Este documento discute técnicas de tratamento de água e efluentes, incluindo filtração lenta. Apresenta detalhes sobre os princípios, classificações, operação e vantagens da filtração lenta, que remove turbidez, cor, ferro e microrganismos de forma eficiente porém com baixas taxas de filtração.

1. Tratamento de
Água e Efluentes
2º. Sem./2010
Eng.Ambiental

2. Programa
I UNIDADE
 Introdução – Histórico – Panorama
 Caracterização das Águas e Esgotos
 Princípios Químicos, Físicos e Biológicos do TA
 Interpretação de Análises e Elaboração de Laudos
 Considerações Projetos e Técnicas de Tratamento
 Tecnologia para Tratamento de Água
 Parâmetros de controle de qualidade de Água
 Legislação Aplicada e Padrões
2

3. Nesta Aula Veremos ...
 Mini Seminário – Avaliação da eficiência do
Sulfato Férrico em diferentes temperaturas.
 Processo de Filtração e Equipamentos para
Tratamento de Água
 Estudo de Caso – Caetité Contaminação por
Urânio

4. Técnicas de Tratamento
Estudo de Caso
 Mini Seminário – Avaliação da eficiência do
Sulfato Férrico em diferentes temperaturas
4

5. Técnicas de
Tratamento
Filtração

6. Esquema Convencional
Produtos
Aerador Químicos
Rio ou
lago
Sedimentador
Capitação Reator de
mistura Floculador
Químicos controle Lodo
de pH e fluoretação Agente
oxidante
Poço Filtro
areia
Reservatório
Agua Tratada
Câmara desinfecção

7. Técnicas de Tratamento
Filtração - Sólidos
7

8. Técnicas de Tratamento
Filtração - Efeitos
Parâmetro Processos
Aeração Sedimen- Filtração Coagula- Correção Desinfec-
tação lenta ção e dureza e ção
filtração filtração
rápida rápida
Bactérias 0 ++ ++++ ++++ (7) +++ (9) ++++
Cor 0 0 ++ ++++ ++++ 0 (10)
Turbidez 0 +++ ++++ (6) ++++ +++++ 0
Odor/Sabor ++++ (1) + +++ ++ ++ ++++ (11)(12)
Dureza + 0 0 -- ++++ 0
Corrosão +++ (2) 0 0 - - (8) variável 0
- - - (3)
Fe e Mn +++ (4) + (5) ++++ (5) ++++ (5) ++ 0 (10)
+ Efeito favorável
- Efeito adverso 8

9. Técnicas de Tratamento
Filtração - Efeitos
Legenda
(1) Exceção para os sabores devido a clorofenóis
(2) Pela remoção de CO2
(3) Com adição de oxigênio
(4) Aeração seguida de uma unidade separadora para deposição
(5) Após a aeração
(6) Sujam-se ou entopem muito depressa
(7) Um pouco irregularmente
(8) A coagulação com sulfato de alumínio libera CO2
(9) Tratamento com cal em excesso
(10) Pode remover Fe e ter efeito sobre a cor
(11) Supercloração seguida de descloração
(12) cloração normal
Adaptado: Richter, Carlos – Tratamento de Água – Tecnologia
Atualizada, Ed. Blücher Ltda 9

10. Técnicas de Tratamento
Maquetes Virtuais
http://www.finep.gov.br/prosab/produtos.htm#download
10

11. Técnicas de Tratamento
Filtração – O que é ?
 ... “A filtração consiste na remoção de partículas
suspensas, partículas coloidais e de microrganismos
presentes na água. Isto ocorre através do seu
escoamento por um meio poroso, seja ele constituído
por areia, carvão antracito ou qualquer outro material
granular”.
 Para o tratamento de água ... “Processo que tem
como função principal a remoção de partículas
responsáveis pela “cor” e “turbidez” cuja a presença
reduziria a eficácia da etapa de desinfecção na
inativação dos microrganismos patogênicos”
11

12. Técnicas de Tratamento
Filtração
 Qual a importância no tratamento de água ?
“Além de auxiliar a etapa de desinfecção removendo
partículas, cabe a filtração, talvez a função mais
importante como etapa corretiva, proveniente de possíveis
falhas ocorridas na coagulação, floculação e
sedimentação (clarificação)”.
12

