

de 0,5 a 1,0 UNT na maior parte do tempo, e pico de 1,65 UNT durante o período

mais crítico (lavagem do decantador). Com isso, a qualidade do efluente dos filtros

manteve- se satisfatória.

Analisando-se o gráfico da Figura 5.99 pode-se notar que, no período mais crítico,

os filtros F3 e F4 apresentaram turbidez menor ou igual a 5,0 UNT, e que os filtros

F1 e F2, neste mesmo período, apresentaram picos de 0,57 e 0,63 UNT,

respectivamente. É importante se ressaltar que os filtros F1 e F2 foram alimentados

com polímero como auxiliar de filtração, e que o mesmo pode ter influenciado de

forma negativa a eficiência dos filtros. Como o uso de polímeros como auxiliar de

filtração não é objeto de estudo desta investigação experimental, as análises ficaram

restritas ao tipo de material filtrante.

A duração das carreiras de filtração para os filtros F1, F2, F3 e F4 foram de,

respectivamente, 40, 32, 28 e 18 horas. Com exceção da carreira do filtro F1, que foi

encerrada pelo critério de duração máxima (40 h), as demais foram encerradas por

apresentarem perda de carga superior à perda de carga limite.

A qualidade da água filtrada foi bastante similar para ambos os filtros.

Pode se notar também pela Figura 5.100 que houve um aumento da evolução de

perda de carga para o mesmo período em que houve a piora da qualidade da água

decantada e filtrada. E, novamente, os filtros F1 e F3 (antracito) foram superiores

aos filtros F2 e F4 (areia) com relação à evolução de perda de carga e duração da

carreira.

As Figuras 5.101 a 5.104 apresentam os valores de β para os filtros piloto F1 a F4

para diferentes segmentos do meio filtrante.

167

F1

0

4

8

12

16

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0

4

8

12

16

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


168

F3

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0

3

6

9

12

0 4 8 12 16 20

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Assim como carreiras de filtração anteriores, os resultados apresentados confirmam

a tendência de que as primeiras camadas do meio filtrante trabalham mais

ativamente na remoção de partículas coloidais e que as demais trabalham como

unidades de polimento.

As Figuras 5.105 a 5.108 apresentam os valores de ψ para os filtros piloto F1 a F4

para diferentes tempos de carreira de filtração.

169

F1

0%

10%

20%

30%

40%

50%

4 8 12 16 18 20 24 28 32 36 40

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0%10%20%30%40%50%60%70%80%

4 8 12 16 18 20 24 28 32

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


170

F3

0%

10%20%

30%40%

50%60%

70%

4 8 12 16 18 20 24 28

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

4 8 12 16 18

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Esta carreira de filtração apresenta comportamento análogo às Carreiras 29 e 34,

isto é, uma tendência de redistribuição da perda de carga nas camadas inferiores do

material filtrante e uma conseqüente diminuição na sua camada superior ao longo do

tempo, e mais uma vez, a perda de carga associada à deposição de partículas no

meio filtrante está muito mais concentrada em seus 10 cm iniciais, independemente

do tempo de duração da carreira de filtração.

171





Anexo B.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 45

172

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

22 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



173

Os valores de turbidez da água bruta variaram de 1,5 a 2,5 UNT. A turbidez da água

decantada se manteve relativamente constante, em torno de 1,0 UNT. A boa

qualidade da água decantada levou os filtros a produzirem um efluente de qualidade

satisfatória durante todo o ensaio.

As carreiras de filtração dos filtros F1, F2, F3 e F4 foram encerradas pelo critério de

perda de carga com duração de 30, 27, 29 e 22 horas respectivamente.

Os resultados apresentados confirmam, mais uma vez, a supremacia dos filtros de

antracito (F1 e F3) com relação aos filtros de areia (F2 e F4) no tocante à evolução

de perda de carga e duração da carreira de filtração.



F1

0

5

10

15

20

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


174

F2

0

3

6

9

12

15

0 4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0

5

10

15

20

25

30

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


175

F4

0

5

10

15

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Os resultados apresentados apenas confirmam o que foi observado nas carreiras

anteriores, ou seja, a tendência de que as primeiras camadas do meio filtrante

trabalham mais ativamente na remoção de partículas coloidais



F1

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 22 24 27 28 29 30

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


176

F2

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 22 24 27

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 22 24 27 28 29

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


177

F4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

4 8 12 16 20 22

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Mais uma vez, observa-se que, independemente do tempo de duração da carreira

de filtração, a perda de carga associada à deposição de partículas no meio filtrante

está muito mais concentrada em seus 10 cm iniciais, cerca de 50% a 60% desta está

distribuída nesta profundidade e que o padrão de distribuição de impurezas avaliado

pelo parâmetro ψ tende a um valor constante ao longo do tempo para todos os filtros

piloto, ou seja, embora a perda de carga aumente ao longo do tempo, a sua

distribuição entre os diferentes segmentos é aproximadamente constante ao longo

do tempo.





Anexo B.

178

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 57

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



179

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



Nesta carreira, a turbidez da água bruta se manteve relativamente constante, em

torno de 2,0 UNT, assim como a turbidez da água decantada, em torno de 1,0 UNT.

Apesar da boa qualidade da água decantada, em termos de valores de turbidez, os

quatro filtros encerraram suas carreiras por terem atingido valores de turbidez acima

de 0,5 UNT, ambos com 26 horas de duração.

Este comportamento pode ser justificado por problemas apresentados nos dois

decantadores que alimentam os filtros piloto. Um deles estava visualmente muito

sujo e na eminência de ser lavado. No outro, os flocos apresentavam-se flotando,

comportamento este não usual para decantadores operando de maneira satisfatória.

Ambos os filtros apresentaram valores de turbidez similares, e valores ligeiramente

melhores para os filtros de antracito (F1 e F3).

Pelo fato de não haver diferenças significativas entre os filtros no tocante à

qualidade do efluente, a evolução de perda de carga se torna o importante fator de

distinção entre eles.

180

É indiscutível a superioridade dos filtros de antracito comparado aos filtros de areia

em termos de perda de carga. Os filtros de antracito propiciam carreiras de filtração

mais longas do que os filtros de areia.

Portanto, os filtros de antracito se tornam uma opção muito atrativa em substituição

aos filtros de areia, mas é importante salientar que outros aspectos devem ser

considerados, como o custo do material (o antracito é mais caro que a areia), as

futuras perdas de material durante a lavagem, e o consumo de água de lavagem.



F1

0

3

6

9

12

15

0 4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


181

F2

0

3

6

9

12

15

0 4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F3

0

3

6

9

12

0 4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


182

F4

0

3

6

9

12

0 4 8 12 16 20 24 28

Tempo (horas)

β

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Analisando-se as Figuras 5.123 a 5.126, pode-se notar que os quatro filtros, apesar

de possuírem diferentes tipos de material filtrante (areia e antracito), se comportam

de maneira similar. Para ambos os filtros, o valor de β tende a aumentar com tempo

para todos os segmentos em que este parâmetro foi calculado e, este aumento foi

maior para as primeiras camadas de meio filtrante, de 0-10 cm e 10-20 cm. Portanto,

conclui-se que, de fato, a maior retenção de impurezas tende a ficar retida em suas

camadas iniciais, sendo que as demais tendem a trabalhar como camadas de

polimento.



183

F1

0%

10%

20%

30%

40%

4 8 12 16 20 24 26

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F2

0%

10%

20%

30%

40%

4 8 12 16 20 24 26

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


184

F3

0%

10%

20%

30%

40%

4 8 12 16 20 24 26

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


F4

0%

10%

20%

30%

4 8 12 16 20 24 26

Tempo (horas)

ψ p

si (%)

P2-P3 P3-P4 P4-P5 P5-P6 P6-P7


Mais uma vez, com respeito à distribuição da perda de carga ao longo do material

filtrante e em função do tempo, observa-se que não há nenhuma diferença em

185

relação às demais conduzidas, isto é, a maior perda de carga situa-se entre 0-10 cm

e a sua distribuição em relação à perda de carga total permanece aproximadamente

constante ao longo do tempo.

