Filtração

1. Filtração A filtração consiste na remoção de partículas suspensas e coloidais e de microrganismos presentes na água que escoa através de um meio granular.

2. Filtração Calha coletora de água de lavagem Leito Filtrante Camada suporte Fundo falso Fundo verdadeiro Água de lavagem Água filtrada Sentido de Filtração Sentido de Lavagem

3. Filtração Partes constitutivas de um sistema de filtração • Materiais filtrantes: • composição, granulometria e altura; • Camada suporte: • Granulometria, altura; • Fundo falso: • Coleta de água filtrada e introdução de água de lavagem;

4. Filtração Partes constitutivas de um sistema de filtração (continuação) • Sistema de coleta de água de lavagem; • Tubulações, válvulas e comportas de entrada de água decantada, saída de água filtrada e introdução e coleta de água de lavagem .

5. FiltraçãoMecanismos de Filtração Na filtração, geralmente o regime de escoamento é laminar e envolve os mecanismos: • Ação de superfície É o efeito físico de coar e ocorre no topo e camadas iniciais. • Ação de profundidade Ocorre na profundidade do leito filtrante e envolve mecanismos de transporte.

6. FiltraçãoMecanismos de Filtração Em geral a retenção de impurezas no leito é considerada como o resultado de dois mecanismos distintos, porém complementares: • Transporte; • Aderência. Inicialmente as partículas devem aproximar-se da superfície dos grãos e posteriormente devem permanecer aderidas a estes resistindo as forças de cisalhamento resultantes das características hidrodinâmicas do escoamento ao longo do meio filtrante.

7. Filtração Classificação dos Processos de Filtração • Com relação a taxa de filtração: • Filtração rápida; • Filtração lenta. • Com relação ao sentido de escoamento: • Ascendente; • Descendente.

8. Filtração Filtração Lenta

9. Filtração Filtração Rápida

10. Filtração Filtração Rápida

11. Filtração Classificação dos Processos de Filtração • Com relação ao meio filtrante: Camada simples Camada dupla Camada tripla Antracito Areia ou Antracito Antracito Areia Areia Granada

12. Filtração Classificação dos Processos de Filtração • Com relação ao seu controle hidráulico: • Taxa de filtração constante; • Sem variação de nível; • Com variação de nível. • Taxa de filtração declinante.

13. Filtração Perfis hidráulicos típicos para ETAs Filtração direta ascendente

14. Filtração Perfis hidráulicos típicos para ETAs Filtração direta descendente sem floculação

15. Filtração Perfis hidráulicos típicos para ETAs Tratamento convencional

16. Filtração Perfis hidráulicos típicos para ETAs Tratamento convencional

17. Filtração Perfis hidráulicos típicos para ETAs Tratamento convencional

18. Filtração Partes constitutivas de um sistema de filtração (continuação) • Sistema de coleta de água de lavagem; • Tubulações, válvulas e comportas de entrada de água decantada, saída de água filtrada e introdução e coleta de água de lavagem .

19. Filtração Característica dos meios filtrantes

20. Filtração Característica dos meios filtrantes • A partir da curva de distribuição granulométrica são definidos os parâmetros que caracterizam o meio filtrante: • Tamanho do maior e menor grão; • Tamanho efetivo: D10 que corresponde ao tamanho para o qual se obtém 10 % (em peso) do material que passa; • Coeficiente de Desuniformidade (CD) CD= D60/D10);

21. Filtração Característica dos meios filtrantes • Forma do grão e geometria dos grãos: • Coeficiente de esfericidade (Ce; superfície específica e diamentro volumétrico dos grãos); • Fator de forma (F) • Porosidade ( = volume vazios/volume total meio filtrante). • Solubilidade em ácido clorídrico e hidróxido de sódio; • Massa específica ( - kg/m3).

22. Porcentagem que passa (%) d60 d10 dmenor grão dmaior grão Diâmetro Filtração Característica dos meios filtrantes

23. Filtração Característica dos meios filtrantes

24. Filtração Característica dos meios filtrantes

25. Filtração Característica dos meios filtrantes De acordo com a NBR 12216/92: • Filtros de uma camada de areia: • Espessura mínima de 45 cm; • Tamanho efetivo: 0,45 a 0,55 mm; • Coeficiente de uniformidade: 1,4 a 1,6.