13. Técnicas de Tratamento
Filtração
 A filtração é um processo ou uma operação
unitária ?
 Filtração rápida – conjunção de mecanismos
que interferem nos fenômenos físico e químicos
(processo)
 Filtração lenta – conjunção de mecanismos que
interferem nos fenômenos físicos e biológicos
(operação)
13

14. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao tipo de filtração
 Com relação ao tratamento
 Com relação ao sentido de escoamento
 Com relação ao meio filtrante
 Com relação ao seu controle hidráulico

15. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao tipo de filtração
Filtração em meio
granular
 Filtros lentos
 Filtros rápidos
 Filtros de camada
profunda

16. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao tipo de filtração
Filtração em membrana
 Osmose reversa
 Nanofiltração
 Ultrafiltração
 Microfiltração

17. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
Micro Filtração
0.1 a 10 micras
Bacterias, Solidos Finos
Ultra Filtração
0.005 a 0.05 micras
Organicos, Endotoxinas
Nano Filtração
0.0005 a 0.005 micras
Dureza, Ions Divalentes
Osmose Reversa
0.0001 a 0.001 micras
Sais, Ions Monovalentes
Água
17

18. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao tratamento
Filtração convencional
captação coagulação floculação sedimentação
Água final Desinfecção Filtração

19. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao tratamento
Filtração direta
captação coagulação floculação sedimentação
Água final Desinfecção Filtração

20. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao tratamento
Filtração em linha
captação coagulação floculação sedimentação
Água final Desinfecção Filtração

21. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Concepção da ETA em função da
qualidade da água bruta
Características da Filtração direta Filtração em linha
água bruta
Turbidez (UNT) 50 25
(15) (5)
Cor real (U.C) 50 25
(Cor aparente < 20) (Cor aparente < 15)
Densidade algas 1.000 500
(UPA/ml) (500) (100)

22. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao sentido de escoamento
Filtração descendente Filtração ascendente

23. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao meio filtrante
Antracito
Antracito
Areia
ou Antracito Areia
Areia
granada
Camada simples Dupla camada Tripla camada

24. Técnicas de Tratamento
Filtração - Classificação
 Com relação ao controle hidráulico
Q
Q q
A filtração
h - Altura do nível d’água acima do
h meio filtrante
Af
• Taxa de filtração constante
Antracito • com variação de nível
• sem variação de nível
Areia • Taxa declinante
24

25. Técnicas de Tratamento
Filtração
 Taxa filtração (ou velocidade de aproximação)
Q
Af m3
q .dia
m2
• Taxa de Filtração
Antracito • Lenta  3 a 9 m3/m2.dia
• Rápida  100 a 1.000 m3/m2.dia
Areia
25

26. Técnicas de Tratamento
Pré-filtração
(pedregulho)
Ascendente
Filtração
Lenta
descendente
ascendente
Pressão
descendente
Rápida
ascendente
Gravidade
descendente
1.Precedida de floculação e decantação convencional
2.Simultânea com microfloculação e microdecantação
26

27. Técnicas de Tratamento
Filtração
 Qual filtração escolher, rápida ou lenta ?
 Vai depender de:
 volume de água a ser tratada
 qualidade da água bruta
27

28. Técnicas de Tratamento
Filtros Lentos
28

29. Técnicas de Tratamento
Filtração Lenta
“Um filtro lento de areia é simplesmente um leito de areia
apoiado por outro leito de cascalho, contido em uma caixa, com
uma entrada para água bruta e uma saída para água tratada
(SOLONA,1995)”.
 A filtração lenta: taxa de filtração duzentas vezes menor que
na filtração rápida.
 A água pode demorar 2 ou mais horas da entrada à saída.
 Durante a passagem pelo meio filtrante, a água muda
continuamente de direção, favorecendo o contato entre as
impurezas e os grãos do meio filtrante, com retenção de parte
delas, principalmente em até 40 cm de profundidade resultando
em várias ações distintas: transporte, aderência e atividade
biológica. 29