Também, comparando-se os resultados, considerando o tipo de material, o

comportamento é similar para ambos os filtros.

A Tabela 5.4 apresenta um quadro resumo com os valores de média e desvio

padrão para os valores de turbidez da água bruta, decantada e filtrada para as

carreiras de filtração 16 a 63 realizadas na Etapa 2.

186



Bruta Água


16 1,67 0,23

1,42 0,47

0,23 0,13

0,28 0,19

0,32 0,07

0,55 0,13

17 1,37 0,15

1,44 0,52

0,19 0,07

0,25 0,09

0,26 0,08

0,39 0,14

18 1,75 0,13

1,09 0,24

0,18 0,05

0,23 0,05

0,22 0,04

0,32 0,08

19 1,85 0,15

1,03 0,34

0,21 0,06

0,25 0,06

0,20 0,06

0,27 0,07

20 3,02 0,38

1,40 0,43

0,19 0,06

0,25 0,07

0,24 0,04

0,33 0,08

21 3,02 0,31

1,27 0,18

0,20 0,05

0,26 0,07

0,32 0,11

0,36 0,09

22 2,28 0,22

1,10 0,19

0,17 0,03

0,21 0,03

0,24 0,08

0,31 0,10

23 2,56 0,30

1,16 0,14

0,18 0,04

0,22 0,04

0,20 0,04

0,25 0,03

24 1,89 0,13

1,06 0,15

0,27 0,08

0,30 0,07

0,20 0,05

0,27 0,06

25 1,95 0,14

1,20 0,17

0,34 0,11

0,40 0,12

0,27 0,10

0,33 0,11

26 2,11 0,14

1,25 0,27

0,39 0,10

0,45 0,08

0,32 0,10

0,35 0,09

27 2,65 0,50

0,98 0,18

0,28 0,09

0,30 0,09

0,25 0,08

0,28 0,08

28 3,22 0,64

1,02 0,14

0,22 0,05

0,22 0,05

0,23 0,04

0,27 0,07

29 2,84 0,22

1,14 0,58

0,29 0,19

0,35 0,25

0,24 0,13

0,33 0,23

30 2,07 0,16

1,28 0,18

0,21 0,06

0,23 0,05

0,29 0,04

0,37 0,07

31 2,02 0,11

1,13 0,10

0,17 0,04

0,21 0,04

0,26 0,05

0,32 0,06

32 1,97 0,16

1,23 0,18

0,26 0,08

0,26 0,08

0,23 0,07

0,27 0,07

continua

187

continuação Turbidez Média e Desvio Padrão (UNT)

Carreira Água Bruta

Água Decantada

F1 F2 F3 F4

33 2,32 0,24

1,41 0,17

0,37 0,11

0,38 0,10

0,29 0,07

0,31 0,06

34 4,27 0,59

1,96 0,32

0,23 0,06

0,24 0,05

0,26 0,06

0,32 0,07

35 5,06 0,39

2,07 0,20

0,29 0,10

0,28 0,08

0,26 0,07

0,27 0,05

36 1,91 0,18

1,17 0,26

0,30 0,04

0,32 0,04

0,28 0,06

0,33 0,07

37 1,82 0,13

1,17 0,23

0,27 0,08

0,27 0,05

0,29 0,05

0,30 0,04

38 1,61 0,14

0,97 0,22

0,27 0,05

0,29 0,05

0,25 0,07

0,30 0,09

39 1,44 0,17

0,79 0,25

0,28 0,09

0,32 0,13

0,24 0,07

0,28 0,10

40 1,40 0,21

0,77 0,09

0,20 0,05

0,22 0,06

0,17 0,03

0,21 0,04

41 1,49 0,23

0,80 0,14

0,22 0,06

0,24 0,10

0,19 0,07

0,22 0,06

42 3,25 0,73

0,89 0,15

0,24 0,06

0,24 0,05

0,24 0,06

0,24 0,07

43 3,06 0,55

1,18 0,27

0,31 0,13

0,33 0,15

0,30 0,11

0,30 0,12

44 2,22 0,42

1,09 0,32

0,38 0,08

0,40 0,11

0,36 0,07

0,44 0,13

45 1,90 0,33

0,93 0,07

0,28 0,06

0,31 0,05

0,28 0,05

0,31 0,05

46 2,56 0,29

0,87 0,28

0,11 0,02

0,17 0,05

0,13 0,04

0,18 0,08

47 2,45 0,14

1,17 0,91

0,17 0,10

0,23 0,14

0,17 0,07

0,20 0,10

48 2,13 0,15

0,78 0,18

0,11 0,04

0,14 0,04

0,12 0,04

0,13 0,06

49 1,98 0,22

0,66 0,08

0,13 0,03

0,15 0,04

0,13 0,03

0,14 0,03

continua

188

conclusão Turbidez Média e Desvio Padrão (UNT)

Carreira Água Bruta

Água Decantada

F1 F2 F3 F4

50 2,36 0,16

1,22 0,18

0,24 0,08

0,27 0,08

0,20 0,06

0,22 0,06

51 2,24 0,29

1,16 0,14

0,21 0,09

0,22 0,08

0,19 0,08

0,17 0,06

52 1,83 0,12

0,98 0,08

0,28 0,10

0,29 0,08

0,26 0,09

0,28 0,09

53 3,11 0,20

1,00 0,16

0,22 0,06

0,22 0,04

0,20 0,06

0,20 0,04

54 2,34 0,48

0,98 0,11

0,30 0,11

0,30 0,11

0,28 0,13

0,27 0,10

55 2,23 0,44

1,17 0,10

0,33 0,11

0,32 0,09

0,31 0,11

0,33 0,09

56 2,08 0,08

1,09 0,13

0,34 0,10

0,36 0,09

0,32 0,09

0,37 0,09

57 2,08 0,08

1,09 0,13

0,34 0,10

0,36 0,09

0,32 0,09

0,37 0,09

58 2,36 0,06

1,49 0,27

0,34 0,10

0,42 0,09

0,32 0,07

0,43 0,06

59 2,64 0,26

1,21 0,13

0,38 0,08

0,40 0,08

0,34 0,07

0,37 0,05

60 3,49 0,64

0,98 0,12

0,28 0,09

0,28 0,07

0,25 0,06

0,27 0,07

61 2,68 0,35

0,91 0,10

0,26 0,09

0,25 0,06

0,23 0,07

0,23 0,06

62 2,55 0,31

1,05 0,28

0,23 0,06

0,23 0,05

0,23 0,05

0,24 0,05

63 2,23 0,97

0,93 0,15

0,20 0,06

0,24 0,05

0,18 0,04

0,21 0,04

Média Total 2,36 1,13 0,25 0,28 0,25 0,29

189

Como dito anteriormente, os efluentes dos filtros de antracito, F1 e F3, apresentam

qualidade ligeiramente superior aos filtros de areia, F2 e F4, mas nada muito

significativo. A grande supremacia dos filtros de antracito em relação aos filtros de

areia está no tocante à evolução de perda de carga e duração das carreiras de

filtração.

Acredita-se que esta diferença de comportamento esteja diretamente associada às

características geométricas dos materiais filtrantes (coeficientes de esfericidade e

porosidade). Com a finalidade de permitir uma melhor análise de suas

características físicas, grãos de antracito e areia foram fotografados e estão

apresentados nas Figuras 5.131 e 5.132, respectivamente.

Figura 5.131 – Vista dos grãos de antracito empregados na montagem dos filtros F1 e F3 (aumento

de 10 vezes)

190

Figura 5.132 – Vista dos grãos de areia empregados na montagem dos filtros F2 e F4 (aumento de 10

vezes)

Analisando-se as Figuras 5.131 e 5.132, observar-se que, comparativamente, os

grãos de antracito possuem formatos angulosos e os grãos de areia, formatos

arredondados. Ou seja, os grãos de areia apresentam um maior coeficiente de

esfericidade do que quando comparado com os grãos de antracito e, assim sendo,

espera-se que a porosidade do antracito seja maior do que quando comparada com

a porosidade da areia. Usualmente, os coeficientes de esfericidade da areia e do

antracito são da ordem de 0,80 e 0,50, respectivamente. Os valores de porosidade

da areia e do antracito são iguais a 0,43 e 0,55, respectivamente. Portanto, o melhor

comportamento do antracito em relação à areia em sistemas de filtração pode ser

justificado pelos diferentes de índices físicos dos materiais em questão.

