Processos de filtração | processos de filtração WWA
processos de filtração
filtração é um processo que remove partículas da suspensão em água. A remoção ocorre por uma série de mecanismos que incluem esforço, floculação, sedimentação e captura de superfície. Os filtros podem ser classificados pelo método principal de captura, ou seja, exclusão de partículas na superfície do meio filtrante, ou seja, filtração em profundidade.os filtros são geralmente constituídos por uma simples barreira física fina, feita de metal ou plástico., No tratamento de água, tendem a ser usados na entrada do sistema de tratamento para excluir grandes objetos (por exemplo, folhas, peixes e detritos grosseiros). Estes podem ser ecrãs de barras raspadas manualmente ou mecanicamente. O espaçamento entre as barras varia de 1 a 10 cm. Os ecrãs de admissão podem ter um espaçamento muito menor, criado por Placas espaçadas ou mesmo tecido de metal fino. Estes últimos destinam-se geralmente a remover o lodo fino e, especialmente, as algas e são referidos como microstrainers.,filtros
, como comumente entendido no tratamento de água geralmente consistem de um meio dentro do qual se pretende que a maioria das partículas na água serão capturadas. Esses filtros podem ser fabricados como filtros de cartucho descartáveis, que podem ser adequados para aplicações domésticas (isto é, para o tratamento do ponto de utilização) e industriais de pequena escala. Existem formas maiores de filtros de cartucho que podem ser limpos. Uma versão é filtração de pré-camada em que uma superfície de suporte poroso é dado um revestimento sacrificial da terra de diatomáceas, ou outro material adequado, cada vez que o filtro foi limpo., Além disso, uma pequena quantidade da terra de diatomáceas é aplicada continuamente durante a filtração. Contudo, na maioria dos casos, os filtros utilizados no tratamento municipal de água contêm areia ou outro material granular adequado (por exemplo, antracite, vidro esmagado ou outro material cerâmico, ou outro mineral relativamente inerte) como meio filtrante. A filtração utilizando tais filtros é muitas vezes referida como filtração granular em profundidade.
filtros de meio Granular são usados de duas maneiras distintas, que são comumente chamados de filtração de areia lenta e de rápida gravidade ou filtração de pressão., Quando os filtros são utilizados como meio final de remoção de partículas da água, então os filtros podem precisar ser precedidos por outra fase de separação sólido-líquido (clarificação), tais como sedimentação (processos de sedimentação), flotação do ar dissolvido (processos de flutuação) ou possivelmente uma fase preliminar de filtração.
outros processos ocorrem em recipientes semelhantes aos utilizados para filtração por meio granular, e em alguns aspectos os processos têm semelhanças com a filtração, mas a filtração não é a sua única finalidade ou principal., Por conseguinte, estes processos não são tidos em conta Neste artigo. Exemplos incluem recipientes cheios de carvão activado granular para remoção de substâncias orgânicas dissolvidas e recipientes cheios de resina de permuta iónica para remoção de iões inorgânicos e orgânicos. Existem aplicações de filtros que, enquanto a filtração (remoção de partículas) ocorre, um processo secundário também se destina a ocorrer, por exemplo, remoção de ferro e manganês, e remoção de arsênico.,
filtros
há uma grande variedade de filtros no que diz respeito à forma como o esforço é realizado, com e por que (Purchas, 1971). A parte filtrante pode ser feita de metal ou de outro material inerte, por exemplo, plástico, algodão ou cerâmica. Se o metal pode ser simplesmente uma folha perfurada, uma grade de varetas, uma pilha de discos ou fios tecidos. Se plástico, pode ser uma grade, tecido ou simplesmente um feltro fundido. Nos filtros de cartucho, O cartucho normalmente descartável pode simplesmente consistir num material poroso e não compressível ou ser enrolado num suporte cilíndrico., Os filtros de cartucho encontram aplicação geralmente em aplicações de pequena escala, tais como para o tratamento de água de ponto de uso doméstico.