30. Técnicas de Tratamento
Filtração Lenta
 A prova mais concreta da eficiência da filtração lenta em
remover microrganismos ocorreu em 1892, através da
experiência vivenciada por 2 comunidades vizinhas,
Hamburgo e Altona (Alemanha) que utilizavam águas do rio
Elba. Em Hamburgo o tratamento era por sedimentação
simples. Em Altona era por Filtração Lenta. Com a
contaminação do rio Elba houve uma epidemia de cólera
causando a morte de 7500 pessoas em Hamburgo, o mesmo
não aconteceu em Altona.
 Epidemias subseqüentes em várias partes do mundo
confirmaram a importância da filtração antes do consumo da
água.
30

31. Algas presentes – Filtração Lenta (antes)

32. Algas presentes – Pós Filtração Lenta

33. Técnicas de Tratamento
Filtração Lenta
 Como opera uma filtração lenta ?
 fluxo descendente ou ascendente
 Taxas de filtração variam entre 3 a 9 m3/m2.dia
 Inconveniente taxas de filtração baixas (baixa
demanda)
 Aplicáveis apenas p/ águas de pouca turbidez (<
50 UT)
 Necessita de grandes áreas (terreno) e obras
civis
33

34. Técnicas de Tratamento
Filtros Lentos
Camadas constituintes do filtro:
carvão antracito, areia e pedregulho
em diferentes granulometrias e fundo
falso em PVC
34

35. Técnicas de Tratamento
Filtros Lentos
25 a 30 cm
livre
H = 2,50 a 3,60 m
água 85 a 140 cm
Meio Filtrante
 isento de matéria orgânica
Meio Filtrante
90 a 110 cm  peneiras > 0,15 e < 1,41 mm
 de= 0,30 mm e d60= 0,75 mm
25 a 35 cm
Cascalho
25 a 45 cm
dreno
Camadas
35

36. Técnicas de Tratamento
Filtros Lentos - Resultados
 remoção turbidez – 100%
H = 2,50 a 3,60 m
 remoção cor (baixa) < 30%
 remoção de ferro – até 60%
Meio Filtrante
 remoção sabor/odor – BOA
 remoção bactérias – MUITO
Cascalho BOA > 95%
dreno
36

37. Técnicas de Tratamento
Filtros Lentos - Zonas
superfície de coesão ou
Schmutzdecke
zona autótrofa
Camada de areia
zona heterótrofa Camada de Brita
Dreno
37

38. Técnicas de Tratamento
Filtração Lenta
 Vantagens
 facilidade e simplicidade operacional
 baixo custo de manutenção
 facilidade de controle
 grande remoção de bactérias
 Desvantagens
 baixa velocidade de filtração
 inviável para turbidez > 40 ppm
 inviável para turbidez + cor > 50 ppm
 grandes áreas de ocupação 38

39. Técnicas de Tratamento
Filtração Lenta
Filtro lento (Capão Bonito-SP) ETA construída em 1992, ocupa
uma área de 66 m² com capacidade de tratar 1,5 L/s de água.
39

40. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
 O que é uma filtração rápida ?
 composto de areia lavada e peneirada em
camadas, o fundo com cascalho e em cima areia
fina. A água passa da areia fina para o cascalho e
é recolhida por drenos ou cripinas subterrâneas. A
lavagem é por reversão com água que é recolhida
nas calhas
40

41. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
41

42. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
ascendente
Pressão
descendente
Rápida
ascendente
Gravidade
descendente
42

43. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
43

44. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
 Filtração de Fluxo Descendente
 Pode ser de camada simples (areia) ou de
camada dupla (areia e antracito)
44

45. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
 Filtração de Fluxo Descendente
 A água percorre a camada filtrante de cima para
baixo, do material mais fino para o material mais
grosso.
 Sua elevada eficiência na remoção de cor,
turbidez e microrganismos patogênicos
(coliformes, vírus, protozoários) deve-se
principalmente à uniformidade do leito, à forma
geométrica dos grãos e ao tamanho das
partículas.
45

46. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
Dados Operacionais
 taxa 120 a 150 m3/m2.dia
 perda carga final – 2,0 m
H = 4,20 a 5,40 m
entrada água 1,8 a 2,3 m  lavagem em intervalos de 20
a 40 min em contracorrente
0,40 a 0,70 m
Meio Filtrante Meio Filtrante
 camada de areia
0,45 m
Cascalho  peneiras > 0,7 e < 0,8 mm
 coef. uniformidade < 2,0
46

47. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
 Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo)
 Filtros de correntes ascendentes ou
clarificadores de contato
 Funciona em sentido inverso (fluxo de baixo
para cima).
 Indicados para águas de baixa turbidez e pouco
conteúdo mineral
 São semelhantes aos FFD (fluxo invertido)
47

48. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
 Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo)
 Dispensa a floculação e a decantação, sendo
aplicado um coagulante alguns minutos antes da
filtração.
 O fluxo de água encontra um material mais
grosseiro nas camadas inferiores do meio filtrante
e material mais fino na parte superior.
 A lavagem é feita com uma corrente de água no
mesmo sentido da filtração (sob pressão)
48

49. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
 Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo)
 A disposição do meio filtrante em relação ao
sentido do escoamento da água, faz com que a
água mais impura encontre primeiramente o
material mais grosseiro (maior porosidade).
 A medida em que a água vai se livrando das
impurezas, no seu movimento ascendente, ela vai
encontrando meios cada vez mais finos e de
menor porosidade
49

50. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
 Filtração de Fluxo Ascendente (tipo Russo)
 Características da Águas
 pouco poluídas
 pouco contaminadas
 baixa turbidez (< 50 UT)
 baixo teor de sólidos em suspenção (até 150
mg/L)
 sem variações repentinas de qualidade
50

51. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida
Dados Operacionais
 taxa 120 a 150 m3/m2.dia
 perda carga final – 2,0 m
H = 4,20 a 5,40 m
Saída água 1,8 a 2,3 m  lavagem de 6 a 8 min com
velocidade ascensional de
1.000 a 1.300 m3/m2.dia
2,0 a 2,5 m
Meio Filtrante Meio Filtrante
 camada de areia
0,4 a 0,6 m
Cascalho  peneiras > 0,7 e < 0,8 mm
 coef. uniformidade < 2,0
Fluxo ascendente 51

52. ETA SUBURBANA
A ETA Suburbana foi implantada em 1971 e ampliada em 1976, passando de 04
(quatro) para 08 (oito) filtros de fluxo ascendente (filtros russos).
Utiliza água proveniente do barramento Ipitanga II e pode tratar até ± 400 l/s. Este
sistema só opera nos períodos de maior demanda de água.
FONTE: EMBASA

53. Técnicas de Tratamento
Filtração Rápida (FFA)
 Vantagens
 boa coagulação e floculação
 elimina instalações de clarificação
 reduz consumo de coagulante (até 30%)
 períodos de funcionamento maior
 Desvantagens
 mistura da água de lavagem com água bruta
 limitações em relação a qualidade da água
 possibilidade de ocorrer a fluidificação do leito
 primeiras águas após lavagem, comprometidas 53

54. Técnicas de Tratamento
Dupla Filtração
 Dupla Filtração ou Superfiltros
 Nova geração de instalações de Trat. Água,
aplicável a pequenas comunidades, com
apreciáveis vantagens técnicas e econômicas
 Alia as vantagens dos FFA (russos) com a
segurança dos filtros rápidos convencionais
(americanos)
 Melhoria em relação ao sistema russo, devido a
redução do efeito de arraste da camada superior
(fluidização da areia) na água filtrada
54

55. Técnicas de Tratamento
Dupla Filtração
55

56. Técnicas de Tratamento
Vídeo
56

57. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
Características dos Materiais
Materi Altura Diâme C.Unif. d60 Massa Porosida Coef.
al (m) tro (mm) específi de Esfericid
efetivo ca ade
(mm) (kg/m3)
Areia 0,3 0,5 1,5 0,75 2.750 0,45 0,80
Antrac 0,5 1,0 1,5 1,5 1.600 0,55 0,55
ito
57

58. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
 O que é carvão antracito ?
 carvão vegetal  extraído da queimas das árvores
 carvão mineral  extraído da terra, são de 4 tipos:
turfa – linhito – hulha – antracito
 Em ordem de quantidade de carbono, o antracito é o
"melhor" carvão, pois tem maior porcentagem de carbono
e menos de impurezas.
 tem capacidade de adsorção além da filtração, o que
proporciona benefícios tanto operacionais quanto para a
qualidade da água tratada
http://www.carboniferacriciuma.com.br/site/produtos/carbotrat_ap/
58

59. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
Granulometria
crivos de malhas (peneiras)
59

60. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
O que é Curva Granulométrica ?
 A análise granulométrica obtém-se fazendo passar
uma certa quantidade de sedimentos desagregados
por um conjunto de crivos de malha cada vez menor e
pesando o material retido em cada crivo.
 A curva granulométrica é a curva obtida a partir do
valor da percentagem acumulada do material que
passa ou fica nos diversos crivos é representado
depois num gráfico em escala milimétrica e os calibres
dos materiais em escala logarítmica.
60

61. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
Granulometria da Areia Indicada para Filtração
Lenta (Curva Granulométrica)
100
90
80
% passa acumulada
70
60
50
40
30
20
10
0
dmaior grão 1 d60 d10 0,1
10 dmenor grão 0,01
Abertura Malha (mm)
61

62. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
O que é Coeficiente de Uniformidade ?
 Parâmetro que se obtém fazendo passar uma
determinada quantidade de sedimentos
desagregados por um jogo de crivos de malha
cada vez menor.
 Corresponde à razão entre o calibre da malha
do crivo que deixa passar 60% ou reter 40% do
material e o calibre da malha do crivo que deixa
passar 10% ou reter 90% do material
62

63. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
Qual o significado físico do Coeficiente de
Uniformidade ?
 Esta relacionado com a penetração das impurezas ao
longo do meio filtrante.
 Quanto menor for o coeficiente, mais uniforme será o
material granular, e portanto mais profunda será a
penetração de impurezas e mais longa será a duração
da carreira de filtração.
63

64. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
O tamanho dos grãos
 A escolha da granulometria do meio filtrante depende
da tecnologia a ser empregada e das variáveis como:
 Taxa de filtração
 Carga hidráulica disponível
 Qualidade do afluente
 Qualidade final desejável
 Sistema de lavagem
 Espessura da camada filtrante, etc
64

65. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
Diâmetro médio efetivo
 D10 – tamanho equivalente a 10% (em peso) do
material que passa
 Caracteriza o menor diâmetro de partícula na
classificação;
 Indica o tamanho mínimo da partícula que será
removida pela areia
65

66. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
66

67. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
Forma e Geometria dos Grãos
 Exercem grande influência na perda de carga do
meio filtrante limpo,
 Quanto mais irregular a forma geométrica dos
grãos, melhor será o desempenho durante a
filtração
 Grãos arredondados são mais eficientes durante
a lavagem, além de perda de carga final entre 20
a 30% inferior comparados aos grãos irregulares
67

68. Técnicas de Tratamento
Meio Filtrante
68

69. Técnicas de Tratamento
Processo Filtração
Perda de carga
ideal
H imp
H t  H 0  H imp
H 0
Tempo
Etapa intermediária
Turbidez efluente
Etapa inicial
Valor limite
Tempo Transpasse
69

70. Técnicas de Tratamento
Filtração - Critérios
Nova Campanha (fim da carreira)
 Turbidez da água filtrada superior a um valor
pré-determinado (geralmente > 0,5 UNT)
 Perda de carga igual ou superior a carga
hidráulica máxima disponível (geralmente de 2,0
a 3,0 m)
 Campanha de filtração com duração > a 40 h
70

71. Técnicas de Tratamento
Filtração - Tendências
Novo filtro de água com capacidade para eliminar bactérias
A nova tecnologia, foi desenvolvida a partir de nanotecnologia e permite
formar um campo elétrico de 20 volts, que elimina os microrganismos. É
formado por fios de prata e tubos com medidas na casa da bilionésima
parte do metro. Em vez de reter as bactérias para limpar a água, como
fazem outros filtros, o novo modelo mata os micro-organismos. As
bactérias são mortas ao passar pelo campo elétrico existente na
superfície altamente condutora do filtro.
Fonte: www.ipjornal.com
71

72. Técnicas de Tratamento
Estudo de Caso
 Mini Seminário – ?????
72

73. Onde Estudar a Aula de Hoje
Nos Livros
• Azevedo Netto, José & Richter, Carlos –
Tratamento de Água – Tecnologia Atualizada – Ed.
Blücher ( Cap. 12 a 18)
• Libânio, Marcelo – Fundamentos de Qualidade e
Tratamento de Água – Ed. Átomo (Cap. 9 a 12)

74. Contato
74