Filtracao-Aula10

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FILTRAÇÃO
ASPECTOS TEÓRICOS
MECANISMOS DA FILTRAÇÃO
TRANSPORTE: físicos e hidráulicos. São influenciados pela temperatura da 
água, pelo padrão de escoamento, pelas características do meio filtrante e água, pelo padrão de escoamento, pelas características do meio filtrante e 
pela taxa de filtração.
1. Coagem: retenção de partículas e responsável pela perda de carga no 
meio filtrante. Muito importante em estações de filtração direta → ↑ risco 
de erosão de flocos, mas também favorece para remoção de partículas 
menores. Em ETAs convencionais, ↓ relevância deste mecanismo → 
flocos maiores serão retidos no decantador, dificultando também a 
retenção de colóides (bactérias, protozoários, etc.)
2. Sedimentação: escoamento laminar no interior do meio filtrante → 
interstícios como pequenas unidades de sedimentação.
FILTRAÇÃO
ASPECTOS TEÓRICOS
MECANISMOS DA FILTRAÇÃO
ADERÊNCIA: processos químicos e biológicos.
1. Van der Waals: redução da distância entre partículas e grãos → favorece 
forças de atração.
2. Forças Eletrostáticas: meio filtrante é negativamente carregado → 
atração de partículas com menor risco de traspasse da partícula durante a 
carreira do filtro.
3. Pontes Químicas: uso de auxiliares de filtração → cadeias poliméricas 
aderidas às partículas passíveis de serem adsorvidas por outras partículas 
ou pelo meio filtrante.
FILTRAÇÃO
ASPECTOS TEÓRICOS
MEIO FILTRANTE
Apoiado sobre camada-suporte, tem relação direta com a taxa de filtração.
Tipo de filtro (rápido ou lento) → taxa de filtração → tipo de meio → perda 
de carga no filtro → nível d’água para lavagem
Características do Meio Filtrante
1. Espessura da camada filtrante: meios com maior penetração (flocos 
fracos) → ↑ corrida do filtro → ↓ E% (SS efluente = f(SS afluente)). Quando 
os flocos são fortes → ↓ penetração do floco, não sendo importante a 
espessura do filtro → ↓ corrida do filtro e ↑ E% (independente do afluente)
FILTRAÇÃO
ASPECTOS TEÓRICOS
MEIO FILTRANTE
2. Esfericidade: relação entre a área superficial de uma esfera e a de um 
grão de mesmo volume → determinação de hf no meio filtrante e da grão de mesmo volume → determinação de hf no meio filtrante e da 
velocidade ascensional.
3. Porosidade: relaciona-se com a capacidade de armazenamento de 
partículas e conseqüentemente na carreira do filtro. É determinado pela 
relação entre volume de vazios e de grãos. 
↑ esfericidade → ↓vazios intergranulares e ↓porosidade↑ esfericidade → ↓vazios intergranulares e ↓porosidade
4. Densidade: deve ser considerada na disposição do filtro e sua 
manutenção após lavagem ascensional.
5. Dureza: resistência dos grãos à fragmentação → vida útil do meio.
FILTRAÇÃO
ASPECTOS TEÓRICOS
6. Tamanho e distribuição dos grãos: tamanho efetivo (Tef = d10) e 
coeficiente de desuniformidade (Cd = d60/d10). Determinação por ensaio 
granulométrico.
d e d - diâmetro da peneira que passa 10% e 60% do peso dos grãosd10 e d60 - diâmetro da peneira que passa 10% e 60% do peso dos grãos
= 1 ,2 0
A b e r tu r a d a m a lh a (m m )
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7 0%
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D 6 0 Cd = 1,4 - 1,6 (areia) e 1,4 (antracito)
= 0 ,6 9
1 ,7 4=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
= 0 ,6 9
= 1 ,2 0D
=U C =
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1 0%
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D 1 0
1 0D
FILTRAÇÃO
ASPECTOS TEÓRICOS
CARACTERÍSTICA AREIA ANTRACITO CARVÃO ATIVADO
Densidade 2,65 1,45 a 1,73 1,3 a 1,5
Porosidade (%) 42 a 47 56 a 60 50
Esfericidade (ψ) 0,7 a 0,8 0,46 a 0,60 0,75
ANTRACITO
� ↑ Porosidade → ↑ Penetração → ↑ Carreira do filtro.