apenas alguns tipos de filtros são susceptíveis de encontrar aplicação no tratamento municipal de água. Alguns exigem limpeza manual outros são limpos mecanicamente e mesmo automaticamente quando a queda de pressão sobre eles atinge um valor específico. Um tratamento de água pode ter um filtro de bar simples na entrada para manter fora Toros, peixes grandes e animais de natação., Em seguida, pode haver um filtro fino com sua abertura pequena o suficiente para excluir todos, exceto o menor dos peixes, folhas, pedaços de algas etc . Geralmente, este filtro teria de ser limpo automaticamente. Onde as algas podem ser um problema distinto, então o filtro de barra pode ter barras bem espaçadas e ser limpo automaticamente seguido por um microstrainer.um tipo particular de filtro mecânico encontrou aplicação limitada em pequenas obras municipais de tratamento de água. O meio filtrante é um feixe de fibras. No modo de filtração, o feixe é torcido apertado., No modo de lavagem, o feixe não é listado e o detrito preso removido invertendo o fluxo de água.Filtros de pré-camada
em Filtração de pré-camada, estabelece-se uma fina camada de um meio inerte numa estrutura de suporte para proporcionar uma superfície filtrante porosa. A camada de pré-camada pode ser criada com fibras ou pós soltos (Purchas, 1971). Durante a filtração, uma pequena quantidade de pré-camada ou outro material similar pode ser adicionada continuamente, de modo a que também se verifique uma filtração em profundidade., Quando a resistência ao fluxo se torna muito grande, então o detrito acumulado e o meio inerte são liberados e o ciclo repetido. Na maioria dos casos, o material de pré-revestimento é utilizado apenas uma vez e não é recuperado e reciclado.não é provável que a filtração pré-camada seja utilizada em conjunto com a coagulação, pelo que a sua aplicação no tratamento municipal de água é muito limitada.,
Filtros de areia lentos
em Filtração de areia lenta a taxa de filtração é intencionalmente lenta com o uso de areia que é menor do que a areia usada em Filtros de areia rápidos, de modo que as partículas não são empurradas para longe para o leito de areia mantido dentro da casca do filtro. Os principais mecanismos que ocorrem em Filtros de areia lentos é a acumulação de uma camada de detritos na superfície do filtro (Filtração) e captura dentro dos 20 cm superiores da areia. Estes detritos podem desenvolver uma actividade biológica que contribui para o tratamento da água que a atravessa., Esta camada biologicamente ativa é muitas vezes chamada de ‘schmutzdecke’. Uma vez que a taxa de filtração é relativamente lenta, a resistência ao fluxo através de filtros de areia lentos desenvolve-se lentamente e pode demorar até 3 meses até que se torne inaceitável. Como a taxa de filtração é lenta, é necessária uma grande área para filtração. Consequentemente, os filtros grandes são limpos removendo o schmutzdecke com cerca de 5 cm de areia, geralmente por meios mecânicos., Eventualmente, a profundidade de areia restante torna-se muito rasa e a areia restante é removida, limpa e substituída por areia limpa adicional de volta para a profundidade inicial original.a filtração de areia lenta foi o principal método de filtração da água potável antes do desenvolvimento de uma filtração rápida da areia. Embora tenha uma pegada grande, muitos filtros de areia lentos ainda são usados. Os desenvolvimentos para torná-los mais eficazes em termos de custos incluem: remoção, lavagem e substituição de areia foram mecanizados tanto quanto possível.,a necessidade de remoção da areia tornou-se tão previsível quanto possível, de modo a que o equipamento e a mão-de-obra sejam utilizados eficientemente.as taxas de filtração foram aumentadas tanto quanto possível para melhorar a economia e contribuir para a previsibilidade da necessidade de remoção da areia.o pré-tratamento, incluindo a armazenagem e gestão de água bruta, é aplicado para reduzir o impacto dos sólidos em suspensão e contribuir para a previsibilidade.,o carvão activado Granular tem sido usado em alguns filtros para substituir a parte inferior da areia para ajudar na remoção de pesticidas, sabor e odor e outras substâncias orgânicas vestigiais com as quais o mecanismo biológico não lida de forma eficaz.existem dois requisitos importantes para que os filtros de areia lentos funcionem adequadamente. Em primeiro lugar, a água que entra nos filtros não deve conter nenhum desinfectante ou outro produto químico que possa interromper a actividade biológica do schmutzdecke., Em segundo lugar, se o pré-tratamento for efectuado com coagulação, a maior parte das partículas de floc resultantes deve ser removida como parte do pré-tratamento, caso contrário o floc irá acelerar a velocidade a que se desenvolve a resistência ao fluxo através do filtro.os filtros de gravidade rápida e de pressão podem ser submetidos a filtração granular em profundidade por gravidade (filtração por gravidade rápida) ou sob pressão (filtração por pressão). Os mecanismos básicos de remoção de partículas são fundamentalmente os mesmos em ambos os modos de gravidade e pressão., As principais diferenças entre os dois modos são provavelmente hidráulicas, nomeadamente a distribuição do fluxo entre filtros e o controlo do fluxo através de filtros individuais.