191



Nesta terceira etapa, foram realizadas quinze carreiras de filtração. Devido à

quantidade elevada de resultados experimentais, serão apresentados alguns


estão apresentados no ANEXO C.

Esta etapa foi caracterizada pelo aumento da altura do leito filtrante para os filtros F3

e F4 com o objetivo de obter uma possível melhora na qualidade da água filtrada em

termos de turbidez. Assim, os filtros F1 e F3 foram constituídos de antracito, e F2 e

F4, de areia. A altura de leito filtrante foi de 120 cm para F1 e F2, e de 160 cm para

F3 e F4.






uniformidade

Diâmetro efetivo

F1 Antracito 120 cm 1,30 1,30 mm

F2 Areia 120 cm 1,30 1,30 mm F3 Antracito 160 cm 1,30 1,30 mm F4 Areia 160 cm 1,30 1,30 mm


m3/m2/dia.


decantada e filtrada, qualidade do efluente produzido pelos filtros piloto F1 e F3,

qualidade do efluente produzido pelos filtros piloto F2 e F4 e evolução de perda de

carga para a Carreira de Filtração 64, respectivamente. Os resultados operacionais

relativos à Carreira de Filtração 64 encontram-se no Anexo C.

192

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 64

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



193

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0 h

8 h

16 h

23 h

Tempo (horas)

Perd

a de

car

ga (m

)



194

Analisando-se a Figura 5.133, pode-se notar que, apesar da grande variação de

qualidade da água bruta (1,0 - 2,5 UNT), a turbidez da água decantada permaneceu

relativamente constante em torno de 1,0 UNT.

Através das Figuras 5.134 e 5.135 é possível ver mais claramente como foi mais

vantajoso, em termos de turbidez do efluente, o aumento de leito filtrante para o filtro

de antracito do que para o de areia.

O encerramento da carreira do filtro F3 se deu pelo critério de perda de carga com

16 horas de operação, enquanto F1, F2 e F4 tiveram suas carreiras encerradas com

23h devido a apresentarem valores de turbidez acima de 0,5 UNT. Este aumento de

turbidez coincidiu com o período de lavagem de um dos dois decantadores da ETA

Rio Grande que alimentam os filtros piloto, e conseqüente piora de qualidade da

água decantada.

Analisando-se a Figura 5.136, nota-se que o filtro F2 apresentou maior evolução de

perda de carga em relação ao filtro F4, assim como o filtro F3 em relação ao filtro F1.

Esta maior evolução de perda de carga está diretamente associada ao fato de que a

qualidade da água filtrada produzida pelos filtros F2 e F3 foi bastante superior

quando comparada com os filtros F4 e F1, respectivamente. Como a retenção de

impurezas foi maior para os filtros F2 e F3 do que para os filtros F1 e F4, a lógica

indica que a sua evolução de perda de carga tenderá a ser maior, o que foi

justamente o que ocorreu.






195

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



196

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

22 h

oras

28 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



197

A qualidade da água bruta apresentou-se novamente instável (2,0 a 3,0 UNT),

enquanto que a qualidade da água decantada foi relativamente constante, em torno

de 1,0 UNT.

Os filtros comportaram-se de maneira muito satisfatória apresentando baixos valores

de turbidez.

As carreiras dos filtros de antracito, F1 e F3, foram encerradas pelo critério de perda

de carga máxima, com tempo de duração 36 e 22 horas, respectivamente. Os filtros

de areia, F2 e F4, tiveram ambos, suas carreiras encerradas por tempo máximo de

duração, 40h.

A Figura 5.138 deixa claro que o aumento de leito para o filtro de antracito foi

positivamente significativo. Entretanto, para os filtros de areia (Figura 5.139), o

aumento de leito não foi vantajoso, em termos de qualidade do efluente.

Embora o filtro F1 e F3 tenham tido diferentes comportamentos com respeito à

qualidade da água filtrada, os valores de perda de carga foram bastante

semelhantes, não se tendo notado diferenças significativas entre estes.






198

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)


l


Filtração 71

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



199

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,90

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

28 h

oras

36 h

oras

40 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



200

Assim como a água bruta (2,5 a 3,5 UNT), a água decantada (1,0 a 2,0 UNT)

também apresentou flutuações nos valores de turdidez.

Nesta carreira, como a turbidez dos filtros de areia (F2 e F4) se mostraram muito

elevadas (0,4 a 0,5 UNT) desde o início de operação, decidiu-se por não considerar

os valores de turbidez acima de 0,5 UNT como critério de interrupção das carreiras.

Sendo assim, os filtros de areia, F2 e F4, tiveram duração de 40 horas, e os filtros de

antracito, F1 e F3, tiveram suas carreiras encerradas pelo critério de perda de carga

limite, com duração de 38 e 26 horas respectivamente.

Considerando a altura de leito, mais uma vez, é evidente o ganho que se tem com o

aumento do leito do filtro de antracito, enquanto que para a areia é indiferente.

Com relação à evolução de perda de carga, pode-se notar que não há diferenças

significativas entre os filtros F1 e F3, e nem entre os filtros F2 e F4.






201

0

1

2

3

4

5

6

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



Filtração 78

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



202

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,90

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

28 h

oras

35 h

oras

38 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



203

Nesta carreira, água bruta (2,0 a 3,0 UNT) e a água decantada (1,0 a 2,0 UNT)

apresentaram flutuações em seus valores de turbidez.

Similarmente à carreira anterior, os filtros de areia apresentaram altos valores de

turbidez (0,4 a 0,5 UNT) desde o início dos ensaios. Assim, os filtros F2 e F4 tiveram

suas carreiras encerradas com 40 horas de duração, e as carreiras dos filtros F1 e

F3 foram encerradas por perda de carga limite com 38 e 27 horas de duração,

respectivamente.

Mais uma vez, o aumento de leito para o filtro de antracito foi vantajoso, enquanto

que para o filtro de areia foi indiferente em termos de qualidade do efluente.

No tocante à perda de carga, não houve diferenças significativas entre os filtros.

A Tabela 5.6 apresenta um quadro resumo com os valores de média e desvio

padrão para os valores de turbidez da água bruta, decantada e filtrada para as

carreiras de filtração 1 a 15 realizadas na Etapa 3.

204



Bruta Água


64 1,82 0,60

0,93 0,16

0,21 0,09

0,23 0,11

0,13 0,02

0,30 0,17

65 1,71 0,38

1,05 0,08

0,25 0,05

0,26 0,04

0,16 0,03

0,26 0,05

66 1,54 0,28

0,87 0,16

0,18 0,06

0,20 0,06

0,13 0,04

0,21 0,14

67 2,56 0,91

1,39 0,32

0,30 0,07

0,96 0,39

0,11 0,05

1,05 0,55

68 2,42 0,24

1,01 0,22

0,20 0,02

0,38 0,28

0,07 0,01

0,36 0,31

69 3,16 0,77

1,08 0,14

0,19 0,04

0,30 0,14

0,08 0,06

0,31 0,19

70 3,46 0,29

1,69 0,28

0,34 0,04

0,50 0,09

0,21 0,03

0,39 0,07

71 2,84 0,54

1,53 0,28

0,39 0,10

0,57 0,13

0,22 0,05

0,54 0,11

72 2,82 0,23

1,48 0,22

0,37 0,07

0,59 0,11

0,22 0,04

0,45 0,07

73 2,69 0,48

1,08 0,22

0,36 0,11

0,54 0,12

0,22 0,07

0,39 0,09

74 2,64 0,22

1,12 0,21

0,38 0,11

0,59 0,09

0,24 0,08

0,40 0,10

75 2,31 0,18

0,87 0,21

0,31 0,08

0,50 0,07

0,19 0,06

0,31 0,06

76 2,42 0,29

1,23 0,50

0,36 0,12

0,56 0,15

0,24 0,10

0,39 0,13

77 2,56 0,08

1,32 0,19

0,41 0,11

0,70 0,11

0,30 0,10

0,50 0,10

78 2,35 0,43

1,29 0,11

0,49 0,14

0,78 0,12

0,31 0,10

0,51 0,12

Média Total 2,49 1,20 0,32 0,51 0,19 0,42

205

Analisando-se a tabela anterior, nota-se que, com o aumento da altura do material

filtrante de 120 cm para 160 cm, pode-se esperar uma melhora na qualidade da

água filtrada, seja para os filtros constituídos de antracito como para os filtros de

areia.