� Produz efluente de pior qualidade → aplicado associado à Areia.
� Permite elevação da taxa de filtração.
� Areia + Antracito = redução de 50% da perda de carga no filtro.
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
TIPO DE FILTRO
Tipo de filtro → volume a ser tratado e qualidade da água bruta
FILTRAÇÃO
Pré Filtração
Lenta
Ascendente
Descendente
Pressão
AscendenteFILTRAÇÃO
Rápida
Pressão
Descendente
Gravidade
Ascendente
Descendente
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
TIPO DE TRATAMENTO
Valores Máximos para Água Bruta
Turbidez
(uT)
Cor Verd.
(uH)
Coliformes/100mL
NMP
(uT) (uH)
Totais Termot.
Filtração lenta 10 5 2000 500
Pré-filtro+filtro lento 50 5 10.000 3.000
FIME (filtração em múltiplas 
etapas)
100 10 20.000 5.000
Filtração direta ascendente 100 100 5.000 1.000
Filtração direta descendente 25 25 2.500 500Filtração direta descendente 25 25 2.500 500
Filtração direta descendente 
com floculação
50 50 5.000 1.000
Dupla filtração 150 75 5000 5.00
Tratamento convencional 250 - 20.000 5.000
NMP= Número máximo provável
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Pré Filtros
Minimizar o aporte de SS nas unidades de filtração lenta, além de reduzir os 
picos de SS, algas, cor e coliformes afluentes na ETA.picos de SS, algas, cor e coliformes afluentes na ETA.
Filtros Dinâmicos: filtração vertical com escoamento horizontal. Apenas 10% 
da vazão de escoamento é efetivamente filtrada. Limpeza feita com aumento 
da velocidade superficial → arraste do material depositado.
Função Espessura (cm)
Φ pedregulho
(mm)
Taxa de Filtração 
(m³/m².dia)
Velocidade 
Superficial (m/s)
Melhoria da AB
20 3,35 – 4,75
12 a 48 0,05 a 0,1020 4,75 – 16
20 16 - 25
Controle de 
Picos
20 1,4 – 2,8
48 a 120 0,10 a 0,1510 2,8 – 4,75
10 4,75 – 12,5
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Pré Filtros
Qualidade da água dos mananciais
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Pré Filtros
Filtros de Escoamento Horizontal: Separação entre camadas por paredes 
perfuradas → perda de carga nos orifícios → primeira camada com 4 – 8 cm perfuradas → perda de carga nos orifícios → primeira camada com 4 – 8 cm 
superior à última. Limpeza por descarga de fundo.
Taxas de filtração = 14 a 48 m/dia
Camada Φ pedregulho (mm)
1ª Camada 25 a 18,71ª Camada 25 a 18,7
2ª Camada 18,7 a 9,5
3ª Camada 9,5 a 4,7
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Pré Filtros
Pré-filtração
em pedregulho
e areia grossaPré-filtraçãoPré-filtração
dinâmica
Filtro lento
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros Lentos de Escoamento Descendente
� Indicados para AB de boa qualidade (< 10 NTU).
� Operam à taxas de 2 a 6 m³/m².dia, requerendo assim grandes áreas. � Operam à taxas de 2 a 6 m³/m².dia, requerendo assim grandes áreas. 
Indicados para pequenas comunidades.
� Elevado tempo de detenção no filtro → formação de película biológica na 
superfície) → depuração mais acentuada produzindo água de melhor 
qualidade com expressiva redução de patogênicos.
� Limpeza: raspagem periódica (1 a 2 cm), com carreiras de 45 a 180 dias.
� Eficiência do processo após lavagem requer maturação do meio filtrante.
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros lentos
Camada de lodo sobre a areia no 
filtro lento
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Desempenho da filtração lenta na remoção de patogênicos
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Práticas indesejadas na filtração lenta
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Práticas indesejadas na filtração lenta
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Práticas indesejadas na filtração lenta
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros Lentos de Escoamento Ascendente
� Pouco utilizados.
� Operam à taxas de 2,7 a 3,6 m³/m².dia.� Operam à taxas de 2,7 a 3,6 m³/m².dia.
� A água passa inicialmente pela camada suporte para então seguir para o 
leito filtrante. 
� Acredita-se que a comunidade microbiana se desenvolve em grande parte 
do leito filtrante.