o meio filtrante é geralmente areia, mas outro material relativamente inerte pode ser usado, mas a escolha depende dos custos e quais outros objetivos podem existir. Em alguns casos, parte da areia pode ser substituída por antracite. A menor densidade do antracito permite que um maior tamanho de grão seja usado de tal forma que após o backwash o antracite Maior fica em cima da areia menor., Desta forma, a filtração ocorre primeiramente através de um meio maior e, em seguida, um meio menor para ajudar a fazer melhor uso da profundidade do leito do filtro. o principal mecanismo de filtração em profundidade é a captura da superfície. A área de mídia disponível para Captura de superfície depende da profundidade e tamanho do meio. Profundidade e tamanho também governam o espaço disponível para o armazenamento de detritos capturados. A forma do grão do meio filtrante também afeta a captura e armazenamento, na medida em que as partículas angulares são preferíveis às partículas arredondadas., A escolha do tamanho tem que levar em conta a rapidez com que o meio pode ser bloqueado por detrito capturado e a facilidade com que ele pode ser backwashed. Independentemente da escolha do material mediático, o tamanho tende a ser limitado à gama de 0,5 a 2, 0 mm. A maior aplicação de filtração em profundidade no tratamento municipal de água é após coagulação, talvez também com clarificação prévia., A escolha da química de coagulação, sua aplicação e qualquer esclarecimento, governa a natureza e a quantidade das partículas a serem removidas pela filtração, o que, por sua vez, afeta a escolha do meio filtrante, profundidade e taxa de filtração.no tratamento de água potável, a filtração em profundidade é frequentemente a última e, por vezes, a única barreira física às partículas. Por conseguinte, a fiabilidade do desempenho dos filtros é importante para garantir a qualidade da água após a conclusão do tratamento, em conformidade com as normas., As normas definidas pelos regulamentos relevantes tornaram-se substancialmente mais rigorosas à medida que evoluíram nos últimos 50 anos. A fiabilidade da exclusão dos oocistos de Cryptosporodium tem sido particularmente preocupante.o fundo dos filtros granulares é limpo através da aplicação de lavagem., Isso geralmente envolve: escorre a água até que a sua superfície superior é aproximadamente o mesmo nível como o topo da mídia, afrouxando a cama com ar (ar comprimido), a aplicação de água upwash a uma velocidade grande o suficiente para apenas fluidise a parte funcional da cama de meios de filtro, permitir um intervalo curto para os meios de comunicação para se estabelecer, e começando a encher o filtro com água em cima da cama enquanto a abertura da tomada para que a filtração começa lentamente. Uma reação mais rigorosa pode ser alcançada se a reação da água for iniciada a uma taxa reduzida, enquanto a lavagem do ar está ocorrendo (lavagem ar-água combinada)., As instalações de filtragem mais antigas, por vezes, têm outras características como ancinhos mecânicos ou descarga de superfície que funcionam durante o upwash. A viscosidade da água depende da temperatura da água. Por conseguinte, é importante que a taxa de reacção tenha em conta a temperatura da água para garantir que o meio filtrante é fluidizado.