Outro fato relevante a se observar é que os filtros constituídos de antracito, seja com

120 cm ou 160 cm de altura, foram sempre melhores do que os filtros de areia.

Acredita-se que as principais razões para este comportamento estejam associadas

às diferenças de características físicas entre ambos os materiais filtrantes

(coeficientes de esfericidade e porosidade).

A maior angulosidade do antracito em relação à areia pode ter proporcionado

melhores condições para a deposição das partículas coloidais ao longo de sua

profundidade.


RELATIVOS À CONTAGEM DE PARTÍCULAS

Para o estudo experimental dos sistemas de filtração, além de se considerar o

parâmetro turbidez, foram coletadas em intervalos regulares de tempo amostras

para a determinação da contagem de partículas da água decantada e filtrada

produzida pelos filtros piloto. A contagem de partículas foi efetuada na faixa de 2,0

µm a 20 µm. Devido a problemas inerentes ao equipamento de contagem de

partículas, não foi possível a realização deste ensaio para todas as carreiras de

filtração.

Os valores de contagem de partículas para algumas carreiras de filtração associadas

às Etapas 1, 2 e 3, estão apresentadas nas Figuras 5.149 a 5.160. Os resultados

inerentes às demais carreiras de filtração referentes às Etapas 1, 2 e 3 estão

apresentados no Anexo A, B e C, respectivamente.

206

Contagem de Particulas para a faixa entre 2,0 e 20,0 micron

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0

2000,0

Água decantada Filtro F1 Filtro F2 Filtro F3 Filtro F4

Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml

T=2 horasT=10 horasT=20 horasT=30 horas

Figura 5.149 – Contagem de partículas para a água decantada e filtrada dos filtros piloto F1 a F4.



0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml




207


0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

6000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml

T=2 horas

T=10 horas




0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml




208


0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml





0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml


Figura 5.154– Contagem de partículas para a água decantada e filtrada dos filtros piloto F1 a F4.


209


0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0

4000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml





0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

6000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml




210


0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml





0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml




211


0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0

4000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml

T=8 horasT=16 horasT=24 horasT=32 horasT=40 horas




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0

4000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml




212

Observando-se os valores de contagem de partículas para a água decantada e

filtrada para todas as carreiras de filtração conduzidas até então, pôde-se notar que

os valores obtidos para a água filtrada foram relativamente elevados.

Deste modo, levantou-se a suspeita de que a ETA Rio Grande estivesse trabalhando

em condições de coagulação críticas ou subcríticas, isto é, operando com uma

dosagem de coagulante em condições inferiores às normais. Assim sendo, um

grande número de partículas coloidais presentes na água decantada, ao não terem

sido devidamente coaguladas, estaria ainda presentes na água decantada e, não

tendo sido desestabilizadas quimicamente, não apresentariam condições de serem

removidas no processo de filtração.

Pode-se notar também que os valores de contagem de partículas para a água

decantada variaram muito ao longo dos ensaios experimentais, ou seja, este tipo de

ensaio se mostra muito sensível na avaliação da qualidade da água, podendo ser

utilizado apenas como um indicativo do desempenho dos sistemas de filtração.

Assim, o parâmetro turbidez se mostra adequado e é usado como Padrão de

Potabilidade.

A Figura 5.161 apresenta o gráfico com valores de turbidez da água decantada em

relação aos seus valores de contagem de partículas.

y = 1327,4xR2 = -0,0765

0

2000

4000

6000

8000

10000

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Turbidez da Água Decantada (UNT)

Partí

cula

s - Á

gua

Dec

anta

da (#

/mL)

Figura 5.161 – Turbidez da água decantada em função dos seus valores de contagem de partículas

para a faixa de 2 μm a 20 μm

213

A variação de contagem de partículas na água decantada com relação ao seu

aumento de turbidez não apresentou uma tendência linear.

As Figuras 5.162 a 5.165 apresentam a relação entre contagem de partículas da

água decantada com a contagem de partículas dos filtros F1 a F4.

y = 0,171xR2 = 0,094

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 2000 4000 6000 8000 10000

Partículas - Água Decantada (#/mL)

Par

tícul

as -

F1 (#

/mL)

Figura 5.162 – Contagem de partículas da água decantada em função da contagem de partículas

para a água filtrada (Filtro F1) para a faixa de 2 μm a 20 μm

y = 0,2714xR2 = 0,1674

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2000 4000 6000 8000 10000


Par

tícul

as -

F2 (#

/mL)


para a água filtrada (Filtro F2) para a faixa de 2 μm a 20 μm

214

y = 0,1597xR2 = 0,4729

0

300

600

900

1200

1500

1800

0 2000 4000 6000 8000 10000


Par

tícul

as -

F3 (#

/mL)


para a água filtrada (Filtro F3) para a faixa de 2 μm a 20 μm.

y = 0,2022xR2 = -0,0251

0

400

800

1200

1600

2000

0 2000 4000 6000 8000 10000


Par

tícul

as -

F4 (#

/mL)


para a água filtrada (Filtro F4) para a faixa de 2 μm a 20 μm Analisando-se as Figuras 5.162 a 5.165, pode-se notar que, em termos de contagem

de partículas, quando há a deterioração da qualidade da água decantada, o mesmo

215

ocorre com a qualidade da água filtrada. Este mesmo comportamento foi observado

no tocante ao parâmetro turbidez, ou seja, quando houve aumento nos valores de

turbidez da água decantada, houve aumento nos valores de turbidez da água

filtrada.

Os gráficos das Figuras 5.166 a 5.169 apresentam a relação entre turbidez da água

decantada com a contagem de partículas da água filtrada dos filtros F1, F2, F3 e F4,

respectivamente.

y = 276,99xR2 = -0,0773

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 0,5 1 1,5 2 2,5


Par

tícul

as -

F1 (#

/mL)

Figura 5.166 – Qualidade da água decantada em função da contagem de partículas para a água

filtrada (Filtro F1) para a faixa de 2 μm a 20 μm

216

y = 434,7xR2 = -0,0731

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0,5 1 1,5 2 2,5


Par

tícul

as -

F2 (#

/mL)



y = 215,73xR2 = -0,062

0

300

600

900

1200

1500

1800

0 0,5 1 1,5 2 2,5


Par

tícul

as -

F3 (#

/mL)



217

y = 363,21xR2 = -0,0654

0

400

800

1200

1600

2000

0 0,5 1 1,5 2 2,5


Par

tícul

as -

F4 (#

/mL)



Nota-se que o efeito de deterioração (para os valores de contagem de partículas)

citado anteriormente foi mais evidente do que quando comparado aos valores da

água decantada.

E, da mesma foram que não se obteve uma boa relação entre os valores de turbidez

da água decantada e sua contagem de partículas (Figura 5.161), também não houve

uma boa relação entre os valores de turbidez da água decantada e contagem de

partículas na água filtrada.

As Figuras 5.170 a 5.173 apresentam os valores de contagem de partículas para a

água filtrada em função de seus valores de turbidez para os filtros F1, F2, F3 e F4.

218

y = 1899xR2 = 0,2089

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Turbidez da Água Filtrada - F1 (UNT)

Par

tícul

as -

F1 (#

/mL)

Figura 5.170 – Qualidade da água filtrada (Filtro F1) em função da contagem de partículas para a

água filtrada (Filtro F1) para a faixa de 2 μm a 20 μm

y = 2116,4xR2 = 0,3718

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1


Par

tícul

as -

F2 (#

/mL)



219

y = 1470,4xR2 = 0,0198

0

300

600

900

1200

1500

1800

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5


Par

tícul

as -

F3 (#

/mL)



y = 1587,4xR2 = 0,0574

0

400

800

1200

1600

2000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1


Par

tícul

as -

F4 (#

/mL)



Nota-se que, com o aumento da turbidez da água filtrada, houve um aumento

proporcional nos valores de contagem de partículas.

