4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.8. Ensaios de Dupla Filtração
4.8.1. Programação dos ensaios
Na Tabela 4.4 são apresentados os valores das taxas de filtração e as demais características dos ensaios de dupla filtração na instalação piloto.
Tabela 4.4 – Características dos ensaios de dupla filtração
Água Estudo Sistema de Dupla Filtração Taxa de Filtração no Filtro Ascendente (m3/m2.d) Taxa de Filtração no Filtro Descendente (m3/m2.d) Execução de Descargas de Fundo Intermediárias Número do Ensaio Tipo I 1 120 180 Não 1 Tipo I 1 240 360 Não 2 Tipo I 1 240 360 Sim 3 Tipo I 1 180 300 Não 4 Tipo I 1 180 300 Sim 5 Tipo II 1 180 300 Não 6 Tipo II 1 180 300 Sim 7 Tipo II 1 120 180 Não 8 Tipo II 1 120 180 Sim 9 Tipo I 2 120 180 Não 10 Tipo I 2 120 180 Sim 11 Tipo I 2 180 300 Não 12 Tipo I 2 180 300 Sim 13 Tipo II 2 180 180 Não 14 Tipo II 2 180 180 Sim 15 4.8.2. Preparação do coagulante
O coagulante utilizado foi o sulfato de alumínio. Foi adquirida a solução concentrada do produto, com teor de Al2O3 de 7,2 % e diluída em um bombona de 50 L provida de
agitador e bomba dosadora.
O cálculo da vazão da bomba dosadora foi realizado utilizando-se o conceito de balanço de massa:
(q
Q
)
DSA
q
C
sol×
b=
×
b+
T Equação 4.2 em que:qb (L/h): vazão da bomba dosadora;
DSA (mg/L produto comercial): dosagem de coagulante; QT (L/h): vazão total de água de estudo recalcada.
4.8.3. Ajuste das vazões
A vazão total afluente ao sistema de dupla filtração foi verificada por meio de medidor eletromagnético instalado na tubulação a montante da entrada dos filtros ascendentes. O ajuste dessa vazão foi realizado pela altura h (carga hidráulica sobre o orifício) e pelo diâmetro do orifício no cap na caixa de nível constante (ver detalhe Figura 4.5). A equação de perda de carga em orifício é dada por:
h g A Cd QT = . . 2. . Equação 4.3 em que: QT (m 3
/s): vazão total de água de estudo recalcada; A (m2): área do orifício;
g (m/s2): aceleração da gravidade; h (m): perda de carga;
Cd: coeficiente de descarga.
Uma parte da vazão de água pré-filtrada foi direcionada ao filtro descendente e foi verificada por meio de rotâmetro e a outra parcela da água foi direcionada ao turbidímetro de escoamento contínuo para leitura da turbidez da água pré-filtrada, cuja faixa de vazão varia de 15 a 45 L/h.
4.8.4. Controle da coagulação
Foi utilizado o FLA com características idênticas àquelas utilizadas nos ensaios de bancada para controle e ajuste, quando necessário, da coagulação com sulfato de alumínio. No início de cada ensaio de dupla filtração, a água coagulada era desviada e o ajuste da condição ótima de coagulação era obtido por meio da variação da vazão da bomba dosadora, uso do FLA (ver Figura 4.17) e leitura do potencial zeta da água coagulada. Assim que a turbidez no FLA resultasse inferior a 1 uT e o potencial zeta se aproximasse de zero, o desvio era fechado e a água era direcionada ao filtro ascendente. Vale ressaltar que a dosagem inicial de sulfato de alumínio utilizada nos ensaios foi aquela determinada nos ensaios de bancada. Nesta etapa foi feito apenas um ajuste.
Medidor de Vazão
FLA
Pinça Regulável Água Coa gulad a Taxa: 60 m/dFigura 4.17 – Uso do FLA no início dos ensaios de dupla filtração para controle da coagulação
4.8.5. Parâmetros de controle e freqüência
Os principais parâmetros de controle nos ensaios de dupla filtração foram:
Perda de carga: foram instaladas tomadas de pressão ao longo dos meios granulares dos filtros ascendentes para realização de leituras piezométricas. A freqüência de leituras piezométricas foi realizada de 3 em 3 horas. Nos filtros descendentes foram instaladas tomadas de pressão para medida da perda de carga total na camada de areia;
Vazão: a vazão total afluente ao sistema de filtração foi medida continuamente pelo medidor de vazão eletromagnético localizado na tubulação a montante da entrada do filtro ascendente e registrada na placa de aquisição de dados a cada 5 min; a vazão afluente ao filtro descendente foi monitorada a cada 1h por meio da leitura do rotâmetro;
Turbidez: além da medida e registro contínuo de turbidez da água de estudo e dos efluentes dos filtros ascendente e descendente (equipamento: turbidímetros de escoamento contínuo da HACH, modelo 1720 C), foram coletadas amostras dos efluentes dos filtros ascendente e descendente, da água de estudo, e da água pré- filtrada no final de cada subcamada a cada 3 horas (equipamento: tubidímetro de bancada da HACH, modelo 2100 P);
Potencial zeta: o potencial zeta da água coagulada foi medido no início de cada ensaio de dupla filtração;
Alcalinidade: a alcalinidade da água de estudo era medida no início de cada ensaio; pH: o pH da água de estudo e da água coagulada foram medidos a cada 6 horas; Temperatura: a temperatura da água de estudo foi medida de 3 em 3 horas.