é habitual ter pelo menos quatro filtros, de modo que a filtração pode continuar enquanto um filtro é lavado para trás. Grandes obras de tratamento têm muito mais de quatro em um grupo, e possivelmente dois ou mais grupos independentes de filtros.,os problemas com o funcionamento de filtros em profundidade incluem: perda de meios durante a lavagem de costas, Lavagem de costas ineficaz, resultando na ligação dos meios à lama e seus sintomas associados.o filtro curto é executado devido a uma rápida taxa de precipitações ou à descoberta precoce de partículas.,
estes são geralmente indicadores do tipo de taxa de aumento incorreta, problemas com o sistema undrain, dosagem excessiva de polielectrolito, presença de algas bloqueadoras de filtros, escolha inadequada do tamanho e profundidade do meio do filtro, ou simplesmente, ou ambos, coagulação e clarificação anteriores inadequados. A resolução de problemas também deve verificar em que medida a distribuição de fluxo entre filtros em um banco ou grupo é equitativa ou não.
novas formas de Filtros de mídia Granular
há uma série de formas relativamente novas de filtros de mídia granular., Cada um é um” cavalo para um curso ” tendo seu conjunto específico de vantagens e desvantagens e, portanto, adequação relativa para aplicações certan.filtros de saída
na filtração granular em profundidade normal, o fluxo de água passa pelo leito do filtro, excepto durante a contra-lavagem. O fluxo de água durante a filtração é possível; oferece uma vantagem, mas também coloca problemas., Com o backwashing dos suportes filtrantes, normalmente os meios de comunicação são incentivados a estratificar com o material maior e mais denso em direção ao fundo do leito filtrante e o menor e mais leve em direção ao topo. Isto significa que, em filtração descendente, a filtração é progressivamente através de meios cada vez maiores, a menos que os meios sejam bem classificados antes da instalação. Isto contradiz a geometria ideal do leito de filtração através de meios progressivamente menores. Daí resulta que uma forma de evitar esta situação é filtrar para cima., A filtração ascendente permite explorar melhor a capacidade dos meios de comunicação para recolher e armazenar sólidos. No entanto, à medida que o fundo do filtro acumula depósitos e a resistência ao fluxo através dele aumenta a cama progressivamente torna-se mais provável de ser interrompido hidráulicamente. Foram utilizadas duas abordagens para restringir esta ruptura hidráulica. O filtro Immedium usa uma grade de metal simples cerca de 15 cm abaixo do topo da cama para ajudar a manter a cama compactada. O filtro Biflow aplica filtração de fluxo descendente para o topo da cama para manter a parte inferior com a filtração de fluxo ascendente compactada.,
uma reserva para a utilização de filtros de fluxo, uma vez que a fase final de remoção de sólidos no tratamento de água potável é que o fluxo de backwash está no mesmo sentido de filtração. Outra reserva é que o avanço do filtro pode acontecer de repente. Consequentemente, é mais provável que os filtros de fluxo de água sejam encontrados em aplicações em que a protecção da qualidade da água tratada não tem de ser tão rigorosa quanto o necessário para o tratamento de água potável, embora possam ser adequados para utilização como uma fase de clarificação antes da filtração normal em profundidade.
A., Filtros Immedium
o filtro Immedium foi desenvolvido nos Países Baixos na década de 1960. a principal característica é o uso de uma grade de metal simples através do leito do filtro cerca de 15 cm abaixo do topo da areia. A rede atrasa o início da descoberta de partículas na água. A rede ajuda a manter a compactação da areia e atrasa o início da penetração localizada do fluxo à medida que a água encontra caminhos de menor resistência através da areia., Um ponto é alcançado quando o fluxo através de um caminho de baixa resistência é muito grande para partículas serem removidas e é grande o suficiente para fluidizar a areia na parte superior do caminho de fluxo. Isto pode ser observado na superfície superior do leito pelo aparecimento de “buracos”.
B. filtros Biflow
o filtro Biflow foi desenvolvido como uma alternativa ao filtro Immedium. Como o nome indica, o fluxo para filtração está em duas direções. A maior proporção de fluxo é para cima a partir da base do leito do filtro, enquanto a menor proporção é para baixo a partir do topo do leito do filtro., Os dois fluxos encontram-se um curto caminho abaixo da cama, onde há uma grade de saída através da cama. Quando o filtro precisa de lavagem, ambos os fluxos são parados e o ar scour aplicado por alguns minutos antes de a água upwash é realizada para lavar o detrito. A lavagem combinada de ar e água só pode ser efectuada se o filtro tiver sido concebido para o efeito.
