O que é e para que serve a filtração no tratamento de água?

O que é e para que serve a filtração no tratamento de água?

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A filtração tem por objetivo a remoção das partículas que não foram retiradas pela decantação no processo de tratamento de água, além dos microrganismos a elas associadas, assim, é utilizada para remoção de impurezas presentes na água por sua passagem através de um meio poroso (areia, ou antracito e areia).

Em um processo convencional de tratamento de água, a filtração é utilizada após a decantação, para remover os flocos mais leves que não decantaram.

No entanto, existem alternativas de processo em que a filtração é empregada como único meio de clarificação seguida da desinfecção (filtros lentos, filtros de fluxo ascendente, dupla filtração).

Mas antes de abordarmos os principais aspectos sobre a filtração, os tipos de filtros a operação e considerações importantes, vamos tratar aqui sobre as terminologias que adotamos relacionadas a esse processo, e é importante que fique claro essas definições para que possamos seguir, então vamos lá.

Terminologias

Filtração: é a remoção de material em suspensão, através da passagem da água por um leito poroso.

Taxa de filtração: é a quantidade de água em m3 que passa por m2 de área filtrante, pelo tempo de um dia.

Perda de carga: é a diferença de pressão que existe entre o afluente (entrada) e o efluente (saída).

Carreira de filtração: é o intervalo de tempo entre duas lavagens consecutivas do filtro.

Leito filtrante: é a camada de material responsável pela filtração.

Sistema de drenagem: é o conjunto da camada suporte, bocais ou fundo falso, responsáveis pela separação do material filtrante e a água filtrada.

Carvão ativado: é o minério composto de carbono com peso específico menor que areia, que serve para promover maiores taxas e aumento na carreira do filtro.

Agora que aclaramos o que são essas terminologias utilizadas no dia a dia operacional, podemos seguir, e então você conhecerá um pouco mais sobre o monitoramento de filtros, alguns cálculos envolvidos e utilizaremos exemplos para isso. Preparado?

Os filtros de um processo de tratamento de água convencional são de gravidade, podendo utilizar leito simples (apenas areia) ou leito duplo (areia e carvão).

  • Leito simples – taxa de filtração: 120 a 360 m3/m2.dia
  • Leito duplo – taxa de filtração: 240 a 600 m3/m2.dia

No decorrer da filtração ocorre a remoção de partículas em suspensão, substâncias coloidais, microrganismos e substâncias químicas. Tudo isso devido ao fenômeno de:

  • Ação mecânica de coagem (força);
  • Sedimentação das partículas sobre os grãos de areia;
  • Floculação de partículas que estavam em formação pelo aumento de contato entre elas;
  • Formação de película gelatinosa na superfície da areia, devido aos microrganismos em desenvolvimento.

Classificação dos filtros

Há várias maneiras de se classificar os filtros e dentre elas citaremos:

De acordo com o tipo de material filtrante:

  • De areia
  • De areia e carvão antracito
  • De terra diatomácea

De acordo com o número de camadas filtrantes:

  • Camadas de areia com granulometrias diferentes superpostas
  • Camadas múltiplas: areia-carvão-granada
  • De carvão e areia granada misturados

De acordo com o sentido de escoamento:

  • Filtro de fluxo descendente (down-flow)
  • Filtro de fluxo ascendente (up-flow)
  • Filtro de escoamento nos dois sentidos (bi-flow)

De acordo com a velocidade de filtração:

  • Lentos
  • Rápidos
  • De taxas elevadas

De acordo com a pressão:

  • De pressão
  • De gravidade

De todos os tipos de filtros citados acima, o que mais se emprega em ETA´s convencionais são os filtros rápidos de gravidade.

Tradicionalmente existem dois processos distintos de filtração: filtração lenta e filtração rápida.

A opção por um dos métodos depende principalmente da qualidade da água bruta e do volume a ser tratado e implica em profundas diferenças no projeto da ETA.

O processo de filtração lenta é um pouco estático em suas alternativas de projeto.

O processo de filtração rápida é bastante dinâmico em termos de alternativas de desenhos, podendo ser projetado com materiais diferentes no leito filtrante, dispositivos para aumento da capacidade de filtração, bem como fluxos por gravidade ou forçados, ascensionais ou descendentes.

Filtração lenta

A filtração lenta é um processo simples e de grande eficiência.

O inconveniente é que ele funciona com taxas de filtração muito baixas, sendo aplicável apenas às águas de pouca turbidez (até 50 NTU), exigindo, por isso, grandes áreas de terreno e volume elevado de obras civis.

A velocidade ou taxa de filtração pode ser determinada a partir de exames de observações em instalações semelhantes que tratam água de qualidade comparável.

Geralmente essa taxa varia entre 3 e 9 m3/m2.dia, sendo mais frequente entre 3 e 4m3/m2.dia.

Acima dessa taxa pode resultar em uma água qualidade insatisfatória.

Quanto aos resultados os filtros lentos têm um excelente desempenho na remoção de bactérias, superiores aos filtros rápidos quanto à uniformidade dos resultados.

Em geral pode-se apresentar como expectativa os seguintes valores:

  • Remoção de turbidez – 100%;
  • Remoção de cor – < 30%;
  • Remoção de Ferro – até 60%;
  • Boa remoção de odor e sabor;
  • Grande remoção de bactérias – > 95%.

Operacionalmente tem as vantagens de facilidade e simplicidade de operação e fácil controle, porém são importantes desvantagens a sua inviabilidade para turbidez superior a 40 NTU e também, sua baixa velocidade de filtração, o que implica em grandes áreas de ocupação.

Assim os filtros lentos têm sua aplicabilidade restrita a tratamento de pequenas vazões de consumo, águas pré-decantadas ou de baixa turbidez.

filtro lento

Esquema vertical de um filtro lento

Filtração Rápida

São projetados a partir da taxa de filtração geralmente compreendida entre 120 e 300 m3/m2.dia, dependendo da qualidade de operação, do sentido do fluxo, se de leito simples ou duplo etc.

Unidades com capacidade de filtração além de 150 m3/m2.dia, em geral são denominadas de filtros de alta taxa, sendo por emprego de mecanismos ou recursos que promovam o aumento da produção de água têm por objetivo a redução da área filtrante.

Os filtros rápidos convencionais de areia, fluxo descendente, apresentam as seguintes características:

  • Taxa de filtração: 120m3/m2.dia;
  • Lavagens 1 a 2 vezes por dia, com duração de 10 minutos e taxa de 800 a 1300m3/m2.dia, consumo aproximado de até 6% da água produzida;
  • Características da areia: 0,60mm ≤ D ≤ 1,41mm com 0,40mm < De < 0,60mm e coeficiente de uniformidade inferior a 1,55;

Sob a camada de pedregulho fica o sistema de fundo com dimensões e forma que dependem do tipo selecionado pelo projetista, inclusive algumas padronizadas tradicionais como o tipo Manifold.

filtro rápido
Esquema vertical de um filtro rápido

Como resultados apresenta uma boa remoção de bactérias (90 a 95%), grande remoção de cor e turbidez, pouca remoção de odor e sabor.

Como vantagens é citada maior rendimento, menor área, aproveitamento de águas de pior qualidade, e como desvantagens requerem um controle rigoroso da ETA, pessoal habilitado e especializado, casa de química, laboratório de análise, além de um significativo consumo de água tratada.

Esse consumo pode atingir cerca de 6% da produção diária de água tratada.

Gostou do que viu sobre o processo de filtração até aqui? Quer se aprofundar no assunto? Acesse o artigo Tudo que você precisa saber sobre controle e lavagem de filtro em ETA.

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