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

                 Estudo de Caso

 Mini Seminário – Avaliação da eficiência do
  Sulfato Férrico em diferentes temperaturas




                                                4
Técnicas de
 Tratamento

  Filtração
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
Técnicas de Tratamento

      Filtração - Sólidos




                            7
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
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
Técnicas de Tratamento

         Maquetes Virtuais




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




                                                       10
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
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
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
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
Técnicas de Tratamento

      Filtração - Classificação

 Com relação ao tipo de filtração

                    Filtração em meio
                          granular

                 Filtros lentos
                 Filtros rápidos
                 Filtros de camada
                    profunda
Técnicas de Tratamento

      Filtração - Classificação

 Com relação ao tipo de filtração

                Filtração em membrana


                  Osmose reversa
                  Nanofiltração
                  Ultrafiltração
                  Microfiltração
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
Técnicas de Tratamento

               Filtração - Classificação

            Com relação ao tratamento
              Filtração convencional

captação        coagulação   floculação    sedimentação




                Água final   Desinfecção     Filtração
Técnicas de Tratamento

            Filtração - Classificação

      Com relação ao tratamento
               Filtração direta

captação       coagulação    floculação    sedimentação




                Água final   Desinfecção     Filtração
Técnicas de Tratamento

            Filtração - Classificação

      Com relação ao tratamento
              Filtração em linha

captação       coagulação    floculação    sedimentação




                Água final   Desinfecção     Filtração
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)
Técnicas de Tratamento

           Filtração - Classificação

 Com relação ao sentido de escoamento




Filtração descendente   Filtração ascendente
Técnicas de Tratamento

                  Filtração - Classificação

      Com relação ao meio filtrante




                                              Antracito
                           Antracito
      Areia
   ou Antracito                                Areia
                            Areia
                                              granada

Camada simples          Dupla camada    Tripla camada
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
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
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
Técnicas de Tratamento

                      Filtração

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




                                               27
Técnicas de Tratamento

      Filtros Lentos




                         28
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
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
Algas presentes – Filtração Lenta (antes)
Algas presentes – Pós Filtração Lenta
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
Técnicas de Tratamento

      Filtros Lentos

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




                                              34
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
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
Técnicas de Tratamento

                   Filtros Lentos - Zonas




                                    superfície de coesão ou
                                        Schmutzdecke
 zona autótrofa
                                  Camada de areia


zona heterótrofa                  Camada de Brita

                                       Dreno


                                                              37
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
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
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
Técnicas de Tratamento

     Filtração Rápida




                         41
Técnicas de Tratamento

          Filtração Rápida


                       ascendente
           Pressão
                       descendente
Rápida
                       ascendente
           Gravidade
                       descendente




                                     42
Técnicas de Tratamento

     Filtração Rápida




                         43
Técnicas de Tratamento

                  Filtração Rápida

         Filtração de Fluxo Descendente
 Pode ser de camada simples (areia) ou de
camada dupla (areia e antracito)




                                             44
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Técnicas de Tratamento

      Dupla Filtração




                         55
Técnicas de Tratamento

          Vídeo




                         56
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
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
Técnicas de Tratamento

       Meio Filtrante

       Granulometria




 crivos de malhas (peneiras)
                               59
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
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
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
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
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
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
Técnicas de Tratamento

      Meio Filtrante




                         66
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
Técnicas de Tratamento

      Meio Filtrante




                         68
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
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
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




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Técnicas de Tratamento

               Estudo de Caso

 Mini Seminário – ?????




                                  72
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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)
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Aula 07 - Tecnicas de tratamento - parte 3 - 08.09

  • 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
  • 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
  • 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