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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2009.tde-09092009-141154
Document
Author
Full name
Sergio Brasil Abreu
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Ferreira Filho, Sidney Seckler (President)
Brandão, Cristina Celia Silveira
Mierzwa, José Carlos
Nour, Edson Aparecido Abdul
Reali, Marco Antonio Penalva
Title in Portuguese
Comportamento de filtros rápidos de camada profunda no tratamento de águas de abastecimento mediante o emprego de polímeros como auxiliares de filtração.
Keywords in Portuguese
Águas de abastecimento
Auxiliares de filtração
Camada profunda
Filtros rápidos
Mananciais eutrofizados
Material suporte
Polímero aniônico
Polímeros catiônicos
Pré-tratamento
Abstract in Portuguese
O projeto consistiu em avaliar o emprego de polímeros catiônicos e aniônicos de diferentes pesos moleculares como auxiliares de filtração no tratamento de águas de abastecimento proveniente de mananciais com alto grau de eutrofização com vistas a possibilitar a otimização da remoção de material particulado e minimização da evolução da perda de carga. O aparato experimental é composto, principalmente, por 4 filtros em escala piloto de alta taxa do tipo camada profunda e fluxo descendente por gravidade operados em paralelo. Os filtros possuem 5 m de altura e diâmetro interno de 150 mm. O procedimento experimental foi dividido em três etapas, execução de ensaios de fluidificação e expansão do leito dos filtros e utilização de polímeros catiônicos e de polímero aniônico como auxiliares de filtração. A primeira etapa teve como objetivo definir parâmetros de dimensionamento do sistema de lavagem em contra-corrente com ar e água e nas duas etapas seguintes foram realizados os ensaios de filtração a uma taxa de 500 m³/m²/dia, com a utilização dos polímeros com três dosagens diferentes. Os polímeros utilizados foram CA-2577, CA-2581, CD-2592 e N1986. Estes possuem estrutura e pesos moleculares variáveis, de forma que o trabalho tivesse uma maior amplitude. Os valores médios de turbidez, para a primeira etapa dos ensaios de filtração, foram de 2,36 ± 0,28 UNT e 1,12 ± 0,21 UNT para água bruta e decantada, respectivamente, 0,26 ± 0,07 UNT para o filtro F1 com antracito, 0,25 ± 0,08 UNT para o filtro F3 com antracito e adição de polímero, 0,29 ± 0,08 UNT para o filtro F2 com areia e 0,26 ± 0,08 UNT para o filtro F4 com areia e adição de polímero. Para a segunda etapa dos ensaios de filtração os valores médios de turbidez foram de 2,03 ± 0,36 UNT para água bruta, 0,80 ± 0,21 UNT para água decantada, 0,09 ± 0,03 UNT para o filtro F1, sem adição de polímero, e 0,15 ± 0,04, 0,16 ± 0,03 e 0,10 ± 0,04 UNT para os filtros F2, F3 e F4, respectivamente, todos com adição de polímero. Os resultados experimentais possibilitaram concluir que a adoção do antracito como material filtrante do tipo camada única e profunda apresenta a vantagem de permitir uma menor velocidade ascensional de água de lavagem para uma determinada expansão quando comparado a um filtro de areia de idêntica granulometria. A aplicação dos polímeros catiônicos e do polímero aniônico como auxiliares de filtração não proporcionou para nenhuma dosagem utilizada melhora significativa no comportamento dos filtros. Uma eventual melhora ou piora foi insignificante e estava ligada à qualidade da água decantada. No que diz respeito à perda de carga, os filtros com antracito tiveram carreiras de filtração mais longas quando comparados com os de areia, independente da utilização dos polímeros.
Title in English
Behavior of deep bed rapid filters treating public water supplies through the use of polymers as filter aids.
Keywords in English
Anionic polymer
Cationic polymers
Deep bed
Filter aids
High degree of eutrophication
Material support
Pre-treatment
Rapid filters
Surface water sources
Abstract in English
The project was to evaluate the use of anionic and cationic polymers of different molecular weights as filter aids to treat drinking water treatment of surface water sources with high degree of eutrophication, particularly with regard to particulate matter removal optimization and head loss rate minimization. The experimental apparatus was composed of four pilot scale, deep bed, down flow rapid gravity filters, operated in parallel. The filter columns were 5 m high, had inner diameter of 150 mm. The experimental procedure was divided in three stages, conduction of media fluidization and media expansion tests and cationic and anionic polymers application as filter aid. The first stage aims was to define design parameters for the filter backwashing system with water and air and in the two next phases the tests were conducted at a filtration rate of 500 m³/m²/day, with the use of polymers with three different dosages. The polymers tested were CA- 2577, CA-2581, CD-2592 and N1986. They have different structure and molecular weights, thus making wider the array of possibilities tested. The average values of turbidity, for the first stage of testing filtration, were 2.36 ± 0.28 and 1.12 ± 0.21 NTU for raw and settled water, respectively, 0.26 ± 0.07 NTU to the filter F1 with anthracite, 0.25 ± 0.08 NTU for the filter F3 with anthracite and addition of polymer, 0.29 ± 0.08 NTU for the filter F2 with sand and 0.26 ± 0.08 NTU for the filter F4 with sand and the addition of polymer. For the second stage of testing of the filter values of turbidity were 2.03 ± 0.36 NTU for raw water, 0.80 ± 0.21 NTU for settled water, 0.09 ± 0.03 for the filter F1, without the addition of polymer, and 0.15 ± 0.04, 0.16 ± 0.03 and 0.10 ± 0.04 NTU for filters F2, F3 and F4, respectively, all with the addition of polymer. The experimental results led us to conclusion that the adoption of anthracite as single media in deep bed filtration presents the advantage of a lower ascent backwash water velocity for any given bed expansion as compared to deep bed filtration through sand with the same granulometric characteristic. Application of cationic and anionic polymers as filter aids did not lead to any significant improvement in the behavior of pilot scale filters, regardless of applied polymer dosage. Any eventual improvement or worsening was not significant and was closely related to the settled water quality. Regarding the head loss, the filters with anthracite had longer filtration careers when compared to sand, regardless the use of polymers.
 
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SERGIOBRASILABREU.doc (33.50 Kbytes)
Publishing Date
2009-10-28
 
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