A filtração consiste na remoção de partículas suspensas e coloidais e de microrganismos...
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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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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
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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;
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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 .
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Na filtração, geralmente o regime de escoamento é laminar e envolve os mecanismos:
Ação de superfícieÉ o efeito físico de coar e ocorre no topo e camadas iniciais.
Ação de profundidadeOcorre na profundidade do leito filtrante e envolve mecanismos de transporte.
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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.
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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.
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Filtração Lenta
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Filtração Rápida
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Filtração Rápida
Características da água bruta
Filtração direta Filtração em linha
Tubidez (UNT) 50 (15)
25 (5)
Cor real (U.C) 50 (Cor aparente < 20)
25 (Cor aparente < 15)
Densidade algal (UPA/ml)
1.000 (500)
500 (100)
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Classificação dos Processos de Filtração
Com relação ao meio filtrante:Com relação ao meio filtrante:Camada simples Camada dupla Camada Camada simples Camada dupla Camada
triplatripla
Areiaou Antracito
Areia
Antracito
Areia
Antracito
Granada
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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.
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Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Filtração direta ascendente
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Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Filtração direta descendente sem floculação
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Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Tratamento convencional
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Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Tratamento convencional
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Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Tratamento convencional
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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 .
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Característica dos meios filtrantes
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Característica dos meios filtrantes
A partir da curva de distribuição granulométrica são definidos os parâmetros que caracterizam o meio filtrante:
Tamanho do maior e menor grão;
Tamanho efetivo: D10 que corresponde ao tamanho para o qual se obtém 10 % (em peso) do material que passa;
Coeficiente de Desuniformidade (CD)CD= D60/D10);
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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/m3).
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Característica dos meios filtrantes
Diâmetro
Porc
en
tag
em
qu
e p
assa
(%)
d10 d60dmenor grão dmaior grão
10
60
d
dCU
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Característica dos meios filtrantes
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Característica dos meios filtrantesMeio Filtrante d10 (mm) C.U. Altura (m)
CAMADA ÚNICA Areia 0,45-0,55 <1,6 0,60-0,80 Areia 0,80-1,20 <1,5 1,20-1,80 Antracito 1,1-1,5 <1,5 1,20-1,80 AREIA-ANTRACITO Areia 0,45-0,55 <1,6 0,15-0,30 Antracito 0,90-1,10 <1,8 0,30-0,60 AREIA-ANTRACITO-GARNET Areia 0,45-0,55 <1,6 0,15-0,30 Antracito 0,90-1,10 <1,8 0,30-0,60 Garnet 0,20-0,30 ------ 0,10-0,15
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Característica dos meios filtrantes
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.
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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
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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
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Característica dos meios filtrantes
De acordo com a NBR 12216/92:
Filtros de camada dupla:
Areia Antracito
Espessura da camada 15 a 30 45 a 60
Tamanho efetivo 0.5 a 0.6 0.8 a 1.1
Coeficiente de uniformidade <1.5 <1.5
Menor grão 0.42 0.59
Maior grão 1.41 2.0
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Características hidráulicas
TAXA DE FILTRAÇÃO:
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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.
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Camada Suporte
Cada camada componente do meio suporte deve ser a mais uniforme possível. dmax/dmín = 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
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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.
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Fundo dos filtros
1. Bocais;
2. Blocos;
3. Tubulações perfuradas;
4. Vigas pré-fabricadas
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Blocos
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Blocos
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Camada Suporte e Fundo dos Filtros
Camada suporte para blocos Cerâmicos
Camada Espessura (cm) Tamanho (mm)
1º 15 1.6 – 3.2
2º 5 3.2 – 6.4
3º 5 6.4 – 12.5
Fundo 15 12.5 – 19
Total 40
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Camada Suporte e Fundo dos Filtros
Camada suporte para fundo falso com bocaisCamada Espessura (cm) Tamanho
(mm)
Pedrisco 7 – 7.5 4.8 – 2.4
1º 7 – 7.5 12.5 – 4.8
2º 7 – 10.0 19.0 – 12.5
3º 7 – 10.0 38 – 19
Fundo 12 – 15 63 – 38
Total 40 a 50
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Camada suporte utilizada pela COPASA para fundos falsos queutilizam vigas californianas (Vianna,2005)
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Características hidráulicas
TAXA DE FILTRAÇÃO:
Qualidade da água;
Habilidade de operação;
Características do meio;
Carga hidráulica.
