Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-05T14:05:01Z No. of bitstreams: 2 mas.pdf: 3892034 bytes, checksum: aa7e509a42d26e668bc737e3fdd940a6 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T14:05:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 mas.pdf: 3892034 bytes, checksum: aa7e509a42d26e668bc737e3fdd940a6 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-03-29 / O desempenho de uma Estação de Tratamento de Água (ETA) depende, inicialmente, de uma seleção adequada da tecnologia de tratamento e de um projeto criterioso, acompanhados da disponibilidade de recursos humanos e materiais que propiciem uma boa rotina de operação. Neste trabalho foi avaliado o desempenho da tecnologia da Filtração Direta Ascendente adotada em uma Estação de Tratamento de Água em escala real, nos anos I e III, uma vez que nesse ano a companhia de saneamento responsável por sua implantação e operação, em face do precário desempenho que vinha presentando, introduziu modificações de modo a transformá-la em ETA do tipo convencional (ou de ciclo completo). O trabalho foi estruturado nas seguintes etapas: (i) coleta de informações preliminares e caracterização das unidades componentes da ETA; (ii) acompanhamento e registro dos procedimentos operacionais; (iii) coleta e análise das resultados operacionais da própria estação, especialmente parâmetros físicoquímicos indicadores de qualidade da água; e (iv) avaliação conjunta dos resultados e dos procedimentos operacionais adotados. A conclusão do trabalho ressalta aspectos de suma importância: o conhecimento da variação da qualidade da água bruta no processo de seleção da tecnologia de tratamento a ser utilizada; a necessidade, óbvia, de se implantar uma ETA em conformidade com o seu projeto executivo; a execução de procedimentos operacionais adequados; e a necessidade de correto e permanente controle operacional em todas as etapas do processo de tratamento.

Os filtros de fibra flexível são módulos de filtração recentemente desenvolvidos cujo leito é constituído de fibras de poliamida, o que permite a obtenção de altas eficiências de remoção de sólidos associadas a altas taxas de filtração. Este estudo objetivou avaliar o desempenho deste tipo de filtro utilizando-se como meio filtrante fibras flexíveis de sisal e de polipropileno. Com isso se buscou aprofundar o entendimento da técnica de filtração em leito de fibras flexíveis, além de propor e avaliar leitos com fibras diferentes daquelas citadas na literatura (constituídas de poliamida), neste caso fibras naturais (sisal) e fibras de polipropileno. A superfície das fibras em estudo foi analisada por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura e através de ensaios de solubilidade em ácido clorídrico e hidróxido de sódio, com a finalidade de investigar as características superficiais dos materiais filtrantes e sua solubilidade. Foram construídos 6 filtros com diâmetro interno de 28 mm e porosidade de leito de 93%, sendo 3 constituídos de fibras de sisal com comprimentos de leito de 25,60 e 100 cm, e 3 constituídos de fibras de polipropileno, também nos comprimentos de 25,60 e 100 cm. Em um segundo momento foi avaliado o desempenho de filtros constituídos de sisal nos mesmos comprimentos citados, no entanto com porosidade de leito de 85%. Foi utilizada para alimentação dos filtros água sintética com 8,19 ± 0,85 uT e 14,47 ± 5,25 uC e foi realizada coagulação in-line por meio da adição de 22,5 mg/L de sulfato de alumínio. Foram avaliadas taxas de filtração desde 5 m/h até 80 m/h no caso dos filtros do sisal com diferentes comprimentos e porosidades, e desde 20 m/h até 80 m/h no caso dos filtros de polipropileno. O limite de turbidez estabelecido para o filtrado foi de 1 uT. Puderam operar dentro do limite de turbidez estabelecido os filtros de polipropileno de 25,60 e 100 cm com taxa de 20 m/h e de 60 e 100 cm com taxas de até 80 m/h, e o filtro de sisal de 100 cm e 85% de porosidade com taxas de 20 e 40 m/h. Os maiores volumes de filtrado foram obtidos para filtro de polipropileno de 100 cm operando com taxa de 20 m/h, no entanto estes foram associados a maior perda de carga. Por outro lado, o filtro de sisal de 100 cm produziu menor quantidade de filtrado, porém com perda de carga associada consideravelmente baixa. Os melhores índices de filtrabilidade foram obtidos para o filtro de sisal de 100 cm de comprimento e 85% de porosidade de leito, o que indica seu potencial de aplicação, especialmente em ocasiões em que a carga hidráulica disponível seja restrita e a turbidez exigida do filtrado não seja demasiadamente baixa (inferior a 0,5 uT). Sugere-se a utilização de filtros constituídos de fibras de sisal como unidades de pré-filtração ou a construção de leitos com menor porosidade e maior comprimento de leito do que os utilizados neste estudo, caso se objetive aplicação em tratamento de água para abastecimento. Este estudo mostrou que é possível utilizar fibras de sisal e de polipropileno em filtros de fibras flexível, e a escolha dos diferentes tipos de fibras, comprimentos e porosidades de leito dependeria da disponibilidade no local, da qualidade do efluente exigida e da carga hidráulica disponível. / The flexible fiber filter is a filtration module recently developed whose filter media is made of polyamide fibers, what permits to obtain high solids removal efficiency associated to high application rates. The objective of this study was to evaluate the performance of this kind of filter using as filter media flexible fibers of sisal and polypropylene. With this it was intended to deepen the understanding of the filtration technique using flexible fibers as media and to propose and evaluate filter medias made of fibers different from the ones found in the literature: natural fibers (sisal) and polypropylene fibers. The fibers in study were analysed by means of optic and scanning electronic microscopy and through solubility essays in chloridric acid and sodium hydroxide, with the intention to characterize the filtering materials and find if there are restrictions of their use. Six filters with 28 mm of intern diameter and 93% of porosity were constructed, three being made of sisal fibers with 25, 60 and 100 cm of length, and three being made of polypropylene fibers, with 25,60 and 100 cm of length, too. In a second moment three other sisal fibers were constructed and evaluated, with the same lengths studied before, but with porosity of the filter medium of 85%. The filtration system was fed with synthetic water with 8,19 ± 0,85 uT and 14,47 ± 5,25 uC, and in-line coagulation was applied by the addition of 22,5 mg/L of aluminium sulfate. In the case of the sisal filters, made of different lengths and porosities, rates from 5 m/h to 80 m/h were evaluated; in the case of polypropylene filters, rates from 20m/h and 80m/h were evaluated. It was established as the turbidity limit the value of 1 uT. The filters that worked within the established turbidity limit were the polypropylene filters of 25,60 and 100 cm for the rate of 20 m/h and of 60 and 100 cm for rates until 80m/h, and the sisal filter of 100 cm and 85% of porosity for rates of 20 and 40 m/h. The biggest filtrate volumes were obtained for polypropylene filter of 100 cm working with the rate of 20 m/h; however this one was associated to the biggest values of pressure drop. On the other hand, the filter made of sisal with 100 cm produced a smaller quantity of filtrate, but associated to a considerably low value of pressure drop. The best filterability indexes were obtained for the filter made of sisal with 100 cm of length and 85% of porosity, what indicates its application potential, mainly to situations when there is not enough hydraulic charge and when the requested turbidity of the filtrate is not too low (less than 0,5 uT). It is suggested that the filters made of sisal are used as pre-filtration units or that they are built with smaller values of porosity and/or with a longer filter length than the ones used in this study, in the case that water treatment application is aimed. This study showed that it is possible to use sisal and polypropylene fibers in flexible fiber filters, and that the choice of different types of fibers, lengths and porosities depends on de availability of materials in the local, on the required quality of the filtrate and on the available hydraulic charge.