4.8.6. Encerramento de uma carreira de filtração
O encerramento de uma carreira de filtração foi considerado quando:
fosse alcançada a perda de carga limite no meio granular, fixada em 1,80 m nos filtros descendentes;
a turbidez do efluente do filtro descendente superasse 1 uT; a duração da carreira atingisse 72 h.
4.8.7. Execução de descarga de fundo intermediária
Devido aos resultados obtidos com o ensaio sem descarga de fundo correspondente (mesmas taxas nos filtros ascendente e descendente), a programação das descargas de fundo intermediárias foi feita em função do tempo (intervalos de 4,5 a 6 horas, dependendo das taxas de filtração e da água de estudo).
As descargas de fundo intermediárias no filtro ascendente de areia grossa foram realizadas nas duas câmaras de filtração simultaneamente, de acordo com o procedimento descrito a seguir.
colocar as pinças nos piezômetros para evitar acúmulo de caulinita nos mesmo; fechar os registros de entrada de água coagulada no filtro ascendente e abrir registro
de desvio da água coagulada;
fechar o registro de água pré-filtrada na tubulação de entrada no filtro descendente e abrir o registro de desvio de água pré-filtrada;
fechar o registro de saída de água filtrada;
abrir os registros de descarga na posição determinada na pré-operação e simultaneamente abrir registro de água para aplicação na interface (água proveniente da rede) com taxa de aplicação de 800 m3/m2.d (vazão ajustada por meio de rotâmetro), de modo que o nível de água no filtro não fosse alterado;
duração da descarga de fundo de 2 minutos;
fechar os registros de descarga e de água para aplicação na interface;
abrir os registros de entrada de água coagulada no filtro ascendente e fechar o registro de desvio da água coagulada;
abrir o registro de água pré-filtrada na tubulação de entrada no filtro descendente e fechar o registro de desvio de água pré-filtrada;
abrir o registro de saída de água filtrada; tirar as pinças dos piezômetros.
As descargas de fundo intermediárias no filtro ascendente de pedregulho foram realizadas nas duas câmaras de filtração simultaneamente, de acordo com o procedimento descrito a seguir.
colocar as pinças nos piezômetros para evitar acúmulo de caulinita nos mesmo; fechar os registros de entrada de água coagulada no filtro ascendente e abrir registro
de desvio da água coagulada;
fechar o registro de água pré-filtrada na tubulação de entrada no filtro descendente e abrir o registro de desvio de água pré-filtrada;
fechar o registro de saída de água filtrada;
abrir os registros de descarga na posição determinada na pré-operação (taxa de descarga de aproximadamente 700 m3/m2.d), com esvaziamento total do filtro; duração da descarga de fundo de aproximadamente 2 minutos (volume descartado de
aproximadamente 13 L); fechar os registros de descarga;
abrir os registros de entrada de água coagulada no filtro ascendente e fechar o registro de desvio da água coagulada;
abrir o registro de água pré-filtrada na tubulação de entrada no filtro descendente e fechar o registro de desvio de água pré-filtrada;
abrir o registro de saída de água filtrada; tirar as pinças dos piezômetros.
Para a caracterização dos picos de turbidez no reinício de operação dos ensaios realizados nos dois sistemas, após a execução de uma descarga de fundo, foi feito o controle da turbidez da água pré-filtrada e filtrada de minuto em minuto, até que o sistema entrasse em equilíbrio novamente.
4.8.8. Lavagem dos filtros
A lavagem dos filtros descendentes foi efetuada por meio de insuflação de ar durante 3 min, com taxa de aplicação da ordem de 15 L/s.m2, seguida de água para promover expansão de 30 % na camada de areia (velocidade ascensional de 0,80 m/min) durante cerca de 10 min.
No filtro ascendente de areia grossa, a limpeza foi efetuada primeiramente com execução de descarga de fundo com esvaziamento total do filtro (registros de descarga totalmente abertos resultando taxa da ordem de 960 m3/m2.d e duração de 1,5 min), seguida da introdução simultânea de ar com taxa de aplicação da ordem de 5 a 7 L/s.m2 e água com
velocidade ascensional da ordem de 0,5 m/min durante 5 min; a operação foi finalizada com aplicação de água com velocidade ascensional de 1,5 m/min por 10 min.
No filtro ascendente de pedregulho, a limpeza foi efetuada primeiramente com execução de descarga de fundo com esvaziamento total do filtro (registros de descarga totalmente abertos resultando taxa da ordem de 960 m3/m2.d e duração de 1,5 min), seguida da introdução simultânea de ar com taxa de aplicação da ordem de 5 a 7 L/s.m2 e água com velocidade ascensional da ordem de 0,5 m/min durante 3 min; a operação foi finalizada com aplicação de água com velocidade ascensional de 1,5 m/min por 5 min.
A perda de carga total limite no meio granular dos filtros ascendentes de areia grossa e pedregulho foram, respectivamente, fixadas em 1,20 m e 0,80 m. Quando atingidas, deveria ser realizada a lavagem do filtro ascendente.
A perda de carga total limite fixada para o meio granular dos filtros descendentes foi de 1,80 m. A lavagem destes filtros durante as carreiras de filtração deveria ser realizada somente quando a perda de carga limite fosse alcançada e ainda não tivesse ocorrido o transpasse nos filtros ascendentes.
Para lavagem dos filtros, a água era proveniente da rede existente no laboratório IP e a vazão desejada ajustada por meio de rotâmetro. O ar para lavagem era proveniente de soprador e a vazão desejada ajustada também por meio de rotâmetro.