C. filtros de média flutuantes
enquanto em filtros imediatos e Biflow a areia do filtro é mantida compactada, em Filtros de média flutuante o meio é escolhido para ser flutuante e é retido no filtro por uma malha de filtragem acima do meio., A mídia é selecionada para ter uma baixa densidade e, consequentemente, é geralmente um plástico. Durante o modo de filtração, o meio está em um estado compactado sob a malha de retenção. Quando a mídia precisa ser lavada para limpar o detrito capturado, a taxa de fluxo é reduzida para liberar a compactação e o ar é borbulhado para cima através da cama. Os filtros de suportes flutuantes foram utilizados no tratamento da água como uma fase de clarificação antes da filtração normal
d. todos os filtros de suportes granulares acima descritos têm um fluxo para filtração parado enquanto estão em Contra-Lavagem. , Em um filtro de cama em movimento, o meio filtrante está constantemente se movendo de modo que a filtração não é interrompida para a areia ser lavada para trás. A areia na zona de filtração move-se lentamente para baixo devido ao seu próprio peso contra o fluxo de água a ser filtrada. Na base cónica do filtro, a areia é transportada hidráulicamente para um tubo vertical através do centro do leito do filtro. À medida que a areia é transportada através do tubo, os depósitos filtrados são liberados., No topo do tubo por cima do leito do filtro, a areia deposita-se da água de lavagem e alimenta-se de volta para o topo do leito do filtro, enquanto a água suja de lavagem é mantida separada da água filtrada que sai do topo do filtro. A fim de que a proporção de água perdida na corrente de lavagem seja mantida pequena, as unidades móveis de cama devem ser operadas perto da capacidade de projeto.
Filtros de células
existe um tamanho máximo para o qual pode ser construído um filtro normal se toda a cama do filtro for para ser lavada para trás ao mesmo tempo., Se a cama do filtro pode ser lavada para trás em seções, então a concha do filtro pode ser maior. Uma cama pode ser backwashed em seções por ter a cama do filtro dividido por paredes do chão do filtro para apenas acima da cama de modo que um capuz pode ser colocado sobre a seção para ser backwashed. O capô é montado em um pórtico que corre sobre trilhos ao longo do topo das principais paredes laterais do filtro. Esta abordagem resulta em custos reduzidos de engenharia civil, mas maiores custos de Engenharia Mecânica, em comparação com um maior número de filtros de área total equivalente de filtração., A confiabilidade operacional de um filtro de células depende muito do funcionamento do sistema de pórtice e capuz e de quão eficazmente os selos de capô com as paredes de uma célula.
filtros automáticos de contra-lavagem
À medida que os depósitos se acumulam num leito de filtro, a resistência ao fluxo através do leito aumenta. O fluxo pode ser mantido constante por ter uma válvula de escape que é progressivamente aberta e proporcionar menos resistência ao fluxo através dela para compensar o aumento da resistência ao fluxo através da cama. Desta forma, o nível (Cabeça) de água acima dos meios permanece relativamente constante., Alternativamente, o fluxo para o filtro é mantido constante e o fluxo através do filtro permanece relativamente constante com o nível de água acima do leito aumentando. Se o filtro está contido em uma concha profunda, então o nível crescente de água pode ser usado para purgar um sifão. Quando o nível atinge um nível pré-determinado, o sifão é ativado e é usado para extrair água através do filtro para causar reação. O risco é que a taxa de lavagem da água possa ser inadequada para uma lavagem eficaz., No entanto, o design presta-se à instalação de pacotes e as situações em que a qualidade e a quantidade de partículas a remover permanece relativamente constante. É pouco provável que a concepção seja adequada para o tratamento de água potável.