Os filtros de fibra flexível são módulos de filtração recentemente desenvolvidos cujo leito é constituído de fibras de poliamida, o que permite a obtenção de altas eficiências de remoção de sólidos associadas a altas taxas de filtração. Este estudo objetivou avaliar o desempenho deste tipo de filtro utilizando-se como meio filtrante fibras flexíveis de sisal e de polipropileno. Com isso se buscou aprofundar o entendimento da técnica de filtração em leito de fibras flexíveis, além de propor e avaliar leitos com fibras diferentes daquelas citadas na literatura (constituídas de poliamida), neste caso fibras naturais (sisal) e fibras de polipropileno. A superfície das fibras em estudo foi analisada por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura e através de ensaios de solubilidade em ácido clorídrico e hidróxido de sódio, com a finalidade de investigar as características superficiais dos materiais filtrantes e sua solubilidade. Foram construídos 6 filtros com diâmetro interno de 28 mm e porosidade de leito de 93%, sendo 3 constituídos de fibras de sisal com comprimentos de leito de 25,60 e 100 cm, e 3 constituídos de fibras de polipropileno, também nos comprimentos de 25,60 e 100 cm. Em um segundo momento foi avaliado o desempenho de filtros constituídos de sisal nos mesmos comprimentos citados, no entanto com porosidade de leito de 85%. Foi utilizada para alimentação dos filtros água sintética com 8,19 ± 0,85 uT e 14,47 ± 5,25 uC e foi realizada coagulação in-line por meio da adição de 22,5 mg/L de sulfato de alumínio. Foram avaliadas taxas de filtração desde 5 m/h até 80 m/h no caso dos filtros do sisal com diferentes comprimentos e porosidades, e desde 20 m/h até 80 m/h no caso dos filtros de polipropileno. O limite de turbidez estabelecido para o filtrado foi de 1 uT. Puderam operar dentro do limite de turbidez estabelecido os filtros de polipropileno de 25,60 e 100 cm com taxa de 20 m/h e de 60 e 100 cm com taxas de até 80 m/h, e o filtro de sisal de 100 cm e 85% de porosidade com taxas de 20 e 40 m/h. Os maiores volumes de filtrado foram obtidos para filtro de polipropileno de 100 cm operando com taxa de 20 m/h, no entanto estes foram associados a maior perda de carga. Por outro lado, o filtro de sisal de 100 cm produziu menor quantidade de filtrado, porém com perda de carga associada consideravelmente baixa. Os melhores índices de filtrabilidade foram obtidos para o filtro de sisal de 100 cm de comprimento e 85% de porosidade de leito, o que indica seu potencial de aplicação, especialmente em ocasiões em que a carga hidráulica disponível seja restrita e a turbidez exigida do filtrado não seja demasiadamente baixa (inferior a 0,5 uT). Sugere-se a utilização de filtros constituídos de fibras de sisal como unidades de pré-filtração ou a construção de leitos com menor porosidade e maior comprimento de leito do que os utilizados neste estudo, caso se objetive aplicação em tratamento de água para abastecimento. Este estudo mostrou que é possível utilizar fibras de sisal e de polipropileno em filtros de fibras flexível, e a escolha dos diferentes tipos de fibras, comprimentos e porosidades de leito dependeria da disponibilidade no local, da qualidade do efluente exigida e da carga hidráulica disponível. / The flexible fiber filter is a filtration module recently developed whose filter media is made of polyamide fibers, what permits to obtain high solids removal efficiency associated to high application rates. The objective of this study was to evaluate the performance of this kind of filter using as filter media flexible fibers of sisal and polypropylene. With this it was intended to deepen the understanding of the filtration technique using flexible fibers as media and to propose and evaluate filter medias made of fibers different from the ones found in the literature: natural fibers (sisal) and polypropylene fibers. The fibers in study were analysed by means of optic and scanning electronic microscopy and through solubility essays in chloridric acid and sodium hydroxide, with the intention to characterize the filtering materials and find if there are restrictions of their use. Six filters with 28 mm of intern diameter and 93% of porosity were constructed, three being made of sisal fibers with 25, 60 and 100 cm of length, and three being made of polypropylene fibers, with 25,60 and 100 cm of length, too. In a second moment three other sisal fibers were constructed and evaluated, with the same lengths studied before, but with porosity of the filter medium of 85%. The filtration system was fed with synthetic water with 8,19 ± 0,85 uT and 14,47 ± 5,25 uC, and in-line coagulation was applied by the addition of 22,5 mg/L of aluminium sulfate. In the case of the sisal filters, made of different lengths and porosities, rates from 5 m/h to 80 m/h were evaluated; in the case of polypropylene filters, rates from 20m/h and 80m/h were evaluated. It was established as the turbidity limit the value of 1 uT. The filters that worked within the established turbidity limit were the polypropylene filters of 25,60 and 100 cm for the rate of 20 m/h and of 60 and 100 cm for rates until 80m/h, and the sisal filter of 100 cm and 85% of porosity for rates of 20 and 40 m/h. The biggest filtrate volumes were obtained for polypropylene filter of 100 cm working with the rate of 20 m/h; however this one was associated to the biggest values of pressure drop. On the other hand, the filter made of sisal with 100 cm produced a smaller quantity of filtrate, but associated to a considerably low value of pressure drop. The best filterability indexes were obtained for the filter made of sisal with 100 cm of length and 85% of porosity, what indicates its application potential, mainly to situations when there is not enough hydraulic charge and when the requested turbidity of the filtrate is not too low (less than 0,5 uT). It is suggested that the filters made of sisal are used as pre-filtration units or that they are built with smaller values of porosity and/or with a longer filter length than the ones used in this study, in the case that water treatment application is aimed. This study showed that it is possible to use sisal and polypropylene fibers in flexible fiber filters, and that the choice of different types of fibers, lengths and porosities depends on de availability of materials in the local, on the required quality of the filtrate and on the available hydraulic charge.

