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Tratamento de água para abastecimento - Filtração

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FILTRAÇÃO 
Separação sólido-líquido para remover materiais particulados misturados com líquidos. 
É preciso de um meio filtrante (membranas, leito poroso). 
É preciso de um critério para encerrar a filtração (turbidez da água filtrada adequada, perda 
de carga máxima atingida, tempo de filtração muito alto). 
Precisa prever um sistema para lavagem do meio, caso ele seja fixo. 
Se usar leito poroso, a granulometria do meio pode variar, mas deve-se ter cuidado para que 
os elementos filtrantes mais finos não sejam carreados no processo de filtração (pensar em 
um vaso de flores, se tem solo fino próximo aos furos de drenagem, o vaso perderá solo por 
esses furos). 
Porosidade é a relação entre o volume de vazios e o volume total do leito filtrante. 
Esfericidade é a relação entre a área superficial de uma esfera com volume equivalente ao 
da partícula e a área superficial da partícula. 
Taxa de filtração é a relação entre a vazão de alimentação do filtro e a área da seção do 
filtro. 
Tamanho efetivo é o d10, diâmetro da abertura da peneira em que apenas 10 % em massa do 
material filtrante passa. 
Coeficiente de uniformidade é a relação entre o diâmetro da abertura da peneira em que 
60% do material filtrante passa e o tamanho efetivo d10. 
Variáveis envolvidas na filtração: pressão, altura do leito, velocidade do fluido no meio (taxa 
de filtração), características do meio filtrante (porosidade, esfericidade, tamanho efetivo, 
coeficiente de uniformidade, distribuição granulométrica). 
CLASSIFICAÇÃO DOS FILTROS 
De acordo com o meio filtrante: 
- Camada simples (areia, antracito ou carvão ativado granulado - CAG); 
- Dupla camada (areia e antracito/CAG); 
- Tripla camada (granada, areia e antracito/CAG). 
De acordo com a taxa de filtração: 
- Filtros lentos; 
- Filtros rápidos. 
De acordo com a pressão: 
- Gravidade; 
- Força centrífuga (filtração em centrífugas); 
- Aplicação de vácuo para aumentar o fluxo (filtração com bombas de vácuo). 
De acordo com o modo de operação: 
- Taxa constante; 
- Taxa declinante. 
De acordo com o sentido do fluxo: 
- Fluxo descendente; 
- Fluxo ascendente. 
 
FILTROS LENTOS 
- Adequado para pequenas vazões. 
São eficientes, mas as taxas de filtração são muito baixas, então dependendo do volume de 
água a ser tratado precisa de grande área. Indicado para águas de baixa turbidez. Geralmente 
a taxa varia entre 3 e 9 m3/m2.dia, sendo mais frequente entre 3 e 4 m3/m2.dia. Não sendo 
possível realizar testes em filtros piloto, a taxa de filtração não deve ser superior a 6 
m3/m2.dia. 
FILTROS RÁPIDOS 
- Adequado para vazões maiores. 
As taxas máximas recomendadas para filtros descendentes com camada simples é de 180 
m3/m2.dia; para filtros descendentes com camada dupla é de 360 m3/m2.dia. A taxa máxima 
de fluxo ascendente é de 120 m3/m2.dia. 
 
MODO DE OPERAÇÃO 
Depende da maneira como a carga hidráulica disponível é aplicada, que por sua vez se 
relacionada com a perda de carga e dispositivos de controle do filtro. 
A filtração reduz a porosidade, pois os vazios são preenchidos com as partículas suspensas 
do fluido. Dessa forma, a perda de carga aumenta no meio filtrante, como consequência do 
aumento de velocidade para a passagem água passa pelos poros menores. 
 A taxa de filtração é a relação entre a carga hidráulica disponível e a resistência do filtro 
(relacionada com o aumento da perda de carga no meio). 
1. Carga hidráulica constante, resistência do filtro variável 
Nesse caso, mantém-se constante a carga hidráulica total disponível durante a carreira de 
filtração (Figura 1). No início, a taxa de filtração é alta por que não há nenhuma resistência 
do meio filtrante (poros desobstruídos). Com o decorrer do tempo, a taxa de filtração diminui 
porque aumenta a resistência do meio filtrante ao escoamento. 
Figura 1: Carga hidráulica constante e resistência variável. 
 