220


RELATIVOS AOS ENSAIOS DE FLUIDIFICAÇÃO E EXPANSÃO

5.5.1 Apresentação e análise dos resultados experimentais relativos aos ensaios de fluidificação e expansão – Etapa 1

A Figura 5.174 apresenta as curvas de perda de carga em função das velocidades

ascensionais de água de lavagem para os quatro filtros piloto empregados na

investigação experimental.

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Velocidade Ascencional de Água de Lavagem (m3/m2/dia)

Perd

a de

Car

ga (c

m)

Filtro F1 - Areia (0,42 mm) - Antracito (1,3 mm) Filtro F2 - Antracito (1,3 mm)

Filtro F3 - Antracito (0,76 mm) Filtro F4 - Areia (0,74 mm)

Figura 5.174 – Perda de carga em função da velocidade ascensional de água de lavagem para os filtros piloto F1, F2, F3 e F4

221

Através dos resultados experimentais obtidos, foram calculadas as Velocidades

Mínimas de Fluidificação (VMF), sendo estas chamadas de VMF observadas.

Posteriormente, obteve-se os valores de Velocidade Mínima de Fluidificação, VMF

calculadas, empregando-se a metodologia proposta por FERREIRA FILHO (1995),

de acordo com as Equações 5.3, 5.4, 5.5 e 5.6 a seguir:

( )2

3 ...

μ

ρρρ gdGa pi −

= (5.3)

( )[ ] 7,33.0408,07,33Re 212 −+= Ga

iMF (5.4)

νiMF

MFdV

ii

.Re = (5.5)

∑=

=n

iiMFMF xVV

i1

. (5.6)

VMF = velocidade mínima de fluidificação (LT-1). GA = número de Galileu.

A Tabela 5.7 apresenta os valores de velocidade mínima de fluidificação observados

e calculados para os filtros piloto empregados na investigação experimental.

222

Tabela 5.7 – Velocidades mínimas de fluidificação observadas e calculadas para os filtros piloto F1, F2, F3 e F4. Etapa 1

Filtro Piloto VMF observada (m/dia)

VMF calculada (m/dia)

Erro percentual (%)

F1 548,7 685,1 24,8 F2 843,2 772,1 -8,4 F3 675,9 581,8 -13,9 F4 970,8 1.152,2 18,7

Conforme se pode observar pelos resultados experimentais apresentados na Figura

5.174 e na Tabela 5.7, o filtro piloto F4 composto unicamente por areia como

material filtrante foi o que apresentou o maior valor de velocidade mínima de

fluidificação quando comparado com os demais. Ainda que sua granulometria tenha

sido menor quando comparado com os filtros piloto F2 e F3 compostos unicamente

por antracito como material filtrante, em função do maior valor da massa específica

da areia quando comparado com o antracito, este maior valor se justifica.

A importância na determinação do valor da velocidade mínima de fluidificação

justifica-se, pois, dado que uma das tecnologias de lavagem de materiais filtrantes

que têm sido mais empregadas em meios filtrantes do tipo camada profunda é do

tipo lavagem com ar e água simultaneamente em condições de sub-fluidificação,

quanto menor for esta, menores tenderão a ser os volumes de água de lavagem

gasto no processo, assumindo-se que os tempos de lavagem sejam os mesmos.

Deste modo, os filtros do tipo camada profunda sendo constituídos por antracito

unicamente como material filtrante tendem a ser mais vantajosos do que os filtros de

areia no que diz respeito a um menor consumo de água de lavagem, com

conseqüente vantagem também na concepção e projeto do seu sistema de

tratamento de resíduos líquidos e sólidos.

Comparando-se as velocidades mínimas de fluidificação observadas e calculadas

apresentadas na Tabela 5.7, pode-se observar que as mesmas estão muito

próximas entre si, com erros percentuais da ordem de -15% a 25%, o que pode ser

considerado bastante razoável do ponto de vista de engenharia.

A Figura 5.175 apresenta os valores de expansão dos materiais filtrantes em função

da velocidade ascensional de água de lavagem para os filtros piloto F1, F2, F3 e F4.

223

5

10

15

20

25

30

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300

Velocidade ascencional de água de lavagem (m3/m2/dia)

Exp

ansã

o (%

)

Filtro F1 - Areia (0,42 mm) - Antracito (1,3 mm) Filtro F2 - Antracito (1,3 mm)


Figura 5.175 – Expansão dos materiais filtrantes dos filtros piloto em função da velocidade ascensional de água de lavagem

Observando-se a Figura 5.175, pode-se notar que o filtro piloto F4, que possui

concepção idêntica aos filtros atualmente em operação na ala “nova” da ETA Rio

Grande, é aquele que, para uma determinada expansão do material filtrante, requer

a maior velocidade ascensional de água de lavagem.

Os filtros da ala “nova” foram concebidos para serem lavados com ar seguido de

água e, em função destes serem do tipo camada profunda, a sua lavagem com ar é

absolutamente fundamental. Esta lavagem, por sua vez, pode causar acúmulo de ar

nos interstícios do material filtrante e camada suporte, levando a possíveis prejuízos

às carreiras seguintes com relação à deterioração da qualidade da água filtrada e

evolução de perda de carga.

Para remover o ar acumulado é necessário que se aplique água de lavagem em

contra-corrente com velocidade ascensional que permita a sua expansão em valores

que se situem entre 10% a 20%.

224

Para o filtro F4, similar ao atualmente implantado e em operação na ETA Rio

Grande, a fim de que seja possível garantir a sua expansão em 20%, a sua

velocidade ascensional de água de lavagem deve ser da ordem de 1.700 m3/m2/dia.

Para os filtros piloto F2 e F3 compostos por antracito como material filtrante, as suas

velocidades ascensionais de água de lavagem para a mesma expansão de 20%

devem situar-se em torno de 1.300 m3/m2/dia e 1.030 m3/m2/dia, respectivamente.

Para o filtro piloto F1, para se obter uma expansão de 20%, sua velocidade

ascensional deve situar-se em torno de 1.000 m3/m2/dia.

Ainda que o filtro piloto F2, composto por antracito como material filtrante (Diâmetro

efetivo 1,3 mm), tenha uma granulometria maior do que quando comparado com o

filtro piloto F4 (Areia – Diâmetro efetivo 0,74 mm), aquele ainda necessita de uma

menor velocidade ascensional de água de lavagem para uma mesma expansão. Tal

comportamento justifica-se pelo fato do antracito apresentar menor valor de massa

específica quando comparado com a areia.

O filtro piloto F3 (Antracito – Diâmetro efetivo 0,76 mm), pelas razões expostas

acima, possuindo granulometria similar ao filtro piloto F4 (Areia – Diâmetro efetivo

0,74 mm), para uma mesma velocidade ascensional de água de lavagem,

apresentou maiores valores de expansão.

Do ponto de vista prático, ressalta-se que os filtros compostos unicamente por

antracito como material filtrante (Filtros Piloto F2 e F3), por apresentarem menores

valores de velocidade ascensional de água de lavagem para uma mesma expansão

quando comparados com o filtro piloto F4, tendem a ser mais vantajosos com

respeito a um menor consumo de água de lavagem, fato este que deve ser levado

em conta quando da reforma dos filtros da ala “velha”.

5.5.2 Apresentação e análise dos resultados experimentais relativos aos ensaios de fluidificação e expansão – Etapa 2 e 3

Os ensaios foram realizados apenas para a Etapa 2, porém os resultados são

válidos também para a Etapa 3, visto que ambas utilizaram os mesmos materiais

filtrantes (areia e antracito).

225

Como F1 e F3 são iguais, assim como F2 e F4, os ensaios foram realizados apenas

para duas concepções diferentes.

A Figura 5.176 apresenta as curvas de perda de carga em função das velocidades

ascensionais de água de lavagem para os filtros piloto empregados na investigação

experimental.