Os filtros de fibras flexíveis são unidades de filtração direta, compostos por leito de microfibras. São operados com altas taxas de filtração, garantindo alta eficiência de remoção de sólidos suspensos. Neste estudo avaliou-se a influência dos diâmetros das fibras, da porosidade do leito e da taxa de filtração na eficiência de clarificação de uma água sintética, utilizando filtro de fibras de poliamida. Foram construídos três filtros com diâmetro interno de 28mm e porosidade de 84%, cada um com leito de 100 cm de comprimento e diâmetro de fibra de 0,03, 0,11 e 0,32 mm e um filtro de mesmo diâmetro e comprimento, composto por fibras de 0,03 mm e porosidade 93%. A distribuição de água na entrada do filtro foi composta por 4 orifícios periféricos de 3,5 mm e um orifício central de 8 mm (Fundo de filtro Tipo 1 – FTipo1). Essa mesma entrada foi utilizada para a distribuição de água e ar na lavagem. Em um segundo momento, avaliou-se outra distribuição de água na entrada do filtro, com apenas quatro orifícios periféricos (Fundo de filtro Tipo 2 – FTipo2). Nessa nova configuração de filtro, foram avaliados os filtros de fibras de 0,03 mm, em duas porosidades: 84% e 93%. A água sintética possuía turbidez de 9,51 ± 0,22 uT e cor aparente de 86,4 ± 4,5 uC. A coagulação foi realizada in-line com sulfato de alumínio na dosagem de 22,5 mg.L-1. Em todos os filtros foram avaliadas três taxas de filtração: 60, 80 e 100 m h-1 e estabeleceu-se os limites de turbidez na água filtrada de 0,5 e 2,0 uT para o final da carreira de filtração. A distribuição de água na entrada do filtro mostrou-se de extrema importância para o bom funcionamento do mesmo, pois, dependendo da sua configuração, podem ocorrer emaranhamentos das fibras, comprometendo a eficiência de remoção de cor e turbidez. O filtro com fundo FTipo1 apresentou qualidade satisfatória para o filtro de fibras com diâmetro 0,11 mm, produzindo água filtrada com turbidez abaixo de 2,0 uT. O filtro de fibras de 0,03 mm de diâmetro conseguiu produzir qualidade dentro do limite estabelecido em alguns ensaios, entretanto não houve repetibilidade devido ao emaranhamento ocorrido no leito. Já o filtro de fibras de diâmetro 0,32 mm não atingiu turbidez satisfatória. Os dois filtros de fibras com fundo FTipo2 e porosidades 93% e 84%, respectivamente, conseguiram atingir os valores impostos para a turbidez da água filtrada em todas as taxas estudadas (60, 80 e 100m h-1) , com exceção do filtro de 93% de porosidade que não atingiu a turbidez mínima de 0,5 uT quando operado uma taxa de 100 m h-1. Ao final estimou-se os volumes de água filtrada produzidos no intervalo de um dia (24h) para cada filtro que atingiu os limites de turbidez pré-estabelecidos. Dentre as variações testadas em FTipo1 e FTipo2, concluiu-se que o volume diário de água produzida aumenta proporcionalmente ao aumento da taxa de filtração. Esse estudo demonstrou que o diâmetro da fibra, a porosidade e o fundo do filtro são características essenciais para o bom funcionamento do filtro, influenciando na eficiência de remoção de turbidez e cor aparente da água afluente. / The flexible fiber filters are direct filtration module, made of microfibers filter media. They are operated with high filtration rates ensuring high solids removal efficiency. This study evaluated the influence of diameters of fibers, porosity and filtration rates in the clarification efficiency of synthetic water. Three filters have been constructed with internal diameter of 28 mm and porosity of 84%, each with a filter medium of 100 cm length and fiber diameter of 0.03, 0.11 and 0.32 mm, and a filter of the same diameter and length, comprises fibers of 0.03 mm and porosity of 93%. The water distribution at the filter inlet was composed by four peripheral holes of 3.5 mm and a central hole of 8 mm (filter bottom Type 1 - FType1). That same input was used for water and air distribution in the wash. In a second step, was evaluated other water distribution in the filter inlet, with only four peripheral holes (filter bottom Type 2 - FType2). In this new filter configuration were evaluated 0.03 mm fiber filters with two porosity values: 84% and 93%. The synthetic water had turbidity of 9.51 ± 0.22 NTU and apparent color of 86.4 ± 4.5 uC. The coagulation was performed in-line with aluminum sulfate at a dosage of 22.5 mg.L-1. In all three filters were evaluated three filtration rates: 60, 80 and 100 m / h and fixed the limits of the filtered water turbidity of 0.5 and 2.0 NTU at the end of the career filter. The water distribution in the filter inlet proved to be extremely important for the proper functioning of the same, because, depending on your configuration, entanglements can occur, compromising the color and turbidity removal efficiency. The bottom filter FType1 presented a satisfactory quality for the fiber filter diameter 0.11 mm, producing filtered water with turbidity below 2.0 NTU. The filter of 0.03 mm diameter fibers could produce water quality within the limit in some tests, however there was no repeatability due to entanglement occurred in the bed. Other way, the 0.32 mm diameter fiber filter has not reached satisfactory turbidity. The two fibers filters FType2 and porosity 93% and 84%, respectively, were able to achieve values imposed to the turbidity of the filtered water in all studied rates (60, 80 and 100 m.h-1), except 93% porosity filter witch not reached the minimum turbidity of 0.5 NTU when operated a 100 m.h-1 rate. At the end was estimated the volumes of the filtered water produced within one day (24h) for each filter that has reached the limits of predetermined turbidity. Among the variations tested FType1 and FType2, can be concluded that the daily water volume produced increases with the filtration rate increasing. This study demonstrated that the fiber diameter, porosity and filter bottom characteristics are essential for the proper functioning of the filter, influencing the apparent color and turbidity removal efficiency of influent water.