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Características hidráulicas
TAXA DE FILTRAÇÃO:
Filtro de uma camada: 180 m3/m2dia.
Filtro de camada dupla: 360 m3/m2dia.
OBS: Em caso de filtros de fluxo ascendente, a taxa de filtração deve ser de 120 m3/m2dia.
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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 hidráulicoi = h/L, onde:L = Altura da amostra (cm)h = Carga hidráulica (cm)
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Características hidráulicas
PERDA DE CARGA EM MATERIAIS FILTRANTES LIMPOS
Fórmula de Fair et al. (1968) para grãos não esféricos de meios filtrantes limpos estratificados:
Xi: porcentagem em peso da fração que passa
Deq: média geométrica das aberturas das duas peneiras consideradas;
ρa: massa específica da água (kg/m3);Ce: coeficiente de esfericidade correspondente a cada subcamada do
material granular (1,0 é a esfera ideal)ε : porosidade do meio;
n
i
n
ia Deq
Xi
gCe
V
Deq
Xi
Ce
V
gL
H
13
2
1223
2 )1(75,1
)1(150
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Índices Físicos AREIA ANTRACITO CAG GARNET Massa específica (Kg/m3)
2.650
1.450-1.730
1.300-1.500
3.600-4.200
Porosidade 0,42-0,47 0,56-0,60 0,50 0,45-0,55 Coef. de esfericidade 0,7-0,8 0,46-0,60 0,75 0,60
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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.
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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 12216 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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0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Vel
oci
dad
e A
scen
cio
nal
(cm
/s)
Expansão (%)
Expansão de Meios Filtrantes
Areia-Antracito
Areia-CAG
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Lavagem dos Filtros
Com bomba
Reservatório elevado
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Métodos de Lavagem dos Filtros
MÉTODOS DE LAVAGEM MEIO 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 m3/d;
Convencional-areia com operação qualificada;
Antracito e areia em estações com operação qualificada;
Antracito e areia ou areia praticamente uniforme com operação qualificada.
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Lavagem auxiliar superficial/subsuperficial
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Sistema de coleta de água de lavagem dos filtros:
S
L
D
H0
DLHDL 0.5,0
00 5,25,1 HSH
H0=Altura entre a borda superior da calha de água de lavagem e o topo do material filtranteS=Espaçamento entre as calhas
L=Espessura da camada filtrante
D=altura da calha de água de lavagem
L
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Sistema de coleta de água de lavagem dos filtros:
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Rio das Velhas - MG
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Rio das Velhas - MG
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Rio das Velhas - MG
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Rio Manso - MG
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Rio Manso - MG
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Rio Manso - MG
![Page 62: A filtração consiste na remoção de partículas suspensas e coloidais e de microrganismos presentes na água que escoa através de um meio granular.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081507/552fc100497959413d8bc33f/html5/thumbnails/62.jpg)
Dimensionamento da calha de coleta de água de lavagem:
B
5,10..38,1 hBQ
h0
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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;
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Número e Forma dos Filtros
Q (m3/dia)
5,0.2,1 QN
ETA Filtros Vazão (m3/s)
Araras – SP 6 0,4 Campinas – SP 16 2,1 Fortaleza – CE 10 6 Guaraú – SP 48 33 Morro Redondo – MG 6 0,75 Rio Manso – MG 10 4,1 Rio das Velhas – MG 16 6 São Carlos 7 0,5
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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 12216 estabelece que a taxa máxima de filtração não deve ser superior a 50% da taxa média do sistema.
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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.
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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.
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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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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.
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Filtro de fluxo descendente com perda de carga total e velocidade de aproximação
variáveis: arranjo de filtro
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![Page 75: A filtração consiste na remoção de partículas suspensas e coloidais e de microrganismos presentes na água que escoa através de um meio granular.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081507/552fc100497959413d8bc33f/html5/thumbnails/75.jpg)