Filtração Lenta FEAGRI/ UNICAMP - Paterniani e

CONTROLE DE POLUIÇÃO
HÍDRICA
SISTEMA DE FILTRAÇÃO LENTA
Prof. Dr. José Euclides Paterniani (FEAGRI)
Prof. Dr. Ronaldo Pelegrini (CESET)
Filtração
Antigas escritas Gregas e Sanscritas
recomendavam como tratamento de água, entre
outros métodos, a filtração através de carvão. Mas a
filtração passou a ser difundida no decorrer do
século XVIII estabelecendo-se como meio eficaz de
remoção de partícula da água, embora o grau de
clarificação não fosse mensurável naquela época. A
partir do inicio dos anos 1800, a filtração lenta em
areia começou a ser usada de maneira regular na
Europa (EPA, 2000).
Filtração:
Filtração é o processo que remove as impurezas presentes na
água bruta (filtração lenta); na água coagulada ou floculada
(filtração rápida direta); ou na água decantada (filtração
rápida) pela passagem destas em um meio granular poroso,
geralmente constituído em camadas de pedregulho, areia e
antracito (comum nos filtros rápidos).
Em relação ao sentido de escoamento e à velocidade com
que a água atravessa a camada de material filtrante, a
filtração pode ser caracterizada como lenta, rápida de fluxo
ascendente ou rápida de fluxo descendente.
A filtração direta tem sua denominação relacionada com a
inexistência de unidade prévia de remoção de impurezas
(Pré-Filtração).
Figura 1- Camadas constituintes do filtro: carvão, antracito, areia
e pedregulho em diferentes granulometrias e fundo falso
em PVC
Filtração Lenta
Um filtro lento de areia é simplesmente um leito de areia apoiado
por outro leito de cascalho, contido em uma caixa, com uma
entrada para água bruta e uma saída para água tratada
(SOLONA,1995).
A filtração lenta em camada de areia apresenta uma taxa de
filtração de duzentas vezes menor que na filtração rápida. A água
pode demorar 2 ou mais horas da entrada à saída.
Durante a passagem pelo meio filtrante, a água muda
continuamente de direção, favorecendo o contato entre as
impurezas e os grãos do meio filtrante, com retenção de parte
delas, principalmente em até 40 cm de profundidade resultando em
várias ações distintas: transporte, aderência e atividade biológica.
Eficiência da Filtração Lenta
A prova mais concreta da eficiência da filtração lenta em
remover microrganismos ocorreu em 1892, através da
experiência vivenciada por 2 comunidades vizinhas, Hamburgo
e Altona (Alemanha) que utilizavam águas do rio Elba. Em
Hamburgo o tratamento era por sedimentação simples. Em
Altona era por Filtração Lenta. Com a contaminação do rio Elba
houve uma epidemia de cólera causando a morte de 7500
pessoas em Hamburgo, o mesmo não aconteceu em Altona.
Epidemias subseqüentes em várias partes do mundo
confirmaram a importância da filtração antes do consumo da
água.
Mecanismos da Filtração Lenta
Dentre os mecanismos de transporte da filtração lenta
destaca-se: a ação física de coar, a sedimentação, difusão,
impacto inercial, interceptação e ação hidrodinâmica. Pelas
próprias características do escoamento e do meio filtrante,
alguns mecanismos podem ser dominantes em relação a
outros, especialmente o da ação física de coar. Após algum
tempo de operação, outros passam a dominar, especialmente
após a formação de uma camada biológica no topo do meio
filtrante,
denominada
superfície
de
coesão
ou
“Schmutzdecke”.
Importância do Schmutzdecke
A formação da superfície de coesão ou do “Schmutzdecke”
no topo do meio filtrante contribui significativamente para a
retenção das partículas. A atividade biológica é considerada
a ação mais importante que ocorre na filtração lenta, sendo
mais pronunciada no topo da areia, onde há a formação de
uma camada biológica constituída de partículas inertes, de
matéria orgânica e de uma grande variedade de organismos
(bactérias, algas, protozoários, metazoários, etc).
A formação do “Schmutzdecke” no topo da areia pode levar
dias ou até semanas, tempo denominado de período de
amadurecimento de um filtro lento.
Zonas do Meio Filtrante
Tem sido aceita a existência de três zonas distintas no início
da camada de areia (cerca de 40 cm) : a) superfície de coesão
ou “Schmutzdecke”; b) zona autótrofa; c) zona heterótrofa.
a) A “Schmutzdecke” apresenta, após alguns dias, coloração
marrom, resultante da retenção de partículas suspensas,
partículas coloidais, algas, organismos em geral, Fe, Mn,
Sílica, etc. Há ocorrência de oxidação química e os
microrganismos são adsorvidos nas superfícies dos grãos do
meio filtrantes onde se desenvolvem seletivamente com a
utilização da matéria orgânica retida como fonte de alimento.
