estação tratamento agua2

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Para ampliar a utilização da filtração lenta para águas de qualidade inferior à recomendada na Tabela 3.2, faz-se necessária a adoção de sistemas de prétratamentos que permitam condicionar a qualidade da água bruta às limitações das unidades de filtração lenta. Segundo Visscher et al. (1996), tais alternativas devem apresentar níveis de complexidade técnica, e custos de operação e manutenção, similares aos da própria tecnologia de filtração lenta.

Existem vários métodos de pré-tratamento aplicáveis ao sistema de filtração lenta, conforme visto no Capítulo 2. A adoção de um determinado tipo de pré-tratamento depende de vários fatores, como por exemplo, a qualidade da água bruta, a topografia no local da captação, a distância da captação ao local da estação de tratamento, a vazão a ser captada, o nível de instrução técnica dos operadores e dos responsáveis pela manutenção, a disponibilidade de material granular na região, a facilidade de limpeza, entre outros.

O Pré-Tratamento na Filtração em Múltiplas Etapas (FiME)

A seqüência de tratamento que envolve a utilização de pré-filtro dinâmico, pré-filtro de pedregulho com escoamento horizontal ou vertical (ascendente ou descendente), e a filtração lenta como barreira microbiológica, tem sido denominada de Filtração em Múltiplas Etapas (FiME). A Figura 3.1 mostra um esquema geral de uma instalação de FiME.

Figura 3.1 - Esquema geral da instalação FiME (Galvis et al., 1998).

O conceito de filtração em múltiplas etapas originou-se-se da busca de opções de acondicionamento ou pré-tratamento para fontes superficiais de água, cuja qualidade pode interferir nos mecanismos de purificação ou superar a capacidade de remoção da filtração lenta, produzindo água filtrada de qualidade deficiente, se esta fosse a única etapa de tratamento antes da desinfecção (Visscher et al., 1996).

Galvis et al. (1992) realizaram um estudo comparativo entre as diferentes alternativas de pré-tratamento para filtração lenta. Esses pesquisadores avaliaram, de forma paralela, a utilização da sedimentação simples, da sedimentação em placas, do préfiltro de pedregulho raso com escoamento descendente e do pré-filtro dinâmico, como etapa inicial de condicionamento da água; assim como, o uso do pré-filtro de pedregulho com escoamento horizontal, de pré-filtro de pedregulho com escoamento ascendente em camadas, de pré-filtro com escoamento ascendente em série com três unidades e de pré-filtro de pedregulho com escoamento descendente em três unidades em série, como segunda etapa do tratamento. Unidades de filtração lenta foram utilizadas como última etapa de tratamento.

Para o desenvolvimento do trabalho, Galvis et al. (1992) utilizaram água do Rio Cauca (Colômbia), cobrindo o período chuvoso e de estiagem, que apresentou valores de turbidez, de sólidos suspensos e de cor verdadeira variando, respectivamente, nas faixas de 15 a 1575 uT, 30 a 2434 mg/L, e 18 a 860 uC. Esses autores concluíram que:

• pré-filtro dinâmico mostrou-se a melhor alternativa para a primeira etapa de condicionamento da água, cujo o objetivo era o de amortecer picos de sólidos em suspensão;

• tomando o comprimento total do meio filtrante como indicador de custos de investimento, e facilidade de limpeza como um indicador de custos de operação e manutenção, a combinação de pré-filtro dinâmico com pré-filtro ascendente em camadas foi a melhor alternativa de pré-tratamento para a água estudada;

• pré-filtro ascendente em camadas pareceu ter maior potencial de aplicação para fontes de água com concentrações de sólidos suspensos inferiores a 150 mg/L, enquanto o pré-filtro ascendente em série, de duas ou três unidades, seria recomendado para concentrações mais elevadas;

• pré-tratamento não somente reduziu o teor de sólidos suspensos e turbidez, mas também foi bastante efetivo na melhoria da qualidade microbiológica da água.

Pré-filtro Dinâmico de Pedregulho

Esse tipo de pré-filtro de pedregulho consiste, basicamente, de uma unidade com um leito composto de camadas de material granular de composição granulométrica crescente de forma que o material mais fino localiza-se no topo da unidade. Essa configuração permite que, na ocorrência de picos, ou na presença contínua de valores de elevados de sólidos suspensos na água bruta, a camada superior do meio granular seja obstruída, evitando que quantidades excessivas de sólidos atinjam os demais préfiltros e os filtros lentos. Funcionando, dessa forma, como uma proteção para as unidades subseqüentes do sistema de tratamento.

