RELATORIO DE EFLUENTES pdf

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
TRATAMENTO DE EFLUENTES
FILTRAÇÃO
Alunos: Gabriel, Nathalia, Raynne, Luís, Larissa e Wesley
São Cristóvão, 2024
1. Introdução
A filtração é uma etapa crucial no processo de tratamento de água, utilizada para remover
impurezas remanescentes após os processos de coagulação, floculação e sedimentação. A eficiência
do sistema de filtração depende de diversos parâmetros, como o tipo de meio filtrante, a taxa de
filtração e as características da água bruta. O objetivo é reter partículas em suspensão, organismos
patogênicos e reduzir a turbidez da água tratada, promovendo um produto final adequado para o
consumo.
Existem dois tipos principais de filtração no tratamento de água: filtros de fluxo lento e filtros
de fluxo rápido. Os filtros de fluxo rápido são os mais comuns em estações de tratamento de água
modernas devido à sua maior capacidade de processamento e eficiência. O dimensionamento de um
filtro de fluxo rápido requer o cálculo da área do filtro, da taxa de filtração e do volume de água a ser
tratado.
Um filtro de tratamento de água, especialmente o de areia de fluxo rápido, é composto pelos
seguintes elementos:
1. Camada de Areia (Meio Filtrante Principal): Espessura de 0,6 a 1,2 m, com
granulometria de 0,4 a 1,2 mm, usada para remover partículas suspensas.
2. Camada de Cascalho (Suporte): Dividida em granulometrias crescentes (2 a 50 mm),
com espessura total de 30 a 50 cm, evitando o deslocamento da areia.
3. Sistema de Drenagem: Tubos perfurados ou blocos na base do filtro para coletar a
água filtrada e facilitar a lavagem reversa (backwash).
4. Carvão Ativado (Opcional): Usado para remoção de compostos orgânicos e redução
de odor e gosto, com granulometria de 0,5 a 3 mm.
5. Estrutura Física (Tanque): Suporta as camadas filtrantes e mantém a integridade do
sistema.
Esses componentes trabalham juntos para garantir a remoção eficiente de impurezas e a
manutenção do sistema. A taxa de filtração ( ) é a velocidade com que a água passa através do leito𝑣
𝑎
filtrante e pode ser definida pela seguinte fórmula:
𝑣
𝑎
= 𝑄
𝐴
Sendo:
• = taxa de filtração (m³/m².dia ou m/h)𝑣
𝑎
• Q = vazão de água a ser tratada (m³/h ou m³/dia)
• A = área do filtro (m²)
Para filtros rápidos de areia, a taxa de filtração recomendada varia entre 120 a 300 m³/m².dia
(ou 5 a 12 m/h), enquanto para filtros lentos, essa taxa é bem menor, tipicamente entre 3 a 6
m³/m².dia. A área do filtro pode ser calculada a partir da vazão de água a ser tratada e da taxa de
filtração recomendada. Rearranjando a equação da taxa de filtração:
𝐴 = 𝑄
𝑣
𝑎
Essa área pode ser distribuída entre diversos filtros, dependendo do layout da estação de
tratamento.
Outro parâmetro importante no dimensionamento é a espessura do leito filtrante. Nos filtros
de areia de fluxo rápido, a camada de areia costuma ter uma espessura de 0,6 a 1,2 metros, enquanto
os filtros lentos possuem espessuras maiores, de 1,0 a 2,0 metros. A carga hidráulica (altura de água
sobre o leito filtrante) e a perda de carga ao longo do tempo são fatores que afetam a operação do
filtro. A carga hidráulica inicial deve ser projetada de modo a minimizar as perdas de carga excessivas
e a necessidade de limpeza frequente do filtro.
Em suma, o dimensionamento adequado de um sistema de filtração requer a consideração de
diversos parâmetros de projeto, como a taxa de filtração, a área do filtro e a espessura do meio
filtrante. Essas variáveis são fundamentais para garantir que o filtro opere dentro dos padrões de
eficiência, assegurando a qualidade da água tratada para o abastecimento público.
