Avaliação da qualidade de água produzida por um filtro rápido bifluxo de dupla camada filtrante

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2020

Os Filtros Bifluxos são viáveis devido à razão entre a produção efetiva de água tratada e a área ocupada pela unidade de filtração, porém o entupimento recorrente dos dispositivos de coleta limitou a replicação desta tecnologia em escala real. Constataram-se ainda mais vantagens da aplicação desta técnica de filtração em pesquisas realizadas na União Soviética nos anos cinquenta, como o controle na expansão do meio filtrante e a economia nos custos de implantação com relação à produção efetiva. Deste modo, buscando-se o reemprego desta tecnologia nos diversos sistemas de tratamento de água e diante da carência de estudos sobre filtros bifluxos e da forma como foi tratada a coleta do filtrado em filtros desse tipo, foi executada uma unidade em escala piloto na Estação de Tratamento de Água da Lagoa do Peri no intuito de testar a operação desta modalidade de filtração em diversas estratégias de tratamento. Acrescentaram-se estratégias atualmente utilizadas na filtração, como a dupla camada filtrante e a descarga de fundo com injeção na interface, como forma de aumentar a carreira de filtração neste tipo de filtro. O filtro bifluxo foi operado em regime de filtração direta, contando como agente coagulante o policloreto de alumínio (PAC). Permitiu-se analisar a qualidade da água produzida num filtro bifluxo quanto ao seu desempenho em termos de: turbidez, cor aparente e verdadeira, condutividade, so´lidos totais dissolvidos (STD), temperatura, pH, alumi´nio residual, remoc¸a~o de cianobacte´rias, clorofila-a, carbono orgânico total (COT) no intuito de aplicar esta tecnologia em escala real. Avaliou-se a qualidade da água produzida para três estratégias de filtração, a Etapa 1, com câmara de cargas independentes para os fluxos ascendente e descendente, e taxa de filtração constante a 400m3/m2.d; a Etapa 2 quando tratou-se o filtro como dois sistemas diferentes, ou seja, avaliaram-se as potencialidades de cada fluxo na instalação piloto executada, sendo dividida esta etapa em Etapa 2A para fluxo ascendente e 2D para fluxo descendente; e a Etapa 3, quando, após ajustes no sistema piloto, avaliaram-se resultados para filtração em taxa também constante como a Etapa 1, porém com única câmara de carga para os dois fluxos de filtração. Ficou evidente que o fator limitante no funcionamento do filtro foi a porção descendente de filtração. A duração média das carreiras de filtração para a Etapa 1 foi de 3,5 horas, enquanto para a Etapa 2A: 8,8 horas, Etapa 2D: 3 horas e Etapa 3: 3,3 horas. Na Etapa 2A e 3 realizaram-se descargas de fundo intermediárias e injeções de água na interface de modo a permitir o prolongamento da carreira de filtração. Confirma-se, portanto, que a presença de grande quantidade de cianobacte´rias na a´gua bruta utilizada no filtro piloto fez com que a penetrac¸a~o, ou filtrac¸a~o em profundidade, fosse baixa, o que diminuiu a carreira de filtração. No entanto, apesar de prejudicar o tratamento diminuindo significativamente a carreira de filtração, tornando inapropriada esta água para a aplicac¸a~o da filtrac¸a~o direta, a mesma proporcionou uma aceleração das carreiras de filtrac¸a~o, obtendo-se assim respostas mais rápidas para o estudo em questão. Assim, avaliando os resultados para as análises qualitativas realizadas, observa-se resultados em conformidade com a legislação para turbidez, cor, pH e alumínio. Os resultados para condutividade, so´lidos totais dissolvidos (STD), temperatura, remoc¸a~o de cianobacte´rias, clorofila-a, carbono orgânico total (COT) apresentaram-se em conformidade com a Portaria de Consolidac¸a~o no 5 ou não possuem limite de quantificação de acordo com esta portaria. Porém, ressalta-se que todos os resultados avaliados referem-se à etapa anterior à desinfecção. Com esta pesquisa, inserida no Grupo de Pesquisa sobre Potabilização de Águas da Universidade Federal de Santa Catarina, foi possível verificar a real aplicabilidade de filtros deste tipo em unidades reais de tratamento de água de abastecimento, potencializando o uso da otimização desta tecnologia em Estações de Tratamento de Água para abastecimento público.

Abstract: The Biflux Filters are viable due to the ratio between the effective production of treated water and the area occupied by the filtration unit, however the recurrent clogging of the collection devices has limited the replication of this technology on a full scale. Even more advantages were found in the application of this filtration technique in research carried out in the Soviet Union in the 1950s, such as control over the expansion of the filter medium and savings in implantation costs in relation to effective production. Thus, looking for the re-use of this technology in the various water treatment systems and in view of the lack of studies on biflux filters and the way in which the collection of filtrate was treated in filters of this type, a pilot scale unit was executed at the Station of Water Treatment in Lagoa do Peri in order to test the operation of this modality of filtration in different treatment strategies. Strategies currently used in filtration have been added, such as the double filter layer and the bottom discharge with injection at the interface, as a way to increase the filtration career in this type of filter. The biflow filter was operated in a direct filtration regime, using aluminum polychloride (PAC) as a coagulating agent. It was allowed to analyze the quality of the water produced in a dual flow filter in terms of its performance in terms of: turbidity, apparent and true color, conductivity, total dissolved solids (STD), temperature, pH, residual aluminum, removal of cyanobacteria, chlorophyll , total organic carbon (COT) in order to apply this technology on a full scale. The quality of the water produced for three filtration strategies was evaluated, Step 1, with independent load chamber for the upward and downward flows, and constant filtration rate at 400m3 / m2.d; Step 2 when the filter was treated as two different systems, that is, the potential of each flow in the pilot installation carried out was evaluated, this step being divided into Step 2A for upward flow and 2D for downward flow; and Step 3, when, after adjustments to the pilot system, results for filtration were evaluated at a constant rate, such as Step 1, but with a single loading chamber for the two filtration flows. It was evident that the limiting factor in the functioning of the filter was the descending portion of the filtration. The average duration of the filtration races for Stage 1 was 3.5 hours, while for Stage 2A: 8.8 hours, Stage 2D: 3 hours and Stage 3: 3.3 hours. In Step 2A and 3, intermediate bottom discharges and water injections were carried out at the interface in order to allow the extension of the filtration path. It is confirmed, therefore, that the presence of a large amount of cyanobacteria in the raw water used in the pilot filter caused the penetration, or depth filtration, to be low, which reduced the filtration rate. However, despite damaging the treatment, significantly reducing the filtration rate, making this water inappropriate for the application of direct filtration, it provided an acceleration of the filtration rates, thus obtaining faster responses to the study in question. Thus, evaluating the results for the qualitative analyzes carried out, results are observed in accordance with the legislation for turbidity, color, pH and aluminum. The results for conductivity, total dissolved solids (STD), temperature, cyanobacteria removal, chlorophyll-a, total organic carbon (TOC) were presented in accordance with Consolidation Ordinance n. 5/2017 or have no limit of quantification according to this Ordinance. However, it should be noted that all the results evaluated refer to the stage prior to disinfection. With this research, inserted in the Research Group on Water Potabilization of the Federal University of Santa Catarina, it was possible to verify the real applicability of filters of this type in real supply water treatment units, enhancing the use of the optimization of this technology in Water Stations. Water treatment for public supply.