De um modo geral, as obstruções são mais rápidas na ocorrência de picos de sólidos suspensos e, eventualmente, dependendo das características das partículas, a obstrução poderá ser total.

Conforme descrito no capítulo 2, a obstrução da camada superior do pré-filtro dinâmico provoca um aumento da resistência ao escoamento da água no meio granular, acarretando a diminuição da taxa de filtração e o aumento da vazão da parcela que é descartada.

O principal mecanismo de remoção das impurezas no pré-filtro dinâmico é, de acordo com Latorre et al. (1996), a sedimentação no topo e no interior do material granular, sendo que a sedimentação nos vazios do meio granular é mais efetiva que a sedimentação na superfície no mesmo. Em seus experimentos com a pré-filtração dinâmica, esses autores observaram que a eficiência de remoção de sólidos suspensos não foi significativamente afetada pelo aumento da taxa de filtração de 48 para 96 m/dia, mas mostrou-se bastante sensível ao aumento da taxa para 120 m/dia. Operando o pré-filtro na faixa apropriada, os autores reportam eficiências de remoção de trubidez entre 50% e 52% e de sólidos em suspensão variando de 83% a 87%. Durante os experimentos a água afluente ao pré-filtro dinâmico apresentou valores de turbidez entre 71 e 167 uT, com picos de até 420 uT, e sólidos suspensos na faixa de 146 a 3 mg/L, com picos de até 881 mg/L.

A pré-filtração dinâmica já é utilizada em diversas Estações de Tratamento de Água na Colômbia, e vem apresentando resultados bastante satisfatórios. A Tabela 3.3 resume alguns resultados apresentados por Galvis et al. (1997). Elevadas remoções de sólidos suspensos e de coliformes fecais podem ser observadas e, muito embora o valor médio não seja a forma adequada de expressar os níveis de turbidez e da cor verdadeira observados em uma série de amostras de água, em função dos métodos de análise desses parâmetros, os resultados apresentados na Tabela 3.3 dão uma idéia da eficácia do pré-filtro dinâmico na remoção dessas características.

Tabela 3.3 - Performance da pré-filtração dinâmica em escala real (Galvis et al.,1997) Água Bruta Pré-filtro dinâmico (efluente) Nome da

ETA Parâmetros avaliados Faixa Media ± σ Media ± σ remoção*

El Retiro Turbidez (uT)

S. Suspensos (mg/L) Coli. Fecais(UFC/100mL) Cor Verdadeira (uC)

3,2 -120 0,2 - 316 140 – 162000 2 – 188

15,0 ± 18,0 20,6 ± 42,0 7416 ± 21921 24,0 ± 20,0

7,6 ± 7,8 4,6 ± 6,2 3150±15567 20,0 ± 17,0

- 7,7 % 57,5 % -

Colombo Turbidez (uT)

S. Suspensos (mg/L) Coli. Fecais(UFC/100mL) Cor Verdadeira (uC)

2,8 - 122 0,1 - 392 800 - 470000 3 - 122

15,0 ± 17,0 23,0 ± 48,1 44556 ± 56976 24,0 ± 17,0

6,5 ± 7,6 3,2 ± 5,1 8051±9590 19,0 ± 14,0

- 86,1 % 81,9 % -

* percentagem baseada em valores médios σ - desvio padrão

A taxa de aplicação, a constituição e a espessura total do meio granular e a velocidade de escoamento sobre o topo do meio granular são adotados em função do objetivo principal do pré-filtro dinâmico, qual seja, a amortização de “picos” de turbidez ou a remoção de impurezas. No capítulo 4 são apresentados os parâmetros de projeto sugeridos para esta unidade de pré-tratamento.

Pré-filtro de Pedregulho com Escoamento Vertical

Nessa modalidade de pré-filtração duas variantes se apresentam, a descendente e a ascendente. No pré-filtro de pedregulho com escoamento ascendente podem ser encontradas duas configurações, a em camadas e a em unidades em série, ao passo que no pré-filtro descendente apenas a configuração em unidades em série é utilizada.

No caso da pré-filtração em camadas, o processo ocorre em uma única unidade onde o material filtrante é composto de subcamadas de pedregulho decrescente no sentido do escoamento. Quando se tem a pré-filtração em série, cada camada filtrante é disposta em compartimento separado, de tal modo que a água filtrada no primeiro compartimento, de maior granulometria, é encaminhada para uma segunda câmara, e desta para uma terceira, onde as granulometrias são gradativamente menores (ver Figuras 2.3 e 2.5 do Capítulo 2).

