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

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

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

8 Filtração Lenta

9 Filtração Rápida

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

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

13 Perfis hidráulicos típicos para ETAs Filtração direta ascendente

14 Perfis hidráulicos típicos para ETAs Filtração direta descendente sem floculação

15 Perfis hidráulicos típicos para ETAs Tratamento convencional

16 Perfis hidráulicos típicos para ETAs Tratamento convencional

17 Perfis hidráulicos típicos para ETAs Tratamento convencional

18 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 Característica dos meios filtrantes

20 A partir da curva de distribuição granulométrica são definidos os parâmetros que caracterizam o meio filtrante: Tamanho do maior e menor grão; Tamanho efetivo: D 10 que corresponde ao tamanho para o qual se obtém 10 % (em peso) do material que passa; Coeficiente de Desuniformidade (CD) CD= D 60 /D 10 );

21 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/m 3 ).

22 Característica dos meios filtrantes Diâmetro Porcentagem que passa (%) d 10 d 60 d menor grão d maior grão

23 Característica dos meios filtrantes

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25 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 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 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 Característica dos meios filtrantes De acordo com a NBR 12216/92: Filtros de camada dupla:

29 Características hidráulicas TAXA DE FILTRAÇÃO:

30 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 Camada Suporte Cada camada componente do meio suporte deve ser a mais uniforme possível. d max /d mín = 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 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 Fundo dos filtros 1. Bocais; 2. Blocos; 3. Tubulações perfuradas; 4. Vigas pré-fabricadas

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35 Blocos

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37 Camada Suporte e Fundo dos Filtros Camada suporte para blocos Cerâmicos CamadaEspessura (cm)Tamanho (mm) 1º151.6 – 3.2 2º53.2 – 6.4 3º56.4 – 12.5 Fundo – 19 Total40

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39 Camada Suporte e Fundo dos Filtros Camada suporte para fundo falso com bocais CamadaEspessura (cm)Tamanho (mm) Pedrisco7 – – 2.4 1º7 – – 4.8 2º7 – – º7 – – 19 Fundo12 – 1563 – 38 Total40 a 50

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

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

42 Características hidráulicas TAXA DE FILTRAÇÃO: Filtro de uma camada: 180 m 3/ m 2 dia. Filtro de camada dupla: 360 m 3/ m 2 dia. OBS: Em caso de filtros de fluxo ascendente, a taxa de filtração deve ser de 120 m 3 /m 2 dia.

43 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 Características hidráulicas PERDA DE CARGA EM MATERIAIS FILTRANTES LIMPOS Fórmula de Fair et al. (1968) para grãos não esféricos de meios filtrantes limpos estratificados: X i : porcentagem em peso da fração que passa D eq : média geométrica das aberturas das duas peneiras consideradas; ρa: massa específica da água (kg/m 3 ); C e : coeficiente de esfericidade correspondente a cada subcamada do material granular (1,0 é a esfera ideal) ε : porosidade do meio;

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48 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 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 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.

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51 Lavagem dos Filtros Com bomba Reservatório elevado

52 Métodos de Lavagem dos Filtros MÉTODOS DE LAVAGEMMEIO FILTRANTE a. Lavagem somente com água no sentido ascensional; b. Lavagem auxiliar superficial e lavagem simultânea ou não com água no sentido ascensional; c. Lavagem auxiliar sub-superficial e lavagem simultânea ou não com água no sentido ascensional; d. Insuflação de ar e lavagem simultânea ou não com água no sentido ascensional; Convencional-areia <10000 m 3 /d; Convencional-areia com operação qualificada; Antracito e areia em estações com operação qualificada; Antracito e areia ou areia praticamente uniforme com operação qualificada.

53 Lavagem auxiliar superficial/subsuperficial

54 Sistema de coleta de água de lavagem dos filtros: S L D H0H0 H 0 =Altura entre a borda superior da calha de água de lavagem e o topo do material filtrante S=Espaçamento entre as calhas L=Espessura da camada filtrante D=altura da calha de água de lavagem L

55 Sistema de coleta de água de lavagem dos filtros:

56 Rio das Velhas - MG

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59 Rio Manso - MG

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62 Dimensionamento da calha de coleta de água de lavagem: B h0h0

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64 Número e Forma dos Filtros Tamanho ETA e Taxas de filtração; Número de etapas: no mínimo 3 filtros e 4 no caso de taxa declinante variável; De fatores econômicos que levam em conta o volume de concreto, o diâmetro das canalizações, comportas e válvulas, etc; Condições de lavagem;

65 Número e Forma dos Filtros Q (m3/dia)

66 Número e Forma dos Filtros Área dos Filtros É limitada pelas condições operacionais e pelas características dos componentes de veiculação de água no filtro; Filtros simples devem ter área inferior à 70 m2; Os maiores meios filtrantes apresentam área inferior a 170 m2; A NBR estabelece que a taxa máxima de filtração não deve ser superior a 50% da taxa média do sistema.

67 Número e Forma dos Filtros Os filtros normalmente são de seção quadrada ou retangular e as dimensões são estabelecidas considerando-se: Tipo de fundo de filtro; Tipo de lavagem auxiliar; Espaçamento e dimensões das calhas de coleta de água de lavagem.

68 CRITÉRIOS PARA ENCERRAMENTO DA CARREIRA DE FILTRAÇÃO Turbidez da água filtrada superior a um valor pré- determinado (geralmente superior a 0,5 uT); Perda de carga igual ou superior a carga hidráulica máxima disponível (geralmente da ordem de 2,0 a 3,0 metros) Carreira de filtração com duração superior a 40 horas.

69 PARTES CONSTITUTIVAS DE UM SISTEMA DE FILTRAÇÃO Tubulações, válvulas e comportas de entrada de água decantada, saída de água filtrada e introdução e coleta de água de lavagem

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71 PARTES CONSTITUTIVAS DE UM SISTEMA DE FILTRAÇÃO Velocidades nos dispositivos de veiculação de água: Alimentação do filtro - 0,6 a 1,8 m/s; Tubulação de água filtrada - 0,9 a 1,8 m/s; Drenagem da água de lavagem - 1,2 a 2,4 m/s; Alimentação de água de lavagem - 2,4 a 3,7 m/s; Drenagem do filtro -3,7 a 4,8 m/s.

72 Filtro de fluxo descendente com perda de carga total e velocidade de aproximação variáveis : arranjo de filtro

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