2. Objetivos
A prática tem como objetivo identificar os processos físico-químicos que ocorrem durante a
filtração de água, dimensionar o tratamento de água entendendo melhor os métodos usados para sua
purificação e compreender a importância da química no tratamento da água, destacando os aspectos
que garantem a qualidade e segurança da água tratada
3. Materiais e metodologia
3.1 Materiais e reagentes
● Uma garrafa de plástico de 1L
● Tesoura
● Estilete
● Algodão seco
● Carvão ativo fino
● Areia grossa
● Pedras pequenas
● 250 mL de água
● Proveta 250 mL
● 2 Béqueres
● Bastão de vidro
● Terra
● Sulfato de alumínio
● Gaze
● Elástico
3.2 Metodologia
● Corte das garrafas:
○ As garrafas foram cortadas ao meio, de modo a formar dois recipientes. A parte (D)
tinha um orifício lateral próximo à parte superior.
● Montagem do filtro:
A boca da garrafa (parte C) foi envolvida com gaze e amarrada com um elástico, formando as
camadas de filtração:
○ 5 cm de algodão seco;
○ 1 camada de 0,5 cm de espessura de carvão ativo fino;
○ 1 camada de 2,5 cm de espessura de areia grossa;
○ 1 camada de 1,5 cm de pedrinhas.
● Preparação da água a ser filtrada:
○ Foram colocados 250 mL de água em uma proveta de 250 mL e foi usada uma
proveta de 50 mL para aferir os recipientes (A) e (D).
○ Foram misturadas três colheres de terra (massa pesada) com 250 mL de água no
recipiente (A), e o pH foi medido.
● Filtração:
○ A solução do recipiente (A) foi transferida para o recipiente (B) e depois de (B) para
o recipiente (A), repetindo o processo duas vezes.
○ Foi aguardado por 5 minutos para despejar o líquido da fase superior no recipiente
(B).
○ Foram adicionados 0,5 g de sulfato de alumínio no recipiente (B), a solução foi
agitada e o pH foi medido.
● Observações finais:
○ O recipiente foi deixado em repouso por 10 minutos, e as observações foram
anotadas.
○ O líquido filtrado do recipiente (B) foi transferido para o recipiente (C), e foram
determinadas a vazão de entrada e a vazão de saída.
○ O filtrado foi recolhido no recipiente (D) e o pH final foi medido.
4. Resultados
4.1 Tratamento de água
Após a construção do filtro em garrafa pet foram feitas uma série de etapas para o tratamento de
água e obteve-se os seguintes resultados.
4.1.2 Obtenção de uma mistura de água com areia
Como resultado da adição de 3,665 g de terra em 50 mL de água e posterior homogeneização,
foi obtida uma solução de coloração escura que continha partículas flutuantes em todas as suas partes.
Essa solução foi utilizada no processo de filtração.
figura 1 - solução contendo água e terra.
4.1.3 Medição de pH da solução de água e areia
A medição de pH da solução a ser filtrada indica as condições iniciais de acidez ou basicidade
que a água se encontra antes do processo de tratamento. Assim, no presente trabalho, o pH medido
estava em torno de 4, isso está associado com a presença da areia que reduz o pH da água.
figura 2 - Medição do pH antes de ser adicionado o cogulante.
4.1.4 Coagulação
A adição de um agente químico coagulante promove a precipitação das partículas presentes na
solução a ser purificada. Assim, após a adição de 0,5079 g de Sulfato de Alumínio na solução, durante
um intervalo de tempo de 10 minutos foi observado que a coloração na parte superior da solução ficou
mais clara diferente da parte inferior que ficou mais escura e turva. Isso ocorreu devido a precipitação
das partículas da areia pela ação do agente químico que estava a uma concentração de 0,0297 mol/L
em solução.
figura 3 - Solução após ser adicionado o coagulante.
figura 4 - (a) Solução com pouquíssimos sólidos suspensos e (b) lodo decantado.
4.1.5 Filtração
A etapa de filtração através de diversos meios filtrantes sequenciais (Algodão, carvão ativado,
areia e brita) permite a obtenção de um líquido mais límpido e puro, visto que, o algodão, a areia e a
brita promovem a retenção de partículas menores, já o carvão ativado promove a adsorção de
poluentes orgânicos dissolvidos na solução. Assim, no presente estudo, como resultado da adição de
um volume de 50 mL de solução ao filtro, após um intervalo de tempo foi observado que a água
obtida no fim do processo apresentou algumas características, como: ausência de partículas deareia e
coloração cristalina. Além disso, o pH medido dessa água foi de 3, o que indica a presença dos íons
ácidos provenientes do agente químico adicionado na etapa de coagulação.
figura 5 - Filtro montado experimentalmente.
figura 6 - pH medido após a decantação e adição do sulfato de alumínio.