A utilização de pré-filtros de pedregulho com escoamento descendente, foi investigada por Peres, (1985 apud Bresaola, 1990) usando unidades em série e em paralelo. A disposição dos filtros em paralelo permitiu o estudo do comportamento de diferentes meios granulares perante a mesma qualidade da água bruta. Em cada unidade, variou-se a espessura do meio granular (entre 0,50 e 2,0 m) e a taxa de filtração (de 2,4 a 19,6 m/dia), concluindo-se que a eficiência do processo dependia, essencialmente, da qualidade da água bruta. Investigando a disposição dos filtros em série e utilizando taxas de filtração decrescentes, o autor obteve remoções de turbidez variando de 50 a 86%. Verificou-se ainda que a eficiência de remoção de turbidez resultou maior com o aumento da turbidez da água bruta e com o tempo de funcionamento da unidade.

Uma comparação entre o comportamento da pré-filtração em pedregulho com escoamento descendente com o da pré-filtração em pedregulho com escoamento ascendente é reportada por Di Bernardo e Collazos (1990). Com base nos resultados experimentais obtidos com diferentes taxas de filtração na faixa de 12 a 36 m/dia, os autores concluíram que: a remoção de impurezas, tanto físico-químicas como bacteriológicas, é similar nos dois tipos de pré-filtro e parece não ter sido influenciada pela taxa de filtração; a ocorrência de picos de turbidez no afluente resulta no surgimento de picos no efluente, mostrando que tais unidades possuem baixa capacidade de atenuação de variações bruscas na qualidade do afluente; a taxa de crescimento da perda de carga no pré-filtro de escoamento descendente foi, geralmente, superior à da unidade com escoamento ascendente; a duração da carreira do pré-filtro de escoamento descendente foi influenciada pela qualidade do afluente, o que não ocorreu no pré-filtro de escoamento ascendente. Além disso, uma simples descarga de fundo no pré-filtro de escoamento ascendente mostrou-se suficiente para recolocá-lo em operação, enquanto no de escoamento descendente era necessária a introdução de água no sentido ascensional para a lavagem do meio granular.

Várias publicações, que apresentam resultados obtidos em estudos-piloto ou em unidades em funcionamento regular (escala real), demonstram a aplicabilidade da préfiltração ascendente como pré-tratamento para águas com elevados teores de turbidez e de coliformes. Resultados obtidos em uma instalação demonstrativa, em escala real, operando em Puerto Mallarino (Colômbia) indicam que um pré-filtro de escoamento ascendente em camadas, operando com taxas de filtração de 7 a 18 m/dia, pode alcançar remoções de turbidez da ordem de 70%, coliformes totais na faixa de 70 a 98 % e cor verdadeira entre 10 e 45 % (Visscher et al. 1996).

No Brasil, não se têm notícias de utilização de unidades de pré-filtração ascendente, ou qualquer outra pré-filtração em pedregulho. Entretanto, essa alternativa de pré- tratamento tem sido estudada na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP) desde 1984. Di Bernardo (1991) cita algumas conclusões obtidas a partir de estudos desenvolvidos utilizando a pré-filtração ascendente e filtração lenta precedida da préfiltração ascendente:

• quando a qualidade do afluente permanece praticamente constante, a eficiência de remoção de turbidez, cor aparente, ferro total, sólidos totais e coliformes totais aumenta com o tempo de funcionamento;

• variações repentinas da qualidade da água bruta causam variações simultâneas da qualidade efluente do pré-filtro ascendente, configurando uma pequena capacidade dessas unidades em absorver tais “picos”;

• com taxas de até 36 m/dia no pré-filtro e de até 6 m/dia no filtro lento, o sistema tem capacidade para produzir um efluente final com turbidez consistentemente menor que 5 uT, independente da turbidez afluente, desde que o valor seja inferior a 100 uT;

• a comunidade biótica presente no pré-filtro e no filtro lento é bastante variada, sendo mais diversificada neste último, incluindo cerca de 50 gêneros de algas, diversos protozoários, nematodos, oligoquetos, rotíferos e copépodos;

• tanto a remoção de algas, quanto a de partículas totais, foi maior no pré-filtro do que no filtro lento.

hidráulico e exigências de operação e manutenção

As Tabelas 3.5 a 3.8 apresentam dados comparativos de três alternativas de préfiltração em pedregulho: pré-filtro com escoamento horizontal; pré-filtros com escoamento horizontal em série; e, pré-filtro com escoamento ascendente em série (Galvis et al.,1996). A comparação incluiu a eficiência de tratamento, o desempenho

Tabela 3.5 - Eficiências de remoções para os diferentes pré-filtros de pedregulho (Galvis et al., 1996 ).

Eficiência de remoção (%)

Parâmetro PFA em série PFH em série PFH Coliformes Fecais 9,4 95,6 95,4

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