Grande parte do lodo gerado em ETAs no Brasil ainda é disposta em rios ou em aterros sanitários. Contudo, principalmente em grandes centros urbanos, condições de licenciamento ambiental restritivas e custos logísticos crescentes tem levantado interesse em usos benéficos para esse resíduo. Um obstáculo para a mudança de paradigma recai no fato de que muito raramente operadores e projetistas de ETAs nacionais conseguirem prever, com algum grau de confiabilidade, a massa e volume de resíduos produzidos pelo tratamento da água bruta. Geralmente, usa-se para esse fim fórmulas empíricas, que relacionam a produção de lodo à concentração de sólidos em suspensão totais (SST) na água bruta e à dosagem de produtos químicos. Os objetivos deste trabalho são: comparar o desempenho de dois dos principais métodos quantitativos de estimativa de produção de lodo o método de fórmulas empíricas, e o do balanço de massa; investigar a prática disseminada de se estimar a concentração de sólidos em suspensão totais na água bruta por meio de modelos de regressão linear com a turbidez como variável independente; e delinear condições para a aplicação dessa correlação. Foram utilizados dados de seis ETAs de ciclo completo operadas pela SABESP (ABV, Alto Cotia, Cubatão, Guaraú, Franca e Presidente Prudente), além de dados de monitoramento de 130 estações de monitoramento de águas superficiais da CETESB. Os resultados sugerem que a identificação de correlações significativas entre concentração de SST e turbidez é elusiva, e não constitui tarefa trivial. Do universo de 130 estações da CETESB, somente 7 apresentaram correlação significativa; das ETAs, somente Presidente Prudente. Modelos de regressão alternativos utilizando outras variáveis (cor, vazão média mensal e mês), combinadas com a turbidez ou isoladamente, foram desenvolvidos. Somente a inclusão do mês como variável categórica foi capaz de aumentar o poder explicativo do modelo baseado exclusivamente na turbidez, sugerindo que a relação entre turbidez e concentração de SST é variável sazonalmente. Mediante a comparação com balanços de massa, foram identificados alguns fatores que afetam o poder de predição da fórmula empírica desenvolvida pela American Water Works Association, algumas vezes de maneira drástica. Em geral, conclui-se que o uso de fórmulas empíricas principalmente em conjunto com modelos de regressão entre concentração de SST e turbidez possa não ser recomendável. / Most of the water treatment plant (WTP) residuals generated in Brazil is still discharged in water bodies, or disposed of in landfills. However, especially in large urban areas, ever stringent conditions for environmental permits e rising logistical costs have put into focus beneficial uses for those residuals. A major obstacle for paradigm change in that aspect lies in the fact that very rarely water treatment plant operators and designers are able to predict with some degree of certainty the mass and volume of residuals produced by the treatment process. Usually, empirical formulas are used for that end, which relates the residuals production rate to the concentration of total suspended solids (TSS) in the raw water, and the chemicals dose. The objectives of this work are: to compare the performance of two of the main quantitative estimation methods for residuals production the empirical formulas and the mass balance; to investigate the widespread practice of estimating the concentration of TSS using turbidity as a surrogate; and to identify the conditions under which such procedure is acceptable. For that end, data from six WTPs operated by SABESP (ABV, Alto Cotia, Cubatão, Guaraú, Franca e Presidente Prudente), plus 130 surface water monitoring stations operated by CETESB, was analyzed. Alternative regression models, employing other independent variables (color, average monthly flow and month) singly or in combination with turbidity, were developed. Only the inclusion of the month as a categorical variable was capable of enhancing the explaining power of the turbidity model, suggesting that the relation between turbidity and TSS concentration is seasonally variable. The results suggest that identification of such significant correlations between TSS concentration and turbidity is elusive at best, and doesn\'t amount to a trivial task. Out of the universe of 130 monitoring stations, in only 7 a good degree of correlation was found; of the WTPs, that was the case only in Presidente Prudente. Through the comparison with the mass balances, some factors that affect the predictive power of the American Water Works Association sometimes drastically a were identified. In general, it is concluded that the use of empirical formulas especially when combined with turbidity and TSS concentration regression models may not be recommended.