4.5. Volume de cada camada filtrante
Camada Volume (cm³)
Pedras 83,921
Areia grossa 27,974
Carvão ativo fino 27,974
Algodão 100,915
4.6. Vazão de entrada da filtração (Qe)
Foi calculada pelo tempo (t) necessário para descarregar os 250 mL da solução no filtro.
t = 123 s;
Qe = V/t
Qe = 250*(10^-3) L / 123 s
Qe = 2,0325*(10^-3) L/s
4.7. Vazão de saída da filtração (Qs)
Foi calculada pelo tempo (t) necessário para que toda a solução saísse do meio filtrante.
t = 696 s;
Qs = V/t
Qs = 250*(10^-3) L / 696 s
Qs = 0,3592*(10^-3) L/s
4.8. Diâmetro de cada camada e total do filtro
Camada Diâmetro (cm)
Total Diâmetro maior 8,44
Diâmetro menor 3,00
Pedras 8,44
Areia grossa 8,44
Carvão ativo fino 8,44
Algodão Cilindro maior 8,44
Camada Diâmetro (cm)
Total Diâmetro maior 8,44
Diâmetro menor 3,00
Base maior do
cone
8,44
Base menor do
cone
3,00
cilindro menor 3,00
4.9. Área de cada camada e total do filtro
Camada Área (cm²)
Total Área de entrada 55,947
Área de saída 7,069
Pedras 55,947
Areia grossa 55,947
Carvão ativo fino 55,947
Algodão Cilindro maior 55,947
Base maior do
cone
55,947
Base menor do
cone
7,069
cilindro menor 7,069
4.10. Taxa de filtração
A taxa de filtração (Va) é dada pela vazão do meio filtrante (Qs) pela área do meio filtrante (As)
em unidade de [m³ / m² * dia], conforme descrito na equação abaixo:
Va = Qs [m³/dia] / As [m²]
Sendo: Qs = 0,03103488 m³/dia; e As = Área de saída do meio filtrante = 0,0007069 m²
Va = 0,03103488 / 0,0007069
Va = 43,903 [m³ / m² * dia]
figura 7 - Filtro completo final.
5. Conclusão
O processo de filtração é uma etapa essencial no tratamento de efluentes líquidos, conforme
demonstrado neste experimento de bancada. Os resultados indicam que a filtração isolada pode não
garantir a qualidade final da água, uma vez que parâmetros importantes como cor, turbidez, ferro e pH
poderiam permanecer fora dos padrões ideais.
A aplicação de sulfato de alumínio como coagulante/floculante mostrou-se eficaz na remoção
de algumas impurezas; entretanto, seria recomendável adicionar tratamentos complementares para se
obter uma qualidade de água adequada. A utilização de carvão ativado também se destacou,
auxiliando na remoção de sólidos e odores por meio do processo de adsorção.
Apesar de análises físico-químicas detalhadas não terem sido realizadas neste estudo,
recomenda-se considerá-las em pesquisas futuras para uma avaliação mais abrangente dos processos
envolvidos. Essas análises poderiam auxiliar na identificação de intervenções adicionais, como o
ajuste do pH com cal, o uso de polímeros para floculação e sedimentação, e o controle de ferro por
meio de cloração ou permanganato de potássio.
Dessa forma, conclui-se que a filtração, apesar de fundamental, requer técnicas complementares
para atender aos padrões de potabilidade estabelecidos em regulamentações, como os definidos pela
Portaria GM/MS Nº 888. Este experimento em escala de bancada com filtros caseiros evidenciou a
eficácia inicial da filtração na remoção de impurezas e sólidos suspensos. No entanto, ficou clara a
necessidade de uma abordagem integrada, que combinasse diferentes métodos de tratamento para
garantir a segurança da água potável e a conformidade com os padrões de qualidade.
6.Referências
METCALF & EDDY. Wastewater engineering: treatment and reuse. New York:
McGraw-Hill, 2003.