Esferas de poliestireno como elemento filtrante em filtração rápida descendente

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015.Problemas constantes encontrados em sistema de tratamento e distribuição de água e o crescente aumento do custo de produção, devido à degradação da qualidade da água disponível vêm motivando pesquisas por novas soluções em tratamento e obtenção de maiores produções efetivas. Com esse intuito, esse trabalho propôs o estudo de um material leve e reutilizável. As esferas poliméricas de poliestireno apresentaram-se como uma alternativa, pois além de serem leves e inertes têm características similares a de uma areia grossa e estão disponíveis comercialmente. Primeiramente, caracterizou-se esse material que apresentou granulometria entre 0,5 e 1,2 mm, diâmetro específico de 0,68 mm, coeficiente de uniformidade de 1,36 e massa específica de 1046 kg/m³. Após a caracterização desse material, simulou-se matematicamente a utilização como elemento filtrante, em aspectos como o coeficiente de permeabilidade do leito filtrante e especialmente parâmetros pertinentes à retrolavagem. Os parâmetros simulados demonstraram que, apesar de possível, a utilização desse material necessita de suporte (como a aplicação do ar) para atingir uma quantidade satisfatória de cisalhamento com baixas velocidades e elevado grau de expansão durante a retrolavagem.A qualidade da água produzida pelo filtro com as esferas de poliestireno foi bastante similar ao filtro de dupla camada de areia e antracito, contudo a produção efetiva, não apresentou grande superioridade, mesmo com o sistema otimizado. Apesar disso, o material demonstrou potencialidades em gerar uma economia ao sistema de tratamento, que ainda precisam ser melhor exploradas.Verificou-se através de ensaios experimentais que o índice de filtração manteve-se constante ao longo da filtração e a ação da profundidade atingida pelo leito ficou em torno de 40 cm, quando utilizada como fonte de água bruta o manancial Lagoa do Peri. Além desses fatores foi avaliada a capacidade adsortiva desse material, utilizando como adsorvato o azul de metileno. Esse material demonstrou baixa capacidade adsortiva devido ao baixo grau de rugosidade da sua superfície, a ação adsortiva é física, não espontânea, envolvendo fracas forças de atração.Abstract : Constant troubles in treatment system and water supply and the increasing cost of production due to deterioration of available quality water come motivating research for new solutions in treatment and higher effective production. This paper proposed the studies in a lightweight, reusable material. The granules of polystyrene were presented as an alternative, because are light, inerts and are assimilares to sand characteristics and were commercially available. First, this material was characterized and presented a grain size between 0.5 and 1.2 mm, specific diameter of 0.68 mm and specific mass of 1046 kg / m³. Based on the extracted characteristics were simulated mathematically using this material as a media filter, besides of permeability coefficient, especially parameters to backwash, which can be demonstrate that special care would need to achieve a satisfactory backwash, showing low shear rates and a high degree of expansion. Through of experimental analysis were found that the filtration rate remained constant throughout the filtration, and the bed depth achieved 40 cm, when used as raw water Peri Lagoon source. In addition was evaluated adsorptive capacity of the material, using as the adsorbate Methylene blue. This material showed low adsorption capacity due to the low roughness, the adsorptive action is physical, not spontaneous involving weak forces of attraction.The quality of the water produced by the filter to the polystyrene granules was very similar to the dual filter layer of sand and anthracite, but the effective production did not show significative superiority, even with optimized system. Nevertheless, the material demonstrated potential to generate savings to the treatment system, which still need to be better exploited