26. Filtração Característica dos meios filtrantes De acordo com a NBR 12216/92: • Filtros de fluxo ascendente • Espessura mínima: 200 cm; • Tamanho efetivo: 0,7 a 0,8 mm; • Coeficiente de uniformidade: ≤ 2

27. Filtração Característica dos meios filtrantes De acordo com a NBR 12216/92: • Filtros de camada dupla: • Areia: • Espessura mínima: 25 cm; • Tamanho efetivo: 0,40 a 0,45 mm; • Coeficiente de uniformidade: 1,4 a 1,6. • Antracito: • Espessura mínima: 45 cm; • Tamanho efetivo: 0,80 a 1,0 mm; • Coeficiente de uniformidade: ≤ 1,4

28. Filtração Característica dos meios filtrantes De acordo com a NBR 12216/92: • Filtros de camada dupla:

29. Filtração Características hidráulicas TAXA DE FILTRAÇÃO:

30. Filtração Camada Suporte A camada suporte (número de sub-camadas e diâmetros extremos dos grãos dos seixos rolados que a constituem) depende: • Do material filtrante a ser colocado sobre esta; • Do método de lavagem do filtro; • Do fundo falso sobre o qual se apóia. A altura mínima do fundo deve ser maior que 0,5m e D + 0,25m.

31. Filtração Camada Suporte • Cada camada componente do meio suporte deve ser a mais uniforme possível. dmax/dmín = 2; • O diâmetro do menor grão da camada inferior do meio suporte deve ser cerca de 2 a 3 vezes o diâmetro do orifício do sistema de drenagem; • O diâmetro do menor grão da camada superior do meio suporte deve ser cerca de 4 a 4,5 vezes o valor do diâmetro efetivo do material filtrante

32. Filtração Camada Suporte • Entre as camadas que compõem o meio suporte, a relação entre o diâmetro do maior grão e o diâmetro do menor grão da camada adjacente deve ser igual a 4; • A espessura mínima de cada camada componente do meio suporte deve ser igual a 7,5 cm ou três vezes o diâmetro máximo do grão.

33. Filtração Fundo dos filtros • Bocais; • Blocos; • Tubulações perfuradas; • Vigas pré-fabricadas

34. FiltraçãoTubulações perfuradas

35. Filtração Blocos

36. Filtração Blocos

37. Filtração Camada Suporte e Fundo dos Filtros Camada suporte para blocos Cerâmicos

38. Filtração

39. Filtração Camada Suporte e Fundo dos Filtros Camada suporte para fundo falso com bocais

40. Filtração Camada suporte utilizada pela COPASA para fundos falsos queutilizam vigas californianas (Vianna,2005)

41. Filtração Características hidráulicas TAXA DE FILTRAÇÃO: • Qualidade da água; • Habilidade de operação; • Características do meio; • Carga hidráulica.

42. Filtração Características hidráulicas TAXA DE FILTRAÇÃO: • Filtro de uma camada: 180 m3/m2dia. • Filtro de camada dupla: 360 m3/m2dia. OBS: Em caso de filtros de fluxo ascendente, a taxa de filtração deve ser de 120 m3/m2dia.

43. Filtração Características hidráulicas Lei de Darcy V = K x i, onde: V = Velocidade de descarga em (cm/s ou m/s) K = Constante de permeabilidade (cm/s ou m/s) i = Gradiente hidráulico i = h/L, onde: L = Altura da amostra (cm) h = Carga hidráulica (cm)

44. Filtração Características hidráulicas PERDA DE CARGA EM MATERIAIS FILTRANTES LIMPOS Fórmula de Fair et al. (1968) para grãos não esféricos de meios filtrantes limpos estratificados: Xi: porcentagem em peso da fração que passa Deq: média geométrica das aberturas das duas peneiras consideradas; ρa: massa específica da água (kg/m3); Ce: coeficiente de esfericidade correspondente a cada subcamada do material granular (1,0 é a esfera ideal) ε : porosidade do meio;

45. Filtração

46. Filtração

47. Filtração

48. Filtração Lavagem dos Filtros Os filtros rápidos são lavados a contra-corrente (por inversão de fluxo) com ou sem auxílio de ar, com uma vazão capaz de asseguram uma expansão adequada para o meio filtrante. A lavagem deverá promover a expansão de 20 a 30 % (NBR 12216/1992); A velocidade ascensional deverá ser estar entre 0,6 e 1,0 m/min e o tempo de lavagem deve estar entre 10 e 15 minutos.

49. Filtração Lavagem dos Filtros A água para lavagem pode ser armazenada na caixa dos próprios filtros (filtros auto laváveis) ou em reservatórios específicos para este fim. A NBR 12216 estabelece que: • os reservatórios devem ter capacidade para armazenar o volume necessário para lavagem de dois filtros com velocidade superior a 0,60 m/min, durante 10 minutos; • a lavagem do filtro de fluxo descendente deve ser complementada por agitação auxiliar do material filtrante.

50. Filtração