Resumo

A demanda mundial por água até 2050 deve crescer cerca de 55%. O reuso das águas pluviais vem da aplica- ção de métodos que utilizam a água da chuva para usos futuros. A técnica consiste em interceptar, transportar e armazenar as águas pluviais para diminuir o escoamento superficial, e assim, é possível reduzir o uso de água potável. O objetivo neste trabalho foi desenvolver um filtro de fluxo reversível para águas superficiais, viabilizando o uso da água do escoamento superficial para o uso não potável com maior qualidade e avaliar a eficiência do sistema de retrolavagem na remoção dos sólidos retidos na filtragem.

O trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Engenharia Ambiental e Sanitária do Centro Universitário Franciscano, situado em Santa Maria-RS, no período de agosto a dezembro de 2015. A granulometria da areia do filtro variou de 0,3 mm até 1,2 mm, com sua maior concentração entre 0,3 mm e 0,6 mm, com 3,73 cm min.^-1 de condutividade hidráulica saturada. O filtro de água de escoamento superficial com área de 0,71 m2 funcionando sem pressurização, por ação da gravidade, tem capacidade máxima de filtragem de 2,96m3 h^-1. O processo de filtragem da água do escoamento superficial melhorou a qualidade da água em 44,30% na cor e 15,29% na turbidez.

Introdução

De acordo com o relatório da ONU, a demanda mundial por água até 2050 deverá crescer cerca de 55%. Enquanto isso, o crescimento demográfico nos próximos 40 anos está estimado em dois a três bilhões de pessoas. Segundo May (2004), a falta de saneamento básico, desmatamento, poluição de rios e a má gestão desses recursos agravam a escassez de água e tornam-se problemas comuns nos dias de hoje. Nesse contexto, torna-se necessário filtrar e armazenar a água do escoamento superficial para atender às demandas futuras. Para tal, há necessidade de filtros que funcionem por gravidade e que sejam de fluxo reverso para facilitar a limpeza.

No Brasil, a norma NBR 15527 (ABNT, 2007) define os requisitos para o aproveitamento da água da precipitação pluviométrica para fins não potáveis coletada de coberturas de casas em áreas urbanas. Além disso, a lei estabelece que, em casas que não apresentam calhas coletoras de água das precipitações pluviométricas e em áreas de estacionamentos, se o escoamento superficial passar por filtros, poderá ser coletado e armazenado em cisternas. Nesse caso, o mais indicado são filtros de areia que permitem a filtragem da água por gravidade.

A função do filtro é reter partículas sólidas e impurezas contidas na água. Filtros de areias são utilizados para reter partículas orgânicas e inorgânicas presentes na água. Esses filtros, com camada de areia de 0,6 a 0,9 m de espessura, com granulometria que varia de 0,104 a 1,00 mm de diâmetro, são muito eficazes como material filtrante (CISAM, 2006).

Na filtragem da água por gravidade, a granulometria da areia e a altura das camadas filtrantes podem ser alteradas em função da finalidade. O seu funcionamento depende da aplicação de fluxo com certa carga hidráulica sobre a superfície de areia. Os filtros de areia são utilizados para altas vazões e para remoção de sedimentos e partículas iguais ou maiores do que 25 micras. A areia com granulometria de 0,5 a 0,9 mm tem eficiência na retenção de partículas de limo, lodo, grãos de areia com diâmetros superiores a granulometria do filtro, removendo a turbidez e melhorando a qualidade da água. A granulometria depende do tipo de filtro: para filtros de baixa vazão, utilizam-se tamanhos de grãos entre 0,25 e 0,35 mm, para filtros de médias vazões, granulometria entre 0,4 mm e 1 mm e para filtros de alta taxa de filtração, granulometria entre 0,8 e 2,0 mm (NATURALTEC, 2011).

Para granulometria de 0,5 a 0,9 mm, a norma da NBR 12216 (ABNT, 1992), que trata do projeto de estações de tratamento de água para abastecimento público, estabelece taxas máximas de filtração para camada simples e duplas com vazões entre 180 e 360 m3 m-2dia-1. A eficiência da filtragem da água do escoamento superficial com sua composição e volume depende muito do tempo, tipos de poluentes, como metais pesados, hidrocarbonetos de petróleo, nutrientes e bactérias que consomem oxigênio (TUCCI, 2000).

A norma EB-2097 (ABNT, 1990) define as condições para instalação das camadas filtrantes de areia e pedregulho em filtros de abastecimento público de água. Segundo Di Bernardo (1993), o sistema de tratamento com filtração lenta é econômico, eficiente e adequado às condições brasileiras.

A filtração lenta, por diminuir drasticamente o fluxo em determinadas épocas do ano, quando ocorre menor vazão do filtro, tem a desvantagem de aumentar os valores de turbidez e, consequentemente, reduzir a vazão da água pelas camadas do filtro, o que resulta efluente com qualidade inferior. Em função disso, é importante proporcionar rapidamente a limpeza dos filtros. Após vários processos de filtragem, ocorre a retenção de muitas partículas suspensas no meio filtrante. Com o passar do tempo, os filtros tonam-se obstruídos, o que ocasiona o aumento da perda de carga. Nesse caso, é necessária a realização de limpeza para a retirada das impurezas acumuladas. Isso pode ser realizado pela inversão do fluxo a partir do tubo de saída. Esse processo denomina-se retrolavagem e restabelece a eficiência original de filtragem do equipamento.

No processo de retrolavagem, é necessário que haja uma abertura (dreno) na entrada do filtro para eliminar os resíduos sólidos retidos e, ainda, um sistema de acionamento manual ou automático para inverter a direção do fluxo de saída da água filtrada (TESTEZLAF, 2008). A retrolavagem é recomendada quando a perda de carga é de 10 a 20% daquela com filtro limpo (SILVA; MANTOVANI; RAMOS, 2003). Com o decorrer do tempo de filtração, as impurezas se acumulam no meio e na superfície da camada filtrante, causando a perda de carga entre 40 a 60 kPa, momento em que é necessário fazer a limpeza do filtro (PIZARRO, 1996).

Nos catálogos brasileiros sobre filtros de água do escoamento superficial com retrolavagem, são encontradas poucas informações referentes à vazão de retrolavagem. Isso dificulta a estimativa desse parâmetro. Em decorrência dessas dificuldades, utilizando-se vazões excessivas, ocorrem perdas de areia no refluxo, ou falsa limpeza do filtro pela aplicação de valores menores de vazão, tendo como consequência a colmatação da camada filtrante (TESTEZLAF, 2008).

O objetivo, no trabalho, foi desenvolver um filtro de fluxo reversível para o aproveitamento de água do escoamento superficial em área urbana, para viabilizar o uso não potável com mais qualidade.

Autores: Rodrigo Pires Bortoluzzi; Afranio Almir Righes e Galileo Adeli Buriol.