0

20

40

60

80

100

120

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700

Velocidade Ascencional de Água de Lavagem (m3/m2/dia)

Per

da d

e Ca

rga

(cm

)


Figura 5.176 – Perda de carga em função da velocidade ascensional de água de lavagem para os filtros piloto F1 e F2

A Tabela 5.8 apresenta os valores de velocidade mínima de fluidificação observados

e calculados para os filtros piloto empregados na investigação experimental, valores

estes obtidos de maneira análoga à subseção anterior referente à Etapa 1.

226

Tabela 5.8 – Velocidades mínimas de fluidificação observadas e calculadas para os filtros piloto F1 e F2. Etapa 2 e 3

Filtro Piloto VMF observada (m/dia)

VMF calculada (m/dia)

Erro percentual (%)

F1 788,7 772,0 -2,1 F2 1647,5 1562,5 -5,2

Apesar de se tratar de filtros de mesma granulometria, o filtro F1 (antracito)

apresentou o menor valor de velocidade mínima de fluidificação quando comparado

ao filtro F2 (areia). Isto se justifica em função do menor valor da massa específica do

antracito quando comparado com da areia.

Sabendo-se que quanto menor for velocidade mínima de fluidificação, menores

tenderão a ser os volumes de água de lavagem gasto no processo, pode-se dizer

que os filtros do tipo camada profunda sendo constituídos por antracito unicamente

como material filtrante tendem a ser mais vantajosos do que os filtros de areia no

que diz respeito a um menor consumo de água de lavagem, com conseqüente

vantagem também na concepção e projeto do seu sistema de tratamento de

resíduos líquidos e sólidos.

Comparando-se as velocidades mínimas de fluidificação observadas e calculadas

apresentadas na Tabela 5.8, pode-se observar que as mesmas estão muito

próximas entre si, com erros percentuais da ordem de -2% a -5%, o que pode ser

considerado desprezível.

A Figura 5.177 apresenta os valores de expansão dos materiais filtrantes em função

da velocidade ascensional de água de lavagem para os filtros piloto F1 e F2.

227

5

10

15

20

25

30

700 1200 1700 2200 2700

Velocidade ascencional de água de lavagem (m3/m2/dia)

Expa

nsão

(%)

Filtro F1 - Antracito (1,3mm) Filtro F2 - Areia (1,3 mm)

Figura 5.177 – Expansão dos materiais filtrantes dos filtros piloto em função da velocidade ascensional de água de lavagem

Observando-se a Figura 5.177, pode-se notar que o filtro piloto F2 (areia), é aquele

que, para uma determinada expansão do material filtrante, requer a maior velocidade

ascensional de água de lavagem. A fim de que seja possível garantir a sua

expansão em 20%, a sua velocidade ascensional de água de lavagem deve ser da

ordem de 2.500 m3/m2/dia.

Apesar do filtro piloto F1 (antracito), ter a mesma granulometria que o filtro piloto F2,

aquele necessita de uma menor velocidade ascensional de água de lavagem para

uma mesma expansão, cerca de 1.170 m3/m2/dia para 20% de expansão. Tal

comportamento justifica-se pelo fato do antracito apresentar menor valor de massa

específica quando comparado com a areia.

Assim, ressalta-se que os filtros compostos unicamente por antracito como material

filtrante (Filtro Piloto F1), por apresentarem menor valor de velocidade ascensional

de água de lavagem para uma mesma expansão quando comparados com o filtro

piloto F2, tendem a ser mais vantajosos com respeito a um menor consumo de água

de lavagem.

228

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Com base nos resultados experimentais obtidos na Etapa 1, pôde-se concluir que:

• O filtro piloto que apresentou melhores resultados com respeito à

menor evolução de perda de carga, maior duração da carreira de

filtração e qualidade de água filtrada satisfatória foi o F2 (Antracito 1,3

mm).

• Durante o período em que os filtros piloto F1, F2, F3 e F4 operaram em

paralelo, não foi observada nenhuma diferença significativa entre a

qualidade da água filtrada em cada um destes em termos de turbidez,

tendo sido a taxa de evolução de perda de carga o parâmetro de maior

distinção.

• Dentre os filtros piloto operados, o filtro F4 pode ser considerado o de

pior comportamento quando comparado com os demais. Filtros rápidos

por gravidade do tipo camada profunda são dimensionados para

trabalharem com materiais filtrantes com profundidades da ordem de

1,2 metros a 1,8 metros, diâmetro efetivo de 1,2 mm a 1,5 mm e

coeficiente de uniformidade menor do que 1,5. O material filtrante

empregado para a montagem do filtro piloto F4 (Areia 0,74 mm) que,

inclusive, é o material filtrante utilizado nos filtros da ala “nova” da ETA

Rio Grande, possui características granulométricas que podem ser

consideradas incompatíveis com filtros do tipo camada profunda,

especialmente no tocante ao seu diâmetro efetivo, o que justifica o

comportamento inadequado com respeito à evolução de perda de

carga e baixa duração das carreiras de filtração.

• Atualmente, os filtros pertencentes à ala “nova” encontram-se

operando com uma taxa de filtração da ordem de 300 m3/m2/dia, valor

este que pode ser considerado com reduzido em se tratando de filtros

rápidos por gravidade do tipo camada profunda. Operando deste modo,

os filtros atualmente implantados são capazes de produzirem água

filtrada com qualidade adequada e com uma evolução de perda de

carga que permitam que os mesmos operem com duração da carreira

229

de filtração da ordem de 24 horas a 30 horas. No entanto, caso a

vazão da ETA Rio Grande seja aumentada dos atuais 4,5 m3/s para 8,0

m3/s, os filtros terão que trabalhar com taxas de filtração da ordem de

500 m3/m2/dia e, de acordo com os resultados experimentais obtidos,

estes terão muita dificuldade em operar de forma confiável,

principalmente pela alta evolução de perda de carga observada e com

conseqüente diminuição da duração da carreira de filtração. Deste

modo, a sua concepção terá de ser necessariamente revista,

especialmente no tocante a definição do material filtrante, sua

composição granulométrica e altura.

• O fato de se acreditar que os mesmos resultados experimentais

apresentados pelo filtro piloto F2 constituído unicamente como

antracito como material filtrante, também poderiam ser obtidos

utilizando-se areia de idêntica granulometria como material filtrante,

levou-se à investigação experimental da Etapa 2.

Com base nos resultados experimentais obtidos na Etapa 2 e 3, pôde-se concluir

que:

• Desde que alimentados com a mesma água decantada, submetidos à

mesma taxa de filtração, e possuam a mesma granulometria e

profundidade de leito, os filtros constituídos de antracito como material

filtrante se comportaram melhor do que os filtros constituídos de areia

no tocante à qualidade da água filtrada, evolução de perda de carga e

duração das carreiras de filtração.

• Acredita-se que as características físicas dos materiais filtrantes, mais

explicitamente, os coeficientes de esfericidade e porosidade,

justifiquem a diferença de comportamento entre a areia e o antracito

como materiais filtrantes.

• O aumento da profundidade do material filtrante de 120 cm para 160

cm proporcionou uma significativa melhora na qualidade da água

filtrada, especialmente para os filtros constituídos de antracito, porém

não se observou alteração de comportamento no tocante à evolução

de perda de carga.

230

• Desta forma, recomenda-se que filtros de camada profunda

trabalhando com taxas de filtração em torno de 500 m3/m2/dia, devem

apresentar relações entre espessura e diâmetro efetivo superiores a

1250, sendo recomendáveis valores próximos de 1500.

Considerando-se o estudo experimental realizado em todas as etapas, conclui-se

que:

• Os resultados experimentais apresentados indicam de forma bastante

clara que, quando melhor for a qualidade da água decantada, melhores

tenderão a ser o comportamento do sistema de filtração com respeito à

qualidade da água filtrada, evolução de perda de carga e tempo de

duração da carreira. Assim sendo, todos os esforços que forem

efetuados tendo por propósito garantir uma melhora da qualidade da

água decantada serão extremamente benéficos ao sistema de filtração,

tanto com respeito à qualidade da água filtrada e evolução da perda de

carga.