Os objetivos deste trabalho foram verificar a influência das taxas de aplicação superficial das zonas de separação e de contato e da concentração de micro bolhas de ar na eficiência da remoção de partículas em unidades de flotação aplicadas ao tratamento de água para abastecimento público e, caracterizar a estrutura de escoamento no interior da zona de separação, com a utilização de uma planta piloto de flotação por ar dissolvido. Os trabalhos relativos à pesquisa foram divididos em duas etapas: a primeira delas contemplou a operação de unidade piloto alimentada com água sintética, utilizando três valores de taxa de aplicação superficial na zona de separação associadas a duas taxas de aplicação superficial na zona de contato, cada qual com três concentrações de ar fornecido à flotação. Foram mantidos fixos os parâmetros: tempo de contato na zona de contato, tempo de floculação, gradiente médio de floculação e velocidade cross-flow. Os resultados desta etapa foram monitorados com base na eficiência de remoção de cor e turbidez. As maiores eficiências de remoção, 87,5% para turbidez e 96,8% de cor aparente foram obtidos para as menores taxas de aplicação superficial nas zonas de contato e separação estudadas, associadas à concentração de ar de 4,90 g/\'CM POT.3\' de água. Este, entre outros resultados, levou à conclusão de que tal concentração de ar fornecida à flotação forneceu sempre os menores residuais de cor e turbidez nas condições investigadas. Quanto à taxa de aplicação superficial na zona de contato, 136,3 m/h resultou em maiores eficiências de clarificação, sendo que o aumento para 172,8 m/h causou ligeira queda na eficiência. Finalmente, quanto à taxa de aplicação superficial na zona de separação, a menor taxa (9,8 m/h) foi aquela onde as maiores eficiências de clarificação foram obtidas, as quais decresceram à medida que a taxa foi aumentada. Na segunda etapa utilizou-se a sonda microADV na caracterização do escoamento no interior da zona de separação. Foram realizadas caracterizações para as três concentrações de ar fornecidas para a flotação estudadas na etapa I, mantendo-se fixos a taxa de aplicação superficial e o tempo na zona de contato (136,3 m/h e 53 s, respectivamente), a taxa de aplicação superficial na zona de separação (12,3 m/h), a vazão de entrada e a velocidade cross-flow, conforme a etapa I. Para as três condições estudadas, adotou-se uma malha virtual de coleta de dados de duas dimensões, composta por 98 pontos igualmente espaçados, sendo 14 na altura e 7 paralelos ao comprimento. O tempo de coleta de dados em cada ponto foi de 2 min com uma freqüência de amostragem de 50 Hz. Os vetores de velocidade resultantes foram plotados em esquemas ilustrativos, afim de se comparar os três perfis obtidos. Observou-se em todos os casos um fluxo em curto-circuito na região superior da zona de separação e logo abaixo desta, um fluxo descendente no sentido dos coletores ao fundo da unidade. Quando comparadas, apenas pequenas diferenças quanto à espessura da região de curto circuito superior foram verificadas entre as três situações abordadas, as quais não explicam as diferentes eficiências de clarificação obtidas na etapa I da pesquisa, relacionadas à concentração de ar fornecida à flotação. / The objectives of this study were to determine the influence of hydraulic surface loading of contact and separation zones and of the air micro bubbles concentration in the particle removal efficiency in flotation units applied to water treatment for public supply and also characterize the flow structure into the separation zone. The works were divided into two stages: the first included the operation of the pilot plant fed with synthetic water, using three values of hydraulic surface loadings in the separation zone associated with two hydraulic surface loadings in the superficial zone of contact, each one with three concentrations of air supplied to the flotation. Were kept fixed parameters: contact time in the contact zone, flocculation time, mean flocculation gradient and cross-flow velocity. The results of this step were monitored based on the removal efficiency of color and turbidity. The higher removal efficiencies, 87.5% of turbidity and 96.8% apparent color were obtained for the lower hydraulic surface loading of contact and separation zones studied, associated with air concentration of 4.90 g/\'CM POT.3\' of water. This, among other results, led to the conclusion that this air supplied to the flotation concentration always provided the lowest residual color and turbidity values, under the conditions investigated. As for the hydraulic surface loading in the contact zone, 136.3 m/h resulted in higher efficiencies for clarification and when increasing to 172.8 m/h slight drop in efficiency was caused. Finally, regarding separation zone hydraulic surface loading, the lowest rate (9.8 m/h) was the one in which the highest efficiencies of clarification were obtained, which decreased, as the hydraulic surface loading was increased. In the second step, the probe microADV was used to characterize the flow inside the separation zone. Characterizations were carried out for the three air concentrations supplied to the flotation studied on the first step, fixing contact zone hydraulic surface loading and time (136.3 m/h and 53 s, respectively), the separation zone hydraulic surface loading (12.3 m/h), the input flow and cross-flow velocity as step I. For the three conditions studied, we adopted a of two-dimensional virtual data collection grid with 98 equally spaced points, 14 in height and 7 parallel to the length. The data collection time at each point was 2 min with a sampling frequency of 50 Hz. The resulting velocity vectors were plotted on illustrative diagrams in order to compare the three profiles obtained. A short-circuit flow in the upper part of the separation zone and below this, a downward flow toward the bottom of the collector unit were observed in all cases. In comparison, only small differences in the thickness of the upper region of short circuit were observed between the three situations discussed, which do not explain the different efficiencies of clarification obtained in the first step of the research related to the air bubble concentration.

Grande parte do lodo gerado em ETAs no Brasil ainda é disposta em rios ou em aterros sanitários. Contudo, principalmente em grandes centros urbanos, condições de licenciamento ambiental restritivas e custos logísticos crescentes tem levantado interesse em usos benéficos para esse resíduo. Um obstáculo para a mudança de paradigma recai no fato de que muito raramente operadores e projetistas de ETAs nacionais conseguirem prever, com algum grau de confiabilidade, a massa e volume de resíduos produzidos pelo tratamento da água bruta. Geralmente, usa-se para esse fim fórmulas empíricas, que relacionam a produção de lodo à concentração de sólidos em suspensão totais (SST) na água bruta e à dosagem de produtos químicos. Os objetivos deste trabalho são: comparar o desempenho de dois dos principais métodos quantitativos de estimativa de produção de lodo o método de fórmulas empíricas, e o do balanço de massa; investigar a prática disseminada de se estimar a concentração de sólidos em suspensão totais na água bruta por meio de modelos de regressão linear com a turbidez como variável independente; e delinear condições para a aplicação dessa correlação. Foram utilizados dados de seis ETAs de ciclo completo operadas pela SABESP (ABV, Alto Cotia, Cubatão, Guaraú, Franca e Presidente Prudente), além de dados de monitoramento de 130 estações de monitoramento de águas superficiais da CETESB. Os resultados sugerem que a identificação de correlações significativas entre concentração de SST e turbidez é elusiva, e não constitui tarefa trivial. Do universo de 130 estações da CETESB, somente 7 apresentaram correlação significativa; das ETAs, somente Presidente Prudente. Modelos de regressão alternativos utilizando outras variáveis (cor, vazão média mensal e mês), combinadas com a turbidez ou isoladamente, foram desenvolvidos. Somente a inclusão do mês como variável categórica foi capaz de aumentar o poder explicativo do modelo baseado exclusivamente na turbidez, sugerindo que a relação entre turbidez e concentração de SST é variável sazonalmente. Mediante a comparação com balanços de massa, foram identificados alguns fatores que afetam o poder de predição da fórmula empírica desenvolvida pela American Water Works Association, algumas vezes de maneira drástica. Em geral, conclui-se que o uso de fórmulas empíricas principalmente em conjunto com modelos de regressão entre concentração de SST