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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2017.tde-21032017-104634
Documento
Autor
Nome completo
Aline Beatriz Carvalho de Sá
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2016
Orientador
Banca examinadora
Reali, Marco Antonio Penalva (Presidente)
Contrera, Ronan Cleber
Kellner, Erich
Título em português
Influência da porosidade do leito e do diâmetro das fibras na eficiência da filtração com filtro de fibras flexíveis aplicado ao tratamento de água
Palavras-chave em português
Filtração
Filtro de fibras flexíveis
Fundo de filtro
Poliamida
Tratamento de água para abastecimento
Resumo em português
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.
Título em inglês
Influence of the porosity and diameter of the fibers in filtration efficiency with flexible fibers filter applied to water treatment
Palavras-chave em inglês
Bottom filter
Filter flexible fibers
Filtration
Polyamide
Water treatment for supply
Resumo em inglês
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.
 
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Data de Publicação
2017-04-03
 
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