Zonas do Meio Filtrante (cont)
b) a zona autótrofa localiza-se imediatamente abaixo do
Schmutzdecke, onde, com o desenvolvimento da vida vegetal,
há a síntese da matéria orgânica a partir de substâncias
simples, como H2O e CO2 com fornecimento de oxigênio para
o meio.
c) na zona heterótrofa, que se estende até 40 cm na areia, os
microrganismos multiplicam-se em grande escala, os produtos
da desassimilação geralmente são usados, de modo que a
matéria orgânica é convertida em H2O e CO2 nitratos e
fosfatos, ocorrendo a mineralização.
Algas
Em geral, os organismos fitoplanctônicos, bactérias,
protozoários, metazoários e outros co-habitam os filtros
lentos. Dependendo das espécies e da quantidade, as algas
podem obstruir rapidamente os vazios intergranulares no
início da camada de areia, reduzindo drasticamente a
duração da carreira de filtração.
As algas são encontradas em regiões distintas dos filtros
lentos e em quantidades muito diferentes. Acima do
Schmutzdecke é comum encontrar espécies móveis como as
chlamidomonas e não móveis como Scenedesmus ou
Ankisitrodesmus. No Schmutzdecke as filamentosas como
Melósira e Spirógyra ou não filamentosas: diatomáceas e
algas verdes.
Algas (cont)
Algumas espécies de algas são capazes de penetrar o meio
filtrante, tais como nitzchia, Synedra, Chlamidomonas, Euglena,
Navícula e Phacus.
Assim, a medida da concentração de clorofila a pode fornecer
informações
importantes
sobre
os
organismos
fitoplanctônicos, os quais necessitam de nitrogênio e fósforo
para seu desenvolvimento.
Algas presentes na Zona Autótrofa – Filtração Lenta de água
residuária
Algas presentes em água residuária – Pós Filtração Lenta
Granulometria da Areia Indicada para
Filtração Lenta
Curva Granulométrica
% passa acumulada
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
10
1
0,1
Abertura Malha (mm)
0,01
Uso de Mantas Sintéticas na Filtração
Lenta
O uso de mantas sintéticas sobre a camada de areia permite
empregar taxas mais elevadas, reduzindo o tempo de
filtração. Permite reduzir a espessura da camada de areia e a
limpeza do filtro é facilitada pela remoção e lavagem das
mantas após o encerramento da carreira de filtração.
É sobre as mantas que se forma o Schmutzdecke. Geralmente
são empregadas mantas sintéticas não tecidas e suas
gramaturas podem ser bem variadas dependendo de cada
caso. Em alguns estudos são empregadas duas mais mantas
na superfície da areia.
Remoção de Fe e Mn
A remoção de Ferro e Manganês na filtração lenta tem sido
observada em várias pesquisas realizadas em instalações
pilotos e em estações de tratamento.
A precipitação do Fe e Mn acontece no Schmutzdecke, mas
uma carga excessiva destes minerais pode provocar uma
colmatação rápida do topo da areia.
Uma concentração considerada segura é de 1,0mg/L.
Remoção de Turbidez, Coliformes Totais...
Estudos têm demonstrado que a filtração lenta apresenta alta
eficiência na redução da Turbidez, Cor, Coliformes Totais,
Demanda Química de Oxigênio, Carbono Orgânico Total,
Substâncias Húmicas, Detergentes, Fenóis, Agro-químicos e
diversos organismos (bactérias, vírus).
A remoção de vírus tem sido atribuída a três fenômenos:
a) Predação microbiológica; b) adsorção na biomassa ou
biofilme; c) absorção por superfícies não biológicas.
A predação microbiológica e a adsorção na biomassa são as
ações mais importantes, especialmente no Schmutzdecke onde
existe uma variedade de organismos (bactérias, fungos,
protozoários, metazoários e algas).
Exemplo de estudos em Planta Piloto
FILTRO
superfície de coesão ou
Schmutzdecke
Mantas
zona autótrofa
zona heterótrofa
Camada de areia
Camada de Brita
Figura 2- Esquema de Filtro Lento
Processo de Filtração Lenta em Grande Escala
FIGURA 4 -Filtro lento (bairro Ana Benta – Capão Bonito SP) ETA
construída em 1992, ocupa uma área de 66 m² com
capacidade de tratar 1,5 L/s de água.
Processo de Filtração Lenta em Grande Escala
FIGURA 5 - Entrada de água no filtro lento
(bairro Ana Benta – Capão Bonito SP)
•FIM