� Lavagem realizada por descarga de fundo com maiores carreiras de 
filtração. A parcela de sólidos não removida durante a lavagem assegura arecomposição da comunidade microbiana.
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros Rápidos de Pressão
� Utilizados em instalações industriais ou compactas. São de rápida 
instalação, requerem pouco espaço e podem ser desmontadas.instalação, requerem pouco espaço e podem ser desmontadas.
� Operam à taxas de até 900 m³/m².dia, sendo então indicadas para águas de 
baixas cor e turbidez.
� Lavagem é feita de maneira ascensional, iniciada quando a perda de carga 
alcança 3,5 m sem que haja traspasse.
� Dificuldade em se fazer controle visual do processo e do leito filtrante.
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros Rápidos de Gravidade Descendente
� Largamente utilizados devido às elevadas taxas de filtração assimiladas.
� Concepção deve vislumbrar futura ampliação.
� Recomenda-se instalação de, no mínimo, 4 filtros com área máxima de 
100 m² cada.
� NBR 12.216: 
Taxa = 180 m³/m².dia (camada simples) e 360 m³/m².dia (camada dupla);Taxa = 180 m³/m².dia (camada simples) e 360 m³/m².dia (camada dupla);
Espessura = 45 cm (areia – simples) e 25 + 45 cm (areia + antracito);
Cd = 1,4 - 1,6 (areia) e 1,4 (antracito);
Tef = 0,45 - 0,55 mm (areia) e 0,40 - 0,45 + 0,8 - 1,0 mm (areia + antracito).
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros Rápidos de Gravidade Descendente
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros Rápidos de Gravidade Ascendente
� Constituídos apenas de areia.
� Operam à taxas de 120 a 180 m³/m².dia.� Operam à taxas de 120 a 180 m³/m².dia.
� Calhas coletoras coletam água de lavagem e água filtrada.
� Requer maior consumo de água para lavagem.
� Leito filtrante atua em toda sua extensão na retenção de partículas → perda 
de carga gradual → carreiras de filtração mais longas (72 – 96 h).
� Lavagem ascensional precedida de descarga de fundo. Faz-se também 
descargas de fundo intermediárias durante a carreira do filtro.
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros Rápidos de Gravidade Ascendente
Fluxo da água
Filtro ascendente
Dupla Filtração
Filtros 
ascendentes
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
Filtros 
descendentes
ACESSÓRIOS DOS FILTROS
SISTEMAS DE DRENAGEM OU FUNDOS FALSOS
Acomodam a camada suporte e o meio filtrante.
Fluxo DescendenteFluxo Descendente
� Coletam água filtrada e distribuem uniformemente água de lavagem no leito.
Fluxo Ascendente
� Distribuem uniformemente a água a ser filtrada e a água de lavagem no leito 
filtrante.
� Podem acumular sólidos → pré tratamento eficiente e prever estrutura 
inspecionável.
ACESSÓRIOS DOS FILTROS
SISTEMAS DE DRENAGEM OU FUNDOS FALSOS
Blocos Cerâmicos ou Plásticos (Leopold)
� Perda de Carga: gráficos fornecidos pelo fabricante.� Perda de Carga: gráficos fornecidos pelo fabricante.
ACESSÓRIOS DOS FILTROS
SISTEMAS DE DRENAGEM OU FUNDOS FALSOS
Tubos Perfurados
�Malha de tubos de PVC perfurados com orifícios voltados para baixo.�Malha de tubos de PVC perfurados com orifícios voltados para baixo.
� Φ = 6,5 a 15,8 mm; Espaçamento = 7,5 a 25 cm; Área = 0,2 a 0,33% da 
superfície do filtro. 
� Tubulações espaçadas de 20 a 30 cm.
� Requer camada suporte mais espessa.
Vigas CalifornianasVigas Californianas
� Vigas triangulares com orifícios de 12,7 a 25,4 mm espaçados em até 30 cm.
Bocais
� Assentados sobre a laje de fundo o filtro. Alguns podem dispensar a camada 
suporte.
ACESSÓRIOS DOS FILTROS
CAMADA SUPORTE
Evita o arraste do meio filtrante pelos dispositivos de coleta de água tratada/de 
lavagem, além de auxiliar na distribuição da água de lavagem e retenção de lavagem, além de auxiliar na distribuição da água de lavagem e retenção de 
partículas (filtros ascendentes).