e turbidez possa não ser recomendável. / Most of the water treatment plant (WTP) residuals generated in Brazil is still discharged in water bodies, or disposed of in landfills. However, especially in large urban areas, ever stringent conditions for environmental permits e rising logistical costs have put into focus beneficial uses for those residuals. A major obstacle for paradigm change in that aspect lies in the fact that very rarely water treatment plant operators and designers are able to predict with some degree of certainty the mass and volume of residuals produced by the treatment process. Usually, empirical formulas are used for that end, which relates the residuals production rate to the concentration of total suspended solids (TSS) in the raw water, and the chemicals dose. The objectives of this work are: to compare the performance of two of the main quantitative estimation methods for residuals production the empirical formulas and the mass balance; to investigate the widespread practice of estimating the concentration of TSS using turbidity as a surrogate; and to identify the conditions under which such procedure is acceptable. For that end, data from six WTPs operated by SABESP (ABV, Alto Cotia, Cubatão, Guaraú, Franca e Presidente Prudente), plus 130 surface water monitoring stations operated by CETESB, was analyzed. Alternative regression models, employing other independent variables (color, average monthly flow and month) singly or in combination with turbidity, were developed. Only the inclusion of the month as a categorical variable was capable of enhancing the explaining power of the turbidity model, suggesting that the relation between turbidity and TSS concentration is seasonally variable. The results suggest that identification of such significant correlations between TSS concentration and turbidity is elusive at best, and doesn\'t amount to a trivial task. Out of the universe of 130 monitoring stations, in only 7 a good degree of correlation was found; of the WTPs, that was the case only in Presidente Prudente. Through the comparison with the mass balances, some factors that affect the predictive power of the American Water Works Association sometimes drastically a were identified. In general, it is concluded that the use of empirical formulas especially when combined with turbidity and TSS concentration regression models may not be recommended.

Os objetivos deste trabalho foram verificar a influência das taxas de aplicação superficial das zonas de separação e de contato e da concentração de micro bolhas de ar na eficiência da remoção de partículas em unidades de flotação aplicadas ao tratamento de água para abastecimento público e, caracterizar a estrutura de escoamento no interior da zona de separação, com a utilização de uma planta piloto de flotação por ar dissolvido. Os trabalhos relativos à pesquisa foram divididos em duas etapas: a primeira delas contemplou a operação de unidade piloto alimentada com água sintética, utilizando três valores de taxa de aplicação superficial na zona de separação associadas a duas taxas de aplicação superficial na zona de contato, cada qual com três concentrações de ar fornecido à flotação. Foram mantidos fixos os parâmetros: tempo de contato na zona de contato, tempo de floculação, gradiente médio de floculação e velocidade cross-flow. Os resultados desta etapa foram monitorados com base na eficiência de remoção de cor e turbidez. As maiores eficiências de remoção, 87,5% para turbidez e 96,8% de cor aparente foram obtidos para as menores taxas de aplicação superficial nas zonas de contato e separação estudadas, associadas à concentração de ar de 4,90 g/\'CM POT.3\' de água. Este, entre outros resultados, levou à conclusão de que tal concentração de ar fornecida à flotação forneceu sempre os menores residuais de cor e turbidez nas condições investigadas. Quanto à taxa de aplicação superficial na zona de contato, 136,3 m/h resultou em maiores eficiências de clarificação, sendo que o aumento para 172,8 m/h causou ligeira queda na eficiência. Finalmente, quanto à taxa de aplicação superficial na zona de separação, a menor taxa (9,8 m/h) foi aquela onde as maiores eficiências de clarificação foram obtidas, as quais decresceram à medida que a taxa foi aumentada. Na segunda etapa utilizou-se a sonda microADV na caracterização do escoamento no interior da zona de separação. Foram realizadas caracterizações para as três concentrações de ar fornecidas para a flotação estudadas na etapa I, mantendo-se fixos a taxa de aplicação superficial e o tempo na zona de contato (136,3 m/h e 53 s, respectivamente), a taxa de aplicação superficial na zona de separação (12,3 m/h), a vazão de entrada e a velocidade cross-flow, conforme a etapa I. Para as três condições estudadas, adotou-se uma malha virtual de coleta de dados de duas dimensões, composta por 98 pontos igualmente espaçados, sendo 14 na altura e 7 paralelos ao comprimento. O tempo de coleta de dados em cada ponto foi de 2 min com uma freqüência de amostragem de 50 Hz. Os vetores de velocidade resultantes foram plotados em esquemas ilustrativos, afim de se comparar os três perfis obtidos. Observou-se em todos os casos um fluxo em curto-circuito na região superior da zona de separação e logo abaixo desta, um fluxo descendente no sentido dos coletores ao fundo da unidade. Quando comparadas, apenas pequenas diferenças quanto à espessura da região de curto circuito superior foram verificadas entre as três situações abordadas, as quais não explicam as diferentes eficiências de clarificação obtidas na etapa I da pesquisa, relacionadas à concentração de ar fornecida à flotação. / The objectives of this study were to determine the influence of hydraulic surface loading of contact and separation zones and of the air micro bubbles concentration in the particle removal efficiency in flotation units applied to water treatment for public supply and also characterize the flow structure into the separation zone. The works were divided into two stages: the first included the operation of the pilot plant fed with synthetic water, using three values of hydraulic surface loadings in the separation zone associated with two hydraulic surface loadings in the superficial zone of contact, each one with three concentrations of air supplied to the flotation. Were kept fixed parameters: contact time in the contact zone, flocculation time, mean flocculation gradient and cross-flow velocity. The results of this step were monitored based on the removal efficiency of color and turbidity. The higher removal efficiencies, 87.5% of turbidity and 96.8% apparent color were obtained for the lower hydraulic surface loading of contact and separation zones studied, associated with air concentration of 4.90 g/\'CM POT.3\' of water. This, among other results, led to the conclusion that this air supplied to the flotation concentration always provided the lowest residual color and turbidity values, under the conditions investigated. As for the hydraulic surface loading in the contact zone, 136.3 m/h resulted in higher efficiencies for clarification and when increasing to 172.8 m/h slight drop in efficiency was caused. Finally, regarding separation zone hydraulic surface loading, the lowest rate (9.8 m/h) was the one in which the highest efficiencies of clarification were obtained, which decreased, as the hydraulic surface loading was increased. In the second step, the probe microADV was used to characterize the flow inside the separation zone. Characterizations were carried out for the three air concentrations supplied to the flotation studied on the first step, fixing contact zone hydraulic surface loading and time (136.3 m/h and 53 s, respectively), the separation zone hydraulic surface loading (12.3 m/h), the input flow and cross-flow velocity as step I. For the three conditions studied, we adopted a of two-dimensional virtual data collection grid with 98 equally spaced points, 14 in height and 7 parallel to the length. The data collection time at each point was 2 min with a sampling frequency of 50 Hz. The resulting velocity vectors were plotted on illustrative diagrams in order to compare the three profiles obtained. A short-circuit flow in the upper part of the separation zone and below this, a downward flow toward the bottom of the collector unit were observed in all cases. In comparison, only small differences in the thickness of the upper region of short circuit were observed between the three situations discussed, which do not explain the different efficiencies of clarification obtained in the first step of the research related to the air bubble concentration.