filtros horizontais e radiais
A. filtros Horizontais
em vez de o fluxo de água ser para cima ou para baixo através de um fundo de filtros, pode ser horizontal através do fundo. Se o leito do filtro estiver contido num reservatório rectangular, a taxa de filtração permanece constante ao longo do comprimento (entrada a saída) do filtro., O filtro pode ser usado hidraulicamente como necessário. Seria necessário que o material filtrante principal seja o mais uniforme possível em tamanho, de modo que não haja um viés distinto através da profundidade devido à estratificação dos meios por tamanho pela lavagem traseira, ou o backwash é organizado para manter os meios misturados. Um filtro horizontal poderia ser dividido em duas ou mais seções cada uma com um meio de tamanho diferente, com uma malha vertical entre cada um para manter o meio de tamanho diferente separado. A reacção de cada secção teria de ter isto em conta.,
foram utilizados filtros Horizontais cheios de cascalho (Seixos) de tamanhos seleccionados em situações do terceiro mundo para utilização como clarificadores. Uma vez que o tamanho do cascalho impede a lavagem normal das costas, os filtros são normalmente limpos por drenagem e lavagem e, ocasionalmente, por remoção do cascalho para lavagem.filtros radiais
um filtro radial é um filtro horizontal, mas com uma largura crescente do leito do filtro na direcção do fluxo. A forma final do leito do filtro é anular na secção transversal com fluxo do centro para a periferia., A taxa de filtração diminui à medida que a água progride através do meio filtrante, permitindo assim uma remoção progressivamente mais eficiente de partículas.os filtros de membrana têm sido usados historicamente para filtrar a água. Em microstraining a água é filtrada através de tecido feito de fio finamente tecido. Em ambos os casos, o tecido ou tecido é uma espécie de membrana, embora grosseira. A tecnologia moderna permite a fabricação de membranas a partir de materiais sintéticos, para ser menos de 1mm de espessura e ser semi-permeável., Ser semi-permeável significa que a membrana é seletiva no que as partículas submicron-tamanho podem e não podem passar por ela que está na corrente de alimentação. Durante a operação, os componentes permeáveis na água passam através da membrana com a água, enquanto os componentes submicronam dimensão impermeável são mantidos do lado da alimentação. Consequentemente, o fluxo de produtos está relativamente livre dos componentes impermeáveis e o fluxo de resíduos é rico em componentes impermeáveis. O fluxo de água através de uma membrana semi-permeável é obtido por pressão, geralmente produzida por bombeamento.,existem quatro categorias de membranas vagamente definidas pelos tipos de materiais rejeitados, pressão de funcionamento e tamanho nominal dos poros. A classificação do tamanho do poro é aproximada, uma vez que, por exemplo, um high-end UF membrana pode ter semelhante permeabilidade para um low-end NF membrana:
- Microfiltração (MF) – cerca de 0,1 µm poros: impermeável para partículas de algas, animalcules e bactérias
- Ultrafiltração (UF) – cerca de 0,01 µm poros: impermeável para pequenos colóides e vírus
- Nano (NF) – aproximadamente a 0.,001 µm poros: impermeáveis a matéria orgânica dissolvida (DOM) e íons divalentes
- Osmose Reversa (RO) – efetivamente não porosos: impermeáveis a íons monovalentes
o mecanismo predominante em MF e UF é estreito, ou a exclusão de tamanho simples. Em NF e RO a separação de espécies dissolvidas envolve transferência de massa, um processo de difusão que depende da concentração, pressão e taxa de fluxo através da membrana (fluxo). Consequentemente, a filtração por membrana refere-se geralmente a MF e UF, mas não a NF e RO, enquanto que o NF é normalmente considerado uma forma de RO.,
A espessura das membranas significa que elas têm que ser formatadas de uma forma que provê resistência estrutural, de modo que elas não colapsarão devido à diferença de pressão entre elas, fornecem uma grande área para filtração, mas são compactas e podem ser limpas de forma eficaz. São geralmente estruturados como tubos finos (fibras ocas) ou como uma folha enrolada. Uma bobina é um sanduíche da membrana semi-permeável, uma malha de separação, uma fina folha de material impermeável e uma segunda camada de malha fina. As camadas de malha fornecem os canais para o fluxo para a entrada e do lado de saída da membrana.,
é costume incluir um estágio preliminar de tratamento antes de filtração por membrana para proteger a membrana de ser sujo muito rapidamente, excluído o material, embora também há maneiras de se usar filtros de membrana para diminuir a taxa de incrustação da membrana antes de aplicar um processo de limpeza. O processo de limpeza rotineiro e frequente é o rubor para remover o detrito acumulado no lado da alimentação. No entanto, ao longo do tempo há uma perda lenta no desempenho da membrana que só pode ser recuperado pela limpeza química.,a filtração por membrana (MF, UF e NF final de baixo valor) tornou-se relativamente comum no tratamento de água potável, como a remoção da cor de água de outra forma relativamente boa qualidade, evitando complexidades associadas à coagulação, e para a exclusão confiável de Cryptosporidium.
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Data de Publicação: Apr 2008 ISBN – 9781843396208