A filtração consiste na remoção de partículas
suspensas e coloidais e de microrganismos
presentes na água que escoa através de um
meio granular.
Calha coletora de água de lavagem
Sentido de
Filtração
Leito Filtrante
Camada suporte
Fundo falso
Sentido de
Lavagem
Fundo verdadeiro
Água de lavagem
Água filtrada
Partes constitutivas de um sistema de filtração

Materiais filtrantes:
 composição, granulometria e altura;

Camada suporte:
 Granulometria, altura;

Fundo falso:
 Coleta de água filtrada e introdução de água de
lavagem;
Partes constitutivas de um sistema de
filtração
(continuação)

Sistema de coleta de água de lavagem;

Tubulações, válvulas e comportas de entrada de
água decantada, saída de água filtrada e introdução
e coleta de água de lavagem .
Na filtração, geralmente o regime de escoamento é
laminar e envolve os mecanismos:

Ação de superfície
É o efeito físico de coar e ocorre no topo e
camadas iniciais.

Ação de profundidade
Ocorre na profundidade do leito filtrante e
envolve mecanismos de transporte.
Em geral a retenção de impurezas no leito é considerada como o
resultado de dois mecanismos distintos, porém complementares:

Transporte;

Aderência.
Inicialmente as partículas devem aproximar-se
grãos e posteriormente devem permanecer
resistindo as forças de cisalhamento
características hidrodinâmicas do escoamento
filtrante.
da superfície dos
aderidas a estes
resultantes das
ao longo do meio
Classificação dos Processos de Filtração
 Com


Filtração rápida;
Filtração lenta.
 Com


relação a taxa de filtração:
relação ao sentido de escoamento:
Ascendente;
Descendente.
Filtração Lenta
Filtração Rápida
Filtração Rápida
Características da água
bruta
Tubidez (UNT)
Cor real (U.C)
Densidade algal
(UPA/ml)
Filtração direta
Filtração em linha
50
(15)
50
(Cor aparente < 20)
1.000
(500)
25
(5)
25
(Cor aparente < 15)
500
(100)
Classificação dos Processos de Filtração

Com relação ao meio filtrante:
Camada simples
Camada dupla
Antracito
Areia
ou Antracito
Camada tripla
Antracito
Areia
Areia
Granada
Classificação dos Processos de Filtração

Com relação ao seu controle hidráulico:
 Taxa de filtração constante;



Sem variação de nível;
Com variação de nível.
Taxa de filtração declinante.
Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Filtração direta ascendente
Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Filtração direta descendente sem floculação
Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Tratamento convencional
Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Tratamento convencional
Perfis hidráulicos típicos para ETAs
Tratamento convencional
Partes constitutivas de um sistema de
filtração
(continuação)

Sistema de coleta de água de lavagem;

Tubulações, válvulas e comportas de entrada de
água decantada, saída de água filtrada e introdução
e coleta de água de lavagem .
Característica dos meios filtrantes
Característica dos meios filtrantes
A partir da curva de distribuição granulométrica são definidos os
parâmetros que caracterizam o meio filtrante:
 Tamanho do maior e menor grão;
 Tamanho efetivo: D10 que corresponde ao tamanho para o
qual se obtém 10 % (em
peso) do material que passa;
 Coeficiente de Desuniformidade (CD)
CD= D60/D10);
Característica dos meios filtrantes
 Forma do grão e geometria dos grãos:
 Coeficiente de esfericidade (Ce; superfície específica e
diamentro volumétrico dos grãos);
 Fator de
forma (F)
 Porosidade ( = volume vazios/volume total meio filtrante).
 Solubilidade em ácido clorídrico e hidróxido de sódio;
 Massa específica ( - kg/m3).
Porcentagem que passa (%)
Característica dos meios filtrantes
CU 
dmenor grão
d10
d60
d 60
d10
dmaior grão Diâmetro
Característica dos meios filtrantes
Característica dos meios filtrantes
Meio Filtrante
CAMADA ÚNICA
Areia
Areia
Antracito
AREIA-ANTRACITO
Areia
Antracito
AREIA-ANTRACITO-GARNET
Areia
Antracito
Garnet
d10 (mm)
C.U.
Altura (m)
0,45-0,55
0,80-1,20
1,1-1,5
<1,6
<1,5
<1,5
0,60-0,80
1,20-1,80
1,20-1,80
0,45-0,55
0,90-1,10
<1,6
<1,8
0,15-0,30
0,30-0,60
0,45-0,55
0,90-1,10
0,20-0,30
<1,6
<1,8
------
0,15-0,30
0,30-0,60
0,10-0,15
Característica dos meios filtrantes
De acordo com a NBR 12216/92:

Filtros de uma camada de areia:

Espessura mínima de 45 cm;

Tamanho efetivo: 0,45 a 0,55 mm;

Coeficiente de uniformidade: 1,4 a 1,6.
Característica dos meios filtrantes
De acordo com a NBR 12216/92:

Filtros de fluxo ascendente

Espessura mínima: 200 cm;

Tamanho efetivo: 0,7 a 0,8 mm;