• Portanto, um controle efetivo do processo de coagulação e floculação

que possibilite a produção de uma água decantada com valores de

turbidez inferior a 1,0 UNT deve ser considerado como uma excelente

estratégia operacional de melhoria do sistema de filtração atualmente

implantado na ETA Rio Grande.

• Assim sendo, a estabilidade da qualidade da água decantada ao longo

do tempo em termos de turbidez é uma garantia de que o sistema de

filtração terá todas as condições ótimas de operação respeitadas e,

deste modo, a produção de água filtrada com padrão de qualidade

consistente deverá ocorrer ao longo de toda carreira de filtração.

• Com respeito aos valores de contagem de partículas, suspeita-se que,

em determinados períodos de tempo, a ETA Rio Grande esteja

trabalhando em condições de coagulação críticas ou subcríticas, isto é,

operando com uma dosagem de coagulante em condições inferiores às

normais. Assim sendo, um grande número de partículas coloidais

presentes na água decantada, ao não terem sido devidamente

coaguladas, podem ainda estar presente na água decantada e, não

231

tendo sido desestabilizadas quimicamente, não apresentariam

condições de serem removidas no processo de filtração, o que tende a

se refletir na qualidade da água filtrada.

• Sugere-se, portanto, que para que seja possível a otimização do

processo de filtração, necessariamente também deverá ser otimizado o

processo de coagulação.

• A adoção do antracito como material filtrante do tipo camada única e

profunda apresenta como vantagens o fato de permitir uma menor

velocidade ascensional de água de lavagem para uma determinada

expansão quando comparado com um filtro de areia de idêntica

granulometria, o que pode apresentar uma grande economia no

tocante aos custos do sistema de lavagem, recuperação da água de

lavagem e seu posterior tratamento.

232

REFERÊNCIAS

American Water Works Association. Water quality and treatment. 5th ed. New York: McGraw Hill, 1999. AMIRTHARAJAH, A.; CLEASBY, J. L. Predicting expansion of filters during backwash. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 64, n. 1, p. 52-59, Jan. 1972. AMIRTHARAJAH, A. Optim backwashing of sand filters. Journal of the Environmental Engineering Division. [S.l.], v.104, n. 5, p. 917-932, Oct. 1978. AMIRTHARAJAH, A. Some theorical and conceptual views of filtration. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 80, n.12, p. 36-46, Dec. 1988. BAYLIS, J. R. Design criteria for rapid sand filters. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 51, n. 11, p. 1433-1454, Nov. 1959. CAMP, T. R. Theory of water filtration. Journal of the Sanitary Engineering Division. [S.l.], v. 90, n. 4, p. 1-30, Aug. 1964. CLEASBY, J. L.; WILLIAMSON, M. M.; BAUMANN, E. R. Effect of filtration rate changes on quality. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 55, n. 7, p. 869-877, Jul. 1963. CLEASBY, J. L.; SEJKORA, G. D. Effect of media intermixing on dual media filtration. Journal of the Environmental Engineering Division. [S.l.], v. 101, n. 4, p. 503-516, Aug. 1975. CLEASBY, J. L.; FAN, K. Predicting fluidization and expansion of filter media. Journal of the Environmental Engineering Division. [S.l.], v. 107, n. 3, p. 455-471, Jun. 1981. Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo. Curso básico de operação estação de tratamento de água: filtros. São Paulo: SABESP, 1983.

233

DHARMARAJAH, A. H.; CLEASBY, J. L. Predicting the expansion behaviour of filter media. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 78, n. 12, p. 66-76, Dec. 1986. DI BERNARDO, L.; PREZOTTI, J.C.S. Caminhamento da frente de impurezas em meios granulares de filtros operados com taxa constante. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 16. 1991, Goiânia. Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. DI BERNARDO, L. Métodos e técnicas de tratamento de água. 2ª ed. São Paulo: RIMA, 2005. ERGUN, S. Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress. [S.l.], v. 48, n. 2, p. 89-94, Feb. 1952. FAIR, G. M.; HATCH, L. P. Fundamental factors governing the streamline flow of water though sand. Journal American Water Works Association. [S.l.], n.25, p. 1551-1565, 1933. FAN, L.; MATSUURA, A. CHERN, S. Hydrodynamic characteristics of a gas-liquid-solid fluidized bed containing a binary mixture of particles. Journal of the American Institute of Chemical Engineering. [S.l.], v.31, n. 11, p.1801-1810, Nov. 1985. FERREIRA FILHO, S. S. Fluidificação e expansão de meios filtrantes duplos constituídos de areia-antracito e areia-carvão ativado granular. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 18., 1995, Salvador. Anais. Rio Janeiro: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 1995. 60 p. GINN, T. M..; AMIRTHARAJAH, A.; KARR, P. R. Effects of particle detachment in granular-media filtration. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 84, n. 2, p. 66-76, Feb. 1992. HUISMAN, L.; WOOD, W. F. Slow Sand Filtration. Geneva: World Health Organization, 1974, 122 p. IWASAKI, T. Some notes on sand filtration. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 29, n. 10, p. 1591-1597, 1937. KARAMANEV, D. G.; NIKOLOV, L. N. Bed expansion of liquid-solid inverse fluidization. Journal of the American Institute of Chemical Engineering. [S.l.], v. 38, n. 12, p. 1916-1922, Dec. 1992.

234

KAWAMURA, S. Design and operation of high-rate filters. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 91, n. 12, p. 77-90, Dec. 1999. MONTGOMERY, J. M. Water treatment principles and design. [S.l.]: Wiley-Interscience Publication, 1985. 696 p. O’MELIA, C. R.; CRAPPS, D. K. Some chemical aspects of rapid sand filtration. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 56, n. 11, p. 1326-1344, Nov. 1964. O’MELIA, C. R.; STUMM, W. Theory of water filtration. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 59, n. 11, p. 1393-1412, Nov. 1967. RICHARDSON, J. F.; ZAKI, W. N. Sedimentation and fluidization: part I. Transactions of the Institution of Chemical Engineering. [S.l.], v. 32, p. 35-53, 1954. TOBIASON, J. E.; O’MELIA, C. R. Physicochemical aspects of particle removal in depth filtration. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 80, n. 12, p. 54-64, Dec. 1988. TRUSSELL, R. R.; CHANG, M. M.; LANG, J. S.; HODGES Jr, W. E. Estimating the porosity of a full-scale anthracite filter bed. Journal American Water Works Association. [S.l.], v. 91, n. 12, p. 54-63, Dec. 1999. YAO, K.; HABIBIAN, M. T.; O’MELIA, C. R.; Water and wastewater filtration: concepts and applications. Environmental Science and Technology. [S.l.], v. 63, n. 11, p. 1105-1112, Nov. 1971.

235

ANEXO A – Resultados referentes aos ensaios de filtração e contagem de partículas da etapa 1

236

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)


Figura 1 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de Filtração 1

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)


Figura 2 – Qualidade da água filtrada dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de Filtração 1

237

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)


Figura 3 – Evolução de perda de carga dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de Filtração 1

238

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)


Figura 4 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F2 e F3. Carreira de Filtração 2

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)


Figura 5 – Qualidade da água filtrada dos filtros piloto F2 a F3. Carreira de Filtração 2

239

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

21 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)


Figura 6 – Evolução de perda de carga dos filtros piloto F2 a F3. Carreira de Filtração 2

240

0

1

2

3

4

5

6

7

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)


Figura 7 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de Filtração 3

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



241

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

40 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



242

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



243

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

40 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



244

0,000,501,001,502,002,503,003,504,004,505,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

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ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



245

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

22 h

oras

28 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

900,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml


Figura 16 – Contagem de partículas para a água decantada e filtrada dos filtros piloto F2 a F4. Carreira de Filtração 5

246

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



247

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

22 h

oras

28 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0

4000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



248

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



249

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 ho

ra

8 ho

ras

13 h

oras

20 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0

2000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



250

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



251

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 ho

ra

8 ho

ras

14 h

oras

20 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

40 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



252

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



253

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

40 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



254

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



255

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 ho

ra

8 ho

ras

13 h

oras

20 h

oras

28 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



256

0,000,501,001,502,002,503,003,504,004,505,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



