CONTROLE DE POLUIÇÃO CONTROLE DE POLUIÇÃO HÍDRICAHÍDRICA

SISTEMA DE FILTRAÇÃO SISTEMA DE FILTRAÇÃO LENTALENTA

Prof. Dr. José Euclides Paterniani (FEAGRI)

Prof. Dr. Ronaldo Pelegrini (CESET)

FiltraçãoFiltraçãoAntigas escritas Gregas e Sanscritas

recomendavam como tratamento de água, entre outros métodos, a filtração através de carvão. Mas a filtração passou a ser difundida no decorrer do século XVIII estabelecendo-se como meio eficaz de remoção de partícula da água, embora o grau de clarificação não fosse mensurável naquela época. A partir do inicio dos anos 1800, a filtração lenta em areia começou a ser usada de maneira regular na Europa (EPA, 2000).

Filtração:Filtração:Filtração é o processo que remove as impurezas presentes na água bruta (filtração lenta); na água coagulada ou floculada (filtração rápida direta); ou na água decantada (filtração rápida) pela passagem destas em um meio granular poroso, geralmente constituído em camadas de pedregulho, areia e antracito (comum nos filtros rápidos).

Em relação ao sentido de escoamento e à velocidade com que a água atravessa a camada de material filtrante, a filtração pode ser caracterizada como lenta, rápida de fluxo ascendente ou rápida de fluxo descendente.

A filtração direta tem sua denominação relacionada com a inexistência de unidade prévia de remoção de impurezas (Pré-Filtração).

Figura 1- Camadas constituintes do filtro: carvão, antracito, areia e pedregulho em diferentes granulometrias e fundo falso em PVC

Filtração LentaFiltração LentaUm filtro lento de areia é simplesmente um leito de areia apoiado por outro leito de cascalho, contido em uma caixa, com uma entrada para água bruta e uma saída para água tratada (SOLONA,1995).

A filtração lenta em camada de areia apresenta uma taxa de filtração de duzentas vezes menor que na filtração rápida. A água pode demorar 2 ou mais horas da entrada à saída.

Durante a passagem pelo meio filtrante, a água muda continuamente de direção, favorecendo o contato entre as impurezas e os grãos do meio filtrante, com retenção de parte delas, principalmente em até 40 cm de profundidade resultando em várias ações distintas: transporte, aderência e atividade biológica.

A prova mais concreta da eficiência da filtração lenta em remover microrganismos ocorreu em 1892, através da experiência vivenciada por 2 comunidades vizinhas, Hamburgo e Altona (Alemanha) que utilizavam águas do rio Elba. Em Hamburgo o tratamento era por sedimentação simples. Em Altona era por Filtração Lenta. Com a contaminação do rio Elba houve uma epidemia de cólera causando a morte de 7500 pessoas em Hamburgo, o mesmo não aconteceu em Altona.

Epidemias subseqüentes em várias partes do mundo confirmaram a importância da filtração antes do consumo da água.

Eficiência da Filtração LentaEficiência da Filtração Lenta

Mecanismos da Filtração LentaMecanismos da Filtração Lenta

Dentre os mecanismos de transporte da filtração lenta destaca-se: a ação física de coar, a sedimentação, difusão, impacto inercial, interceptação e ação hidrodinâmica. Pelas próprias características do escoamento e do meio filtrante, alguns mecanismos podem ser dominantes em relação a outros, especialmente o da ação física de coar. Após algum tempo de operação, outros passam a dominar, especialmente após a formação de uma camada biológica no topo do meio filtrante, denominada superfície de coesão ou “Schmutzdecke”.

Importância do SchmutzdeckeImportância do Schmutzdecke

A formação da superfície de coesão ou do “Schmutzdecke” no topo do meio filtrante contribui significativamente para a retenção das partículas. A atividade biológica é considerada a ação mais importante que ocorre na filtração lenta, sendo mais pronunciada no topo da areia, onde há a formação de uma camada biológica constituída de partículas inertes, de matéria orgânica e de uma grande variedade de organismos (bactérias, algas, protozoários, metazoários, etc).

A formação do “Schmutzdecke” no topo da areia pode levar dias ou até semanas, tempo denominado de período de amadurecimento de um filtro lento.

Zonas do Meio FiltranteZonas do Meio Filtrante

Tem sido aceita a existência de três zonas distintas no início da camada de areia (cerca de 40 cm) : a) superfície de coesão ou “Schmutzdecke”; b) zona autótrofa; c) zona heterótrofa.

a) A “Schmutzdecke” apresenta, após alguns dias, coloração marrom, resultante da retenção de partículas suspensas, partículas coloidais, algas, organismos em geral, Fe, Mn, Sílica, etc. Há ocorrência de oxidação química e os microrganismos são adsorvidos nas superfícies dos grãos do meio filtrantes onde se desenvolvem seletivamente com a utilização da matéria orgânica retida como fonte de alimento.