Coeficiente de uniformidade: ≤ 2
Característica dos meios filtrantes
De acordo com a NBR 12216/92:

Filtros de camada dupla:


Areia:

Espessura mínima: 25 cm;

Tamanho efetivo: 0,40 a 0,45 mm;

Coeficiente de uniformidade: 1,4 a 1,6.
Antracito:

Espessura mínima: 45 cm;

Tamanho efetivo: 0,80 a 1,0 mm;

Coeficiente de uniformidade: ≤ 1,4
Característica dos meios filtrantes
De acordo com a NBR 12216/92:

Filtros de camada dupla:
Areia
Antracito
Espessura da camada
15 a 30
45 a 60
Tamanho efetivo
0.5 a 0.6
0.8 a 1.1
Coeficiente de uniformidade
<1.5
<1.5
Menor grão
0.42
0.59
Maior grão
1.41
2.0
Características hidráulicas
TAXA DE FILTRAÇÃO:
Camada Suporte
A camada suporte (número de sub-camadas e diâmetros
extremos dos grãos dos seixos rolados que a constituem)
depende:

Do material filtrante a ser colocado sobre

Do método de lavagem do filtro;

Do fundo falso sobre o qual se apóia.
esta;
A altura mínima do fundo deve ser maior que 0,5m e D +
0,25m.
Camada Suporte

Cada camada componente do meio suporte deve
ser a mais uniforme possível. dmax/dmín = 2;

O diâmetro do menor grão da camada inferior do
meio suporte deve ser cerca de 2 a 3 vezes o
diâmetro do orifício do sistema de drenagem;

O diâmetro do menor grão da camada superior
do meio suporte deve ser cerca de 4 a 4,5 vezes
o valor do diâmetro efetivo do material filtrante
Camada Suporte

Entre as camadas que compõem o meio suporte,
a relação entre o diâmetro do maior grão e o
diâmetro do menor grão da camada adjacente
deve ser igual a 4;

A espessura mínima de cada camada componente
do meio suporte deve ser igual a 7,5 cm ou três
vezes o diâmetro máximo do grão.
Fundo dos filtros
1.
Bocais;
2.
Blocos;
3.
Tubulações perfuradas;
4.
Vigas pré-fabricadas
Blocos
Blocos
Camada Suporte e Fundo dos Filtros
Camada suporte para blocos Cerâmicos
Camada
Espessura (cm)
Tamanho
(mm)
1º
15
1.6 – 3.2
2º
5
3.2 – 6.4
3º
5
6.4 – 12.5
Fundo
15
12.5 – 19
Total
40
Camada Suporte e Fundo dos Filtros
Camada suporte para fundo falso com bocais
Camada
Espessura (cm)
Tamanho
(mm)
Pedrisco
7 – 7.5
4.8 – 2.4
1º
7 – 7.5
12.5 – 4.8
2º
7 – 10.0
19.0 – 12.5
3º
7 – 10.0
38 – 19
Fundo
12 – 15
63 – 38
Total
40 a 50
Camada suporte utilizada pela COPASA para fundos falsos queutilizam vigas californianas (Vianna,2005)
Características hidráulicas
TAXA DE FILTRAÇÃO:

Qualidade da água;

Habilidade de operação;

Características do meio;

Carga hidráulica.
Características hidráulicas
TAXA DE FILTRAÇÃO:

Filtro de uma camada: 180 m3/m2dia.

Filtro de camada dupla: 360 m3/m2dia.
OBS: Em caso de filtros de fluxo ascendente, a taxa de filtração
deve ser de 120 m3/m2dia.
Características hidráulicas
Lei de Darcy
V = K x i, onde:
V = Velocidade de descarga em (cm/s ou m/s)
K = Constante de permeabilidade (cm/s ou m/s)
i = Gradiente hidráulico
i = h/L, onde:
L = Altura da amostra (cm)
h = Carga hidráulica (cm)
Características hidráulicas
PERDA DE CARGA EM MATERIAIS FILTRANTES LIMPOS
Fórmula de Fair et al. (1968) para grãos não esféricos de meios
filtrantes limpos estratificados:
   (1   ) 2
H

 150
3
L
 a g  
(1   )V 2
 V  n Xi
 1,75

2 
2
gCe 3
 Ce  i 1 Deq
n
Xi

i 1 Deq
Xi: porcentagem em peso da fração que passa
Deq: média geométrica das aberturas das duas peneiras consideradas;
ρa: massa específica da água (kg/m3);
Ce: coeficiente de esfericidade correspondente a cada subcamada do
material granular (1,0 é a esfera ideal)
ε : porosidade do meio;
Índices Físicos
Massa específica
(Kg/m3)
Porosidade
Coef. de esfericidade
AREIA
ANTRACITO
CAG
GARNET
2.650
0,42-0,47
0,7-0,8
1.450-1.730
0,56-0,60
0,46-0,60
1.300-1.500
0,50
0,75
3.600-4.200
0,45-0,55
0,60
Lavagem dos Filtros
Os filtros rápidos são lavados a contra-corrente (por
inversão de fluxo) com ou sem auxílio de ar, com uma
vazão capaz de asseguram uma expansão adequada para
o meio filtrante.
A lavagem deverá promover a expansão de 20 a 30 % (NBR
12216/1992);
A velocidade ascensional deverá ser estar entre 0,6 e 1,0
m/min e o tempo de lavagem deve estar entre 10 e 15
minutos.
Lavagem dos Filtros
A água para lavagem pode ser armazenada na caixa dos
próprios filtros (filtros auto laváveis) ou em
reservatórios específicos para este fim.
A NBR 12216 estabelece que:

os reservatórios devem ter capacidade para armazenar
o volume necessário para lavagem de dois filtros com
velocidade superior a 0,60 m/min, durante 10 minutos;

a lavagem do filtro de fluxo descendente deve ser
complementada por agitação auxiliar do material
filtrante.
Expansão de Meios Filtrantes
2
Velocidade Ascencional (cm/s)
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
Areia-Antracito
0,6
Areia-CAG
0,4
0,2
0
5
10
15
20
25
30
Expansão (%)
35
40
45
50
Lavagem dos Filtros
Com bomba
Reservatório elevado
Métodos de Lavagem dos Filtros
MÉTODOS DE LAVAGEM
MEIO FILTRANTE
a. Lavagem somente com água no sentido ascensional;
Convencional-areia <10000 m3/d;
b. Lavagem auxiliar superficial e lavagem simultânea ou não com
água no sentido ascensional;
Convencional-areia com operação
qualificada;
c. Lavagem auxiliar sub-superficial e lavagem simultânea ou não com
água no sentido ascensional;
Antracito e areia em estações com
operação qualificada;
d. Insuflação de ar e lavagem simultânea ou não com água no sentido
ascensional;
Antracito e areia ou areia
praticamente uniforme com operação
qualificada.
Lavagem auxiliar superficial/subsuperficial
Sistema de coleta de água de lavagem dos
filtros:
0,5.L  D  H  L  D
0
1,5H 0  S  2,5H 0
S
D
H0
H0=Altura entre a borda superior da calha de
água de lavagem e o topo do material filtrante
S=Espaçamento entre as calhas
LL
L=Espessura da camada filtrante
D=altura da calha de água de lavagem
Sistema de coleta de água de lavagem dos
filtros:
Rio das Velhas - MG
Rio das Velhas - MG
Rio das Velhas - MG
Rio Manso - MG
Rio Manso - MG
Rio Manso - MG
Dimensionamento da calha de coleta de água
de lavagem:
Q  1,38.B.h01,5
h0
B
Número e Forma dos Filtros

Tamanho ETA e Taxas de filtração;
Número de etapas: no mínimo 3 filtros e 4 no caso de taxa
declinante variável;

De fatores econômicos que levam em conta o volume de
concreto, o diâmetro das canalizações, comportas e válvulas, etc;


Condições de lavagem;
Número e Forma dos Filtros
N  1,2.Q
0,5
Q (m3/dia)
ETA
Araras – SP
Campinas – SP
Fortaleza – CE
Guaraú – SP
Morro Redondo – MG
Rio Manso – MG
Rio das Velhas – MG
São Carlos
Filtros
6
16
10
48
6
10
16
7
Vazão
(m3/s)
0,4
2,1
6
33
0,75
4,1
6
0,5
Número e Forma dos Filtros
Área dos Filtros
• É limitada pelas condições operacionais e pelas características dos
componentes de veiculação de água no filtro;
• Filtros simples devem ter área inferior à 70 m2;
• Os maiores meios filtrantes apresentam área inferior a 170 m2;
• A NBR 12216 estabelece que a taxa máxima de filtração não deve
ser superior a 50% da taxa média do sistema.
Número e Forma dos Filtros
Os filtros normalmente são de seção quadrada ou retangular e as
dimensões são estabelecidas considerando-se:

Tipo de fundo de filtro;

Tipo de lavagem auxiliar;
Espaçamento e dimensões das calhas de coleta de água de
lavagem.

CRITÉRIOS PARA ENCERRAMENTO DA CARREIRA DE FILTRAÇÃO

Turbidez da água filtrada superior a um valor prédeterminado (geralmente superior a 0,5 uT);

Perda de carga igual ou superior a carga hidráulica
máxima disponível (geralmente da ordem de 2,0 a 3,0
metros)

Carreira de filtração com duração superior a 40 horas.
PARTES CONSTITUTIVAS DE UM SISTEMA DE FILTRAÇÃO

Tubulações, válvulas e comportas de entrada de água
decantada, saída de água filtrada e introdução e coleta de
água de lavagem
PARTES CONSTITUTIVAS DE UM SISTEMA DE FILTRAÇÃO






Velocidades nos dispositivos de veiculação de água:
Alimentação do filtro - 0,6 a 1,8 m/s;
Tubulação de água filtrada - 0,9 a 1,8 m/s;
Drenagem da água de lavagem - 1,2 a 2,4 m/s;
Alimentação de água de lavagem - 2,4 a 3,7 m/s;
Drenagem do filtro -3,7 a 4,8 m/s.
Filtro de fluxo descendente com perda de carga total e velocidade de aproximação
variáveis: arranjo de filtro