Fonte: Di Bernardo (1983). 
2. Carga hidráulica constante, resistência do filtro constante 
Nesse caso, o nível de água varia pouco, de forma que a carga hidráulica é aproximadamente 
constante. Esse tipo de operação precisa de um dispositivo controlador que inicialmente 
forneça a perda de carga para que a taxa de filtração permaneça constante durante o processo 
(Figura 2). 
- Controlador de vazão: mais comuns, mas podem ter implicações na qualidade da água em 
caso de ajustes manuais abruptos para controle do nível, quando algum dos filtros sai da 
carreira para a lavagem. 
- Controlador de vazão e nível: permite pouco ajuste de nível, então se um filtro é retirado 
para lavagem, o controlador de vazão aumenta a entrada de água para compensar e manter o 
nível constante, aumentando temporariamente a taxa. 
Desvantagens desse modo de operação: custo elevado dos equipamentos; precisa de operação 
e manutenção cuidadosas; pode ocorrer problemas de qualidade no efluente devido aos 
ajustes de vazão e de nível. 
 
 
Figura 2: Carga hidráulica constante e resistência do filtro constante. 
 
Fonte: Di Bernardo (1983). 
3. Carga hidráulica variável, resistência do filtro constante 
Modo de operação semelhante ao anterior, mas nesse caso a carga hidráulica é variável, então 
ocorrem variações de nível ao longo da carreira de filtração. Dessa forma, o controlador 
precisa ajustar as variações de perda de carga no meio filtrante e também as variações de 
nível. 
4. Carga hidráulica variável, resistência do filtro variável 
- Taxa de filtração constante 
Nesse caso, a vazão total afluente deve ser dividida equitativamente entre os filtros, e o nível 
de cada filtro deve variar independentemente dos demais. O nível do filtro varia de um calor 
mínimo com o meio filtrante limpo, até um valor máximo, quando precisa lavar o filtro. O 
nível mínimo precisa ser ajustado para evitar que fique abaixo do topo da camada filtrante. 
Vantagens: taxa de filtração é mantida constante sem empregar equipamentos de controle; a 
vazão é distribuída por mecanismos simples, como um vertedor; se um filtro é retirado para 
lavagem, os demais recebem acréscimos iguais de vazão, reduzindo impactos na qualidade 
final do efluente, já que a variação da taxa de filtração é gradual. 
Desvantagens: o vertedor deve ter descarga livre, então há um acréscimo de altura da caixa 
do filtro. 
Figura 3: Sistema típico de taxa constante e carga hidráulica variável. 
 
Fonte: Di Bernardo (1983). 
 
- Taxa de filtração declinante variável 
O sistema de taxa declinante variável é composto por diversos filtros funcionando em 
paralelo. A entrada de água é abaixo do nível mínimo de água dos filtros (afogada), o que faz 
com que os filtros operam como vasos comunicantes. Nesse caso, o nível de água é 
aproximadamente igual nos filtros, variando quando algum deles é retirado para lavagem. 
O sistema funciona distribuindo mais água para os filtros mais limpos, menos água para os 
filtros mais sujos (então a taxa é de acordo com a colmatação do filtro, por isso o termo 
declinante: começa elevada e vai diminuindo até o filtro ser retirado para lavagem). A carga 
hidráulica também irá variar, aumentando à medida que os filtros vão se colmatando. Num 
sistema de taxa declinante variável, lava-se sempre, em rodízio, o filtro com maior perda de 
carga. 
 
Figura 3: Sistema típico de taxa declinante. 
 
Fonte: Di Bernardo (1983). 
 
PERDA DE CARGA NOS FILTROS 
Variáveis envolvidas: taxa de filtração, pressão, concentração de sólidos suspensos do fluido 
a ser filtrado, características do meio, entrada e saída do filtro. 
Quando vamos filtrar o fluido, ou a taxa de filtração (vazão/área) varia, ou o nível de água 
acima do meio filtrante aumenta progressivamente conforme os vazios vão se preenchendo. 
 
LIMPEZA 
Com o filtro com impurezas, a perda de carga vai aumentando progressivamente, reduzindo 
a capacidade de filtração. Existem dois critérios de parada para lavagem: ou a perda de carga 
atinge um

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