Especificações da Camada Suporte de Pedregulho (Bocais)*
SUBCAMADA
TAMANHOS DOS PEDREGULHOS
ESPESSURA 
(cm)Mínimo Máximo(mm) (pol) (mm) (pol)
Primeira 2,4 3/32 4,8 3/16 7,5Primeira 2,4 3/32 4,8 3/16 7,5
Segunda 4,8 3/16 12,5 1/2 7,5
Terceira 12,5 1/2 19,0 3/4 10,0
Quarta 19,0 3/4 38,0 1 1/2 10,0
Quinta 38,0 1 1/2 63,0 2 1/2 15,0
TOTAL 50,0
* Demais sistemas de drenagem: página 333. 
CALHA COLETORA
� Deve ser instalada acima da cota de expansão do meio suporte.
� Espaçamento entre bordas: > 1,0 m; < 6.NA → não superando 3,0 m.
ACESSÓRIOS DOS FILTROS
� Espaçamento entre bordas: > 1,0 m; < 6.NA → não superando 3,0 m.
� Descarga livre: Q = C.1,38.b.(h)3/2
Q de lavagem (m³/s)
C = n° calhas / filtro
b = base da calha (m)
h = NA na calha (m)
CARREIRAS DE FILTRAÇÃO
� ↑Perda de carga; ↑NA no filtro; ↓Porosidade do meio; ↑Velocidade intersticial
Possibilidade de traspasse → lavagem do filtro.
OPERAÇÃO DOS FILTROS
Possibilidade de traspasse → lavagem do filtro.
� Carreira de filtração < 96 h → compactação do meio filtrante, dificultando 
lavagem posterior.
0H∆∆∆∆
impH∆∆∆∆
P
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d
e
 
c
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impt HHH ∆∆∆∆++++∆∆∆∆====∆∆∆∆ 0
Tempo
Tempo
T
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z
 
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n
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e
Etapa inicial
Etapa intermediária
Traspasse
EUA: descarte da água 
produzida após lavagem 
OPERAÇÃO DOS FILTROS
Filtros Rápidos de Gravidade Descendente
LAVAGEM DO MEIO FILTRANTE
� Carreira = f(eficiência das etapas anteriores + taxa de filtração).
� Filtros Rápidos: fluxo de lavagem ascendente com fluidificação do meio.
OPERAÇÃO DOS FILTROS
� Filtros Rápidos: fluxo de lavagem ascendente com fluidificação do meio.
� Água de Lavagem: Reservatórios elevados, bombeamento do tanque de 
contato, filtros autolaváveis. 
� Reservatórios: Volume = lavagem de 2 filtros, com enchimento em 60 min.
� Descendente: Vascensional > 60 cm/min; T = 10 min; Expansão = 20 – 50%.
� Ascendente: Vascensional > 80 cm/min; T = 15 min; Expansão = 20 – 50%.
Controle → taxa de filtração e perda de carga (vazões afluente e efluente)
TAXA DE FILTRAÇÃO CONSTANTE E PERDA DE CARGA VARIÁVEL
� O volume de água afluente se mantém constante → ↑Hf.
CONTROLE DOS FILTROS
� O volume de água afluente se mantém constante → ↑Hf.
� Lavagem do filtro ocorre quando o nível sobre o filtro se eleva ao máximo, 
precedendo ao instante de traspasse.
� Operação simples, muito utilizado em ETA’s de menor porte.
TAXA DE FILTRAÇÃO E PERDA DE CARGA CONSTANTETAXA DE FILTRAÇÃO E PERDA DE CARGA CONSTANTE
� Instalação de válvula e controlador de vazão na saída da água filtrada, 
conectada ao controlador de nível no interior do filtro.
� ↑ Nível no interior do filtro → válvula se abre → ↓Hf.
� Lavagem do filtro ocorre quando a vávula se abre completamente.
TAXA DE FILTRAÇÃO VARIÁVEL E PERDA DE CARGA CONSTANTE
� Nível de água afluente se mantém constante no interior do filtro com auxílio 
de válvula de bóia.
CONTROLE DOS FILTROS
de válvula de bóia.
� Redução gradativa da vazão afluente → Hf constante.