Zonas do Meio Filtrante (cont)Zonas do Meio Filtrante (cont)

b) a zona autótrofa localiza-se imediatamente abaixo do Schmutzdecke, onde, com o desenvolvimento da vida vegetal, há a síntese da matéria orgânica a partir de substâncias simples, como H2O e CO2 com fornecimento de oxigênio para o meio.

c) na zona heterótrofa, que se estende até 40 cm na areia, os microrganismos multiplicam-se em grande escala, os produtos da desassimilação geralmente são usados, de modo que a matéria orgânica é convertida em H2O e CO2 nitratos e fosfatos, ocorrendo a mineralização.

AlgasAlgasEm geral, os organismos fitoplanctônicos, bactérias, protozoários, metazoários e outros co-habitam os filtros lentos. Dependendo das espécies e da quantidade, as algas podem obstruir rapidamente os vazios intergranulares no início da camada de areia, reduzindo drasticamente a duração da carreira de filtração.

As algas são encontradas em regiões distintas dos filtros lentos e em quantidades muito diferentes. Acima do Schmutzdecke é comum encontrar espécies móveis como as chlamidomonas e não móveis como Scenedesmus ou Ankisitrodesmus. No Schmutzdecke as filamentosas como Melósira e Spirógyra ou não filamentosas: diatomáceas e algas verdes.

Algas (cont)Algas (cont)

Algumas espécies de algas são capazes de penetrar o meio filtrante, tais como nitzchia, Synedra, Chlamidomonas, Euglena, Navícula e Phacus.

Assim, a medida da concentração de clorofila a pode fornecer informações importantes sobre os organismos fitoplanctônicos, os quais necessitam de nitrogênio e fósforo para seu desenvolvimento.

Algas presentes na Zona Autótrofa – Filtração Algas presentes na Zona Autótrofa – Filtração Lenta de água residuáriaLenta de água residuária

Algas presentes em água residuária – Pós Filtração LentaAlgas presentes em água residuária – Pós Filtração Lenta

Granulometria da Areia Indicada Granulometria da Areia Indicada para Filtração Lentapara Filtração Lenta

Curva Granulométrica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,010,1110

Abertura Malha (mm)

% p

assa

acu

mu

lad

a

Uso de Mantas Sintéticas na Uso de Mantas Sintéticas na Filtração LentaFiltração Lenta

O uso de mantas sintéticas sobre a camada de areia permite empregar taxas mais elevadas, reduzindo o tempo de filtração. Permite reduzir a espessura da camada de areia e a limpeza do filtro é facilitada pela remoção e lavagem das mantas após o encerramento da carreira de filtração.

É sobre as mantas que se forma o Schmutzdecke. Geralmente são empregadas mantas sintéticas não tecidas e suas gramaturas podem ser bem variadas dependendo de cada caso. Em alguns estudos são empregadas duas mais mantas na superfície da areia.

Remoção de Fe e MnRemoção de Fe e Mn

A remoção de Ferro e Manganês na filtração lenta tem sido observada em várias pesquisas realizadas em instalações pilotos e em estações de tratamento.

A precipitação do Fe e Mn acontece no Schmutzdecke, mas uma carga excessiva destes minerais pode provocar uma colmatação rápida do topo da areia.

Uma concentração considerada segura é de 1,0mg/L.

Remoção de Turbidez, Coliformes Remoção de Turbidez, Coliformes Totais...Totais...

Estudos têm demonstrado que a filtração lenta apresenta alta eficiência na redução da Turbidez, Cor, Coliformes Totais, Demanda Química de Oxigênio, Carbono Orgânico Total, Substâncias Húmicas, Detergentes, Fenóis, Agro-químicos e diversos organismos (bactérias, vírus).

A remoção de vírus tem sido atribuída a três fenômenos: a) Predação microbiológica; b) adsorção na biomassa ou biofilme; c) absorção por superfícies não biológicas.

A predação microbiológica e a adsorção na biomassa são as ações mais importantes, especialmente no Schmutzdecke onde existe uma variedade de organismos (bactérias, fungos, protozoários, metazoários e algas).

Camada de Brita

Mantas

Camada de areia

FILTRO

Figura 2- Esquema de Filtro Lento

Exemplo de estudos em Planta Exemplo de estudos em Planta PilotoPiloto

superfície de coesão ou

Schmutzdecke

zona autótrofa

zona heterótrofa

FIGURA 4 -Filtro lento (bairro Ana Benta – Capão Bonito SP) ETA construída em 1992, ocupa uma área de 66 m² com capacidade de tratar 1,5 L/s de água.

Processo de Filtração Lenta em Grande EscalaProcesso de Filtração Lenta em Grande Escala

FIGURA 5 - Entrada de água no filtro lento (bairro Ana Benta – Capão Bonito SP)

Processo de Filtração Lenta em Grande EscalaProcesso de Filtração Lenta em Grande Escala

•FIM