Análise e modelação matemática da interação entre partículas na filtração direta utilizando a teoria coloidal / Mathematical modeling and analysis of the particle interactions in the direct filtration using the colloidal theory

Este trabalho utilizou a teoria coloidal para descrever o comportamento físico pelo balanço de forças e balanço de energia de complexos coloidais na água bruta e daqueles formados durante a filtração direta em escoamento ascendente. Nele são descritos os perfis de energia de interação entre as superfícies dos colóides para três geometrias: esférica, plana e cilíndrica; e quatro arranjos de interação entre as superfícies: dois cilindros, dois planos, duas esferas e uma esfera e um plano. Duas situações foram analisadas, antes e após a desestabilização eletrostática pela ação de sulfato de alumínio em águas de estudo contendo caulinita, utilizando-se a modelação e análise pela teoria DLVO (das iniciais de Derjarguin-Landau-Verwey-Overbeek) modificada, ou XDLVO, que inclui à abordagem tradicional das forças da dupla camada elétrica (DCE), forças de atração de superfície ou London-van der Waals (LvdW), forças estéricas, força hidrofóbica e forças de outras origens no cálculo do balanço de forças, a saber: repulsão molecular, denominada repulsão de Born, e a força oriunda das funções químicas ácido e Base (AB) de Lewis.

This work used the colloidal theory to describe forces and energy interactions of colloidal complexes in the water and those formed during filtration run in direct filtration. Many interactions of particle energy profiles between colloidal surfaces for three geometries are presented here in: spherical, plate and cylindrical; and four surface interactions arrangements: two cylinders, two spheres, two plates and a sphere and a plate. Two different situations were analyzed, before and after electrostatic destabilization by action of the alum sulfate as coagulant in water studies samples prepared with kaolin. In the case were used mathematical modeling by extended DLVO theory (from the names: Derjarguin-Landau-Verwey-Overbeek) or XDLVO, which include traditional approach of the electric double layer (EDL), surfaces attraction forces or London-van der Waals (LvdW), esteric forces and hydrophobic forces, additionally considering another forces in colloidal system, like molecular repulsion or Born Repulsion and Acid-Base (AB) chemical function forces from Lewis.

Pré-tratamento de lixiviados de aterros sanitários por filtração direta ascendente e coluna de carvão ativado / Landfill leachate pre-treatment by upflow direct filtration and column of activated carbon

Vários problemas ambientais no Brasil decorrem do acelerado crescimento dos setores produtivos e, consequentemente, da multiplicidade dos resíduos sólidos urbanos gerados. A disposição destes em aterros sanitários é prática comum; entretanto, essa deposição requer medidas de proteção ambiental, incluindo o tratamento dos lixiviados. Este trabalho, conduzido em filtros de areia e coluna de carvão ativado, trata de proposta de tratamento físico-químico do lixiviado como alternativa ao processo biológico. No que se refere ao processo de filtração, observaram-se reduções de até 74 por cento para DQO, 47 por cento para DBO, 93 por cento para cor, 90 por cento para amônia e aumento de 0,3 para 0,9 na relação DBO5/DQO. Constataram-se limitações com relação à duração das carreiras de filtração, para o que se sugere avaliar outras granulometrias de areia e até mesmo tecnologias de tratamento.

Several environmental problems in Brazil are due to the rapid growth of various productive sectors, and the resulting qualitative multiplicity of municipal solid waste that are generated. The disposal of solid waste in landfills is a common practice; however, it requires environment protection measures, including the treatment of leachate. This work conducted in sand filters and activated carbon column refers to physical and chemical treatment of leachate as an alternative to the biological process. Regarding the filtration process, the results showed reductions of up to 74 percent for COD, 47 percent for BOD, 93 percent for color, 90 percent for ammonia and an increase from 0.3 to 0.9 in BOD5/COD relation. Limitations were