� Requer significativo volume de reservação a montante dos filtros para o 
excedente de vazão.
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
TAXA DE FILTRAÇÃO E PERDA DE CARGA VARIÁVEIS (Taxa Declinante)
� Não requer controlador de Q → princípio dos vasos comunicantes.
� Entrada submersa do afluente → garante redução progressiva da taxa com a 
medida que se aumenta da perda de carga.
� Filtros em paralelo mais limpos → recebem maior vazão.
� Lavagem do filtro ocorre quando NA atinge o máximo de operação.
� Produção de água por carreira de filtração: taxa declinante produz 13 – 65% � Produção de água por carreira de filtração: taxa declinante produz 13 – 65% 
mais água do que sistemas de taxa constante.
TIPOS DE FILTROS 
EMPREGADOS EM ETA’s
TAXA DE FILTRAÇÃO E PERDA DE CARGA VARIÁVEIS (Taxa Declinante)
DETALHES DE FILTROS
Filtros descendentes
Lavagem superficial 
DETALHES DE FILTROS
Lavagem dos filtros
Controle da expansão 
Haste de madeira
com peneiras
ÁGUA DE LAVAGEM
Qualidade da água de lavagem 
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o
Especificação dos Filtros
DIMENSIONAMENTO
FILTRO RÁPIDO
FILTRO Meio Filtrante
Espessura 
Mín. (m)
Φefetivo(mm)
Cuniformidade
Tx. Filtração 
(m³/m².d)
LENTO Areia 0,90 0,25 – 0,35 ≤ 6,0
< 3,0
RÁPIDO 
SIMPLES Areia 0,45
0,45 – 0,55
≤ 180,0
1,4 – 1,6
0,40 – 0,45
RÁPIDO 
DUPLO
Areia 0,25
0,40 – 0,45
≤ 360,0
1,4 – 1,6
Antracito 0,45
0,80 – 1,00
≤ 1,4
Dimensionamento da Entrada e Saída do Filtro
Tubulação Diâmetro (mm) Parâmetros
Entrada de Água Decantada Ø > 1.460 (Q/N)0,5 Q – vazão da ETA (m³/s)Vmax = 0,60 m/s
DIMENSIONAMENTO
FILTRO RÁPIDO
Vmax = 0,60 m/s
Saída de Água Filtrada Ø > 1.030 (Q/N)0,5 Q – vazão da ETA (m³/s)Vmax = 1,20 m/s
Entrada de Água para 
Lavagem Ø > 72,5 (S)0,5
S – área de 1 câmara (m²)
Q – vazão de lavagem (m³/s)
Vmax = 3,60 m/sVmax = 3,60 m/s
Saída de Água para Lavagem Ø > 102,6 (S)0,5
S – área de 1 câmara (m²)
Q – vazão de lavagem (m³/s)
Vmax = 3,60 m/s
Dreno de Fundo Ø > 17,67 (S)0,5
N = número de câmaras
Diâmetro da Tubulação de Água de Lavagem
DIMENSIONAMENTO
FILTRO RÁPIDO
Área da Câmara do Filtro (m²) Ø Tubulação (mm)
2,5 125
7,5 200
10,0 250
15,0 300
20,0 350
30,0 40030,0 400
45,0 500
65,0 600
80,0 700
Dimensões Verticais do Filtro Rápido Descendente
ALTURA
DIMENSÃO (m)
Mínima Máxima Usual
DIMENSIONAMENTO
FILTRO RÁPIDO
ALTURA
Mínima Máxima Usual
Fundo Falso (H1) Ø* + 0,25 - -
0,50 - -
Laje do Fundo Falso (H2) Cálculo Estrutural
Camada Suporte (H3) 0,30 0,55 0,50
Leito Filtrante 
(H4)
1 Camada Areia 0,60 0,80 0,70
2 Camadas Areia 0,15 0,35 0,25(H4) 2 Camadas
Antracito 0,45 1,00 0,70
Lâmina Máxima sobre o 
Leito (H5)
1 Camada 1,40 1,80 1,60
2 Camadas 1,80 2,40 2,20
Borda Livre (H6) 0,25 0,40 0,30
* Diâmetro da tubulação de água para lavagem do filtro
Práticas indesejadas na filtração rápida
FILTROS RÁPIDOS
FILTROS RÁPIDOS
FILTROS RÁPIDOS