Os filtros de fibras flexíveis são unidades de filtração direta, compostos por leito de microfibras. São operados com altas taxas de filtração, garantindo alta eficiência de remoção de sólidos suspensos. Neste estudo avaliou-se a influência dos diâmetros das fibras, da porosidade do leito e da taxa de filtração na eficiência de clarificação de uma água sintética, utilizando filtro de fibras de poliamida. Foram construídos três filtros com diâmetro interno de 28mm e porosidade de 84%, cada um com leito de 100 cm de comprimento e diâmetro de fibra de 0,03, 0,11 e 0,32 mm e um filtro de mesmo diâmetro e comprimento, composto por fibras de 0,03 mm e porosidade 93%. A distribuição de água na entrada do filtro foi composta por 4 orifícios periféricos de 3,5 mm e um orifício central de 8 mm (Fundo de filtro Tipo 1 – FTipo1). Essa mesma entrada foi utilizada para a distribuição de água e ar na lavagem. Em um segundo momento, avaliou-se outra distribuição de água na entrada do filtro, com apenas quatro orifícios periféricos (Fundo de filtro Tipo 2 – FTipo2). Nessa nova configuração de filtro, foram avaliados os filtros de fibras de 0,03 mm, em duas porosidades: 84% e 93%. A água sintética possuía turbidez de 9,51 ± 0,22 uT e cor aparente de 86,4 ± 4,5 uC. A coagulação foi realizada in-line com sulfato de alumínio na dosagem de 22,5 mg.L-1. Em todos os filtros foram avaliadas três taxas de filtração: 60, 80 e 100 m h-1 e estabeleceu-se os limites de turbidez na água filtrada de 0,5 e 2,0 uT para o final da carreira de filtração. A distribuição de água na entrada do filtro mostrou-se de extrema importância para o bom funcionamento do mesmo, pois, dependendo da sua configuração, podem ocorrer emaranhamentos das fibras, comprometendo a eficiência de remoção de cor e turbidez. O filtro com fundo FTipo1 apresentou qualidade satisfatória para o filtro de fibras com diâmetro 0,11 mm, produzindo água filtrada com turbidez abaixo de 2,0 uT. O filtro de fibras de 0,03 mm de diâmetro conseguiu produzir qualidade dentro do limite estabelecido em alguns ensaios, entretanto não houve repetibilidade devido ao emaranhamento ocorrido no leito. Já o filtro de fibras de diâmetro 0,32 mm não atingiu turbidez satisfatória. Os dois filtros de fibras com fundo FTipo2 e porosidades 93% e 84%, respectivamente, conseguiram atingir os valores impostos para a turbidez da água filtrada em todas as taxas estudadas (60, 80 e 100m h-1) , com exceção do filtro de 93% de porosidade que não atingiu a turbidez mínima de 0,5 uT quando operado uma taxa de 100 m h-1. Ao final estimou-se os volumes de água filtrada produzidos no intervalo de um dia (24h) para cada filtro que atingiu os limites de turbidez pré-estabelecidos. Dentre as variações testadas em FTipo1 e FTipo2, concluiu-se que o volume diário de água produzida aumenta proporcionalmente ao aumento da taxa de filtração. Esse estudo demonstrou que o diâmetro da fibra, a porosidade e o fundo do filtro são características essenciais para o bom funcionamento do filtro, influenciando na eficiência de remoção de turbidez e cor aparente da água afluente. / The flexible fiber filters are direct filtration module, made of microfibers filter media. They are operated with high filtration rates ensuring high solids removal efficiency. This study evaluated the influence of diameters of fibers, porosity and filtration rates in the clarification efficiency of synthetic water. Three filters have been constructed with internal diameter of 28 mm and porosity of 84%, each with a filter medium of 100 cm length and fiber diameter of 0.03, 0.11 and 0.32 mm, and a filter of the same diameter and length, comprises fibers of 0.03 mm and porosity of 93%. The water distribution at the filter inlet was composed by four peripheral holes of 3.5 mm and a central hole of 8 mm (filter bottom Type 1 - FType1). That same input was used for water and air distribution in the wash. In a second step, was evaluated other water distribution in the filter inlet, with only four peripheral holes (filter bottom Type 2 - FType2). In this new filter configuration were evaluated 0.03 mm fiber filters with two porosity values: 84% and 93%. The synthetic water had turbidity of 9.51 ± 0.22 NTU and apparent color of 86.4 ± 4.5 uC. The coagulation was performed in-line with aluminum sulfate at a dosage of 22.5 mg.L-1. In all three filters were evaluated three filtration rates: 60, 80 and 100 m / h and fixed the limits of the filtered water turbidity of 0.5 and 2.0 NTU at the end of the career filter. The water distribution in the filter inlet proved to be extremely important for the proper functioning of the same, because, depending on your configuration, entanglements can occur, compromising the color and turbidity removal efficiency. The bottom filter FType1 presented a satisfactory quality for the fiber filter diameter 0.11 mm, producing filtered water with turbidity below 2.0 NTU. The filter of 0.03 mm diameter fibers could produce water quality within the limit in some tests, however there was no repeatability due to entanglement occurred in the bed. Other way, the 0.32 mm diameter fiber filter has not reached satisfactory turbidity. The two fibers filters FType2 and porosity 93% and 84%, respectively, were able to achieve values imposed to the turbidity of the filtered water in all studied rates (60, 80 and 100 m.h-1), except 93% porosity filter witch not reached the minimum turbidity of 0.5 NTU when operated a 100 m.h-1 rate. At the end was estimated the volumes of the filtered water produced within one day (24h) for each filter that has reached the limits of predetermined turbidity. Among the variations tested FType1 and FType2, can be concluded that the daily water volume produced increases with the filtration rate increasing. This study demonstrated that the fiber diameter, porosity and filter bottom characteristics are essential for the proper functioning of the filter, influencing the apparent color and turbidity removal efficiency of influent water.