257

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

22 h

oras

28 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



258

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



259

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 ho

ra

8 ho

ras

14 h

oras

20 h

oras

28 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



260

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



261

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 ho

ra

8 ho

ras

14 h

oras

20 h

oras

24 h

oras

30 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0

2000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



262

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0

0,25

hor

a

0,50

hor

a

0,75

hor

a

1 ho

ra

2 ho

ras

3 ho

ras

4 ho

ras

5 ho

ras

6 ho

ras

7 ho

ras

8 ho

ras

9 ho

ras

10 h

oras

11 h

oras

12 h

oras

13 h

oras

14 h

oras

15 h

oras

16 h

oras

17 h

oras

18 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)

Série1 Série2 Série6 Série3 Série4 Série5


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,25

hor

a

0,50

hor

a

0,75

hor

a

1 ho

ra

2 ho

ras

3 ho

ras

4 ho

ras

5 ho

ras

6 ho

ras

7 ho

ras

8 ho

ras

9 ho

ras

10 h

oras

11 h

oras

12 h

oras

13 h

oras

14 h

oras

15 h

oras

16 h

oras

17 h

oras

18 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



263

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

6000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml

T=2 horas

T=10 horas


264

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



265

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

20 h

oras

28 h

oras

32 h

oras

40 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



266

ANEXO B – Resultados referentes aos ensaios de filtração e contagem de partículas da etapa 2

267

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



268

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

3 ho

ras

11 h

oras

17 h

oras

22 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



269

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



270

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

22 h

oras

26 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



271

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



272

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

14 h

oras

20 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



273

0

0,5

1

1,5

2

2,50

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



274

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

30 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



275

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



276

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

22 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



277

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



278

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

20 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



279

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



280

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

14 h

oras

20 h

oras

22 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



281

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)


Figura 85 – Qualidade da água bruta, decantada e filtrada dos filtros piloto F1 a F4. Carreira de Filtração23

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



282

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

21 h

oras

24 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



283

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



284

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

29 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



285

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



286

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



287

0

0,5

1

1,5

2

2,5

30

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



288

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

31 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



289

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

40

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



290

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0

2000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



291

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



292

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

20 h

oras

24 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



293

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

40

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

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oras

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oras

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oras

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oras

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13 h

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Turb

idez

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T)



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a

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ras

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ras

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oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

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Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



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Tempo (horas)

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ero

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artíc

ulas

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Turb

idez

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13 h

oras

15 h

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oras

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Turb

idez

(UNT

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artíc

ulas

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idez

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oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

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25 h

oras

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Turb

idez

(UNT

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0,00

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ulas

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Turb

idez

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13 h

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21 h

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23 h

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oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

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Turb

idez

(UNT

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13 h

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Turb

idez

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a

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13 h

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15 h

oras

17 h

oras

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Turb

idez

(UNT

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artíc

ulas

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Turb

idez

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13 h

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oras

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oras

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Turb

idez

(UNT

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ulas

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Turb

idez

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oras

13 h

oras

15 h

oras

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Turb

idez

(UNT

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13 h

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Turb

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T)



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Turb

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Turb

idez

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T)



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13 h

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oras

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oras

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oras

37 h

oras

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Turb

idez

(UNT

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13 h

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oras

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oras

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Turb

idez

(UN

T)



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oras

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31 h

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33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

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Turb

idez

(UNT

)



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idez

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35 h

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oras

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Turb

idez

(UNT

)



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Turb

idez

(UN

T)



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oras

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oras

33 h

oras

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oras

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oras

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oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

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oras

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33 h

oras

35 h

oras

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3,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



346

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

32 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)



347

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



348

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

28 h

oras

32 h

oras

38 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

6000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



349

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



350

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



351

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

0,25

hor

a

0,50

hor

a

0,75

hor

a

1 ho

ra

2 ho

ras

3 ho

ras

4 ho

ras

5 ho

ras

6 ho

ras

7 ho

ras

8 ho

ras

9 ho

ras

10 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0

0,25

hor

a

0,50

hor

a

0,75

hor

a

1 ho

ra

2 ho

ras

3 ho

ras

4 ho

ras

5 ho

ras

6 ho

ras

7 ho

ras

8 ho

ras

9 ho

ras

10 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



352

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 ho

ra

8 ho

ras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

6000,0

7000,0

8000,0

9000,0

10000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



353

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,600,65

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



354

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

28 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

900,0

1000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



355

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

50

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



356

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

29 h

oras

32 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)

Série4Série2Série3Série1



0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0

4000,0

4500,0

5000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



357

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



358

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

30 h

oras

36 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



359

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,50

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



360

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

24 h

oras

28 h

oras

32 h

oras

38 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



361

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



362

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



363

ANEXO C – Resultados referentes aos ensaios de filtração e contagem de partículas da etapa 3

364

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



365

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0 h

8 h

16 h

23 h

Tempo (horas)

Perd

a de

car

ga (m

)




0,0

2000,0

4000,0

6000,0

8000,0

10000,0

12000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



366

0

0,5

1

1,5

2

2,5

30

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



367

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 h

8 h

16 h

22 h

28 h

Tempo (horas)

Perd

a de

car

ga (m

)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



368

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

0

0,25

hor

a

0,50

hor

a

0,75

hor

a

1 ho

ra

2 ho

ras

3 ho

ras

4 ho

ras

5 ho

ras

6 ho

ras

7 ho

ras

8 ho

ras

9 ho

ras

10 h

oras

11 h

oras

12 h

oras

13 h

oras

14 h

oras

15 h

oras

16 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UN

T)



0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0

0,25

hor

a

0,50

hor

a

0,75

hor

a

1 ho

ra

2 ho

ras

3 ho

ras

4 ho

ras

5 ho

ras

6 ho

ras

7 ho

ras

8 ho

ras

9 ho

ras

10 h

oras

11 h

oras

12 h

oras

13 h

oras

14 h

oras

15 h

oras

16 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

)



369

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0 ho

ra

8 ho

ras

16 h

oras

Tempo (horas)

Per

da d

e ca

rga

(m)




0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0


Núm

ero

de P

artíc

ulas

/ml



370

0

1

2

3

4

5

60

0,50

hor

a

1 ho

ra

3 ho

ras

5 ho

ras

7 ho

ras

9 ho

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31 h

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13 h

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15 h

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17 h

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19 h

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21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

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Turb

idez

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13 h

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23 h

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oras

27 h

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31 h

oras

33 h

oras

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Turb

idez

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hor

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idez

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13 h

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idez

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l


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a

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oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

oras

21 h

oras

23 h

oras

25 h

oras

27 h

oras

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idez

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Tempo (horas)

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(m)




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ulas

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idez

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ras

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ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

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19 h

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21 h

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23 h

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25 h

oras

27 h

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29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

37 h

oras

39 h

oras

Tempo (horas)

Turb

idez

(UNT

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Núm

ero

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artíc

ulas

/ml



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idez

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oras

13 h

oras

15 h

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17 h

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19 h

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21 h

oras

23 h

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25 h

oras

27 h

oras

29 h

oras

31 h

oras

33 h

oras

35 h

oras

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oras

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idez

(UNT

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Tempo (horas)

Per

da d

e ca

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ero

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a

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idez

(UN

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hor

a

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ra

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ras

11 h

oras

13 h

oras

15 h

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17 h

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19 h

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21 h

oras

23 h

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25 h

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27 h

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29 h

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31 h

oras

33 h

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35 h

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37 h

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idez

(UNT

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oras

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oras

Tempo (horas)

Per

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e ca

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ero

de P

artíc

ulas

/ml



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idez

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ras

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oras

13 h

oras

15 h

oras

17 h

oras

19 h

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21 h

oras

23 h

oras

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33 h

oras

35 h

oras

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idez

(UNT

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oras

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Turb

idez

(UNT

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Turb

idez

(UN

T)



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1 ho

ra

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33 h

oras

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oras

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Turb

idez

(UNT

)



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ero

de P

artíc

ulas

/ml



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oras

33 h

oras

35 h

oras

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oras

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Turb

idez

(UN

T)



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