O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência do gradiente médio de velocidade (Gzc), associado ao tempo de detenção hidráulico (tzc) e à taxa de aplicação superficial (TASzc), na zona de contato, na eficiência de clarificação de uma unidade retangular de flotação por ar dissolvido, em escala piloto, tratando água para abastecimento. Foram estudadas duas configurações da Unidade Piloto de Flotação por Ar Dissolvido (UPFAD) (A e B), as quais diferem no comprimento da zona de contato A (90 mm) e B (140 mm). A TASzc - A (133 ± 3 m/h) e B (86 ± 1 m/h) - e o tzc - A (54 ± 1s) e B (84 ± 1 s) - são diferentes. Foram avaliados três valores do Gzc A (1,8; 6,5;10,2) e B (0,9; 4,7; 6,3), através da inserção de telas com características diferentes no interior da zona de contato. E, Para cada valor de Gzc, foram investigados três valores de A/V (3,73; 4,90; 6,41). Em todos os ensaios realizados, foram fixados os seguintes parâmetros: vazão da água bruta preparada (5,4 m³/h); temperatura da água bruta preparada (26 ± 1ºC); pH de coagulação (6,5 ± 0,1); tempo de floculação (17,2 min); gradiente médio de velocidade de floculação (110 s-1); vazão de descarte após a floculação (0,8 m³/h); vazão de entrada para a flotação (Qe) (4,6 m³/h); velocidade de entrada para a flotação (ve) (180 m/h); velocidade cross-flow (45 m/h); TASzs (14,6 ± 0,2 m/h); pressão de saturação (4,5 ± 0,1 Kgf/cm²). A unidade piloto FAD foi alimentada com água preparada, que apresentou turbidez em torno de 7,4 ± 0,6 UNT, e cor aparente, em torno de 39,4 ± 4,3 UH. A fração removida dos parâmetros analisados para cada Gzc é menos sensível a variações de A/V na configuração A que na configuração B. Na configuração A, a tela que apresentou Gzc em torno de 6,5 s-1 gerou melhores resultados para cada A/V analisado. Na configuração B, a tela que gerou Gzc em torno de 4,7 s-1 proporcionou melhor fração removida de turbidez e cor para cada A/V estudado. Além disso, na configuração B, a fração removida de turbidez e cor foi menos sensível a variações de A/V, para Gzc de 4,7 s-1 que para os demais valores de Gzc. A tela que gerou resultados mais eficientes na configuração A foi a mesma para a configuração B. Portanto o uso da referida tela favoreceu o desempenho das configurações A e B. Comparando todas as situações estudadas nas duas configurações, o ensaio com a configuração A (com tzc de 54 s) com Gzc de 6,3 s-1 e A/V de 4,9 g/m³, apresentou as maiores frações de remoção de cor e turbidez. / The present work aimed to study the influence of velocity gradient (Gzc) associated with the hydraulic detention time (tzc) and the rate of surface application (TASzc) in the contact zone in the efficiency of clarification of a unit rectangular dissolved air flotation pilot scale, treating water supplies. Two different kinds of configurations of the reactor dissolved air flotation in pilot scale (UPFA) (A and B) were studied, which differ in the length of the contact zone - A (90 mm) and B (140 mm). The TASzc - A (133 ± 3 m/h) and B (86 ± 1 m/h) - and tzc - A (54 ± 1 s) and B (84 ± 1 s) were different. Three different values of Gzc were analysed - A (1.8, 6.5, 10.2 s-1) and B (0.9, 4.7, 6.3 s-1) by insertion of grilles with different characteristics within the zone contact. And for each value of Gzc, three values of A/V (3.73, 4.90, 6.41 g/m³) were investigated. In all trials, the following parameters were set: flow of synthetic raw water (5.4 m³/h), synthetic raw water temperature (26 ± 1ºC), coagulation pH (6.5 ± 0.1); flocculation time (17.2 minutes), the speed gradient flocculation (110 s-1); flow disposal after flocculation (0.8 m³/h), input flow to the flotation (Qe) (4, 6 m³/h), input speed for flotation (ve) (180 m/h), cross-flow velocity (45 m/h), TASzs (14.6 ± 0.2 m/h), saturation pressure (4.5 ± 0.1 kgf/cm ²). The pilot plant was fed with synthetic water, which showed turbidity of approximately 7.4 ± 0.6 NTU, and apparent color, about 39.4 ± 4.3 HU. The removal efficiency of the analyzed parameters for each Gzc is less sensitive to variations in the A/V in the configuration A than in the configuration B. In configuration A, the grille that showed Gzc about 6.5 s-1 gave better results for each A/V analysis. In configuration B, the grille that has generated Gzc around 4.7 s-1 provided the best removal efficiency of turbidity and color for each A/V studied. Furthermore, in the configuration B, the removal efficiency of color and turbidity was less sensitive to variations in A/V for Gzc 4.7 s-1 than for other values of Gzc. The grille that generated the best results in the configuration A was the same for the configuration B. Therefore the use of that grille favored the performance of configurations A and B. Comparing all the situations studied in two configurations, the test with the configuration A (with tzc the 54 s) with Gzc of 6.3 s-1 and A/V of 4.9 g/m³, had the highest removal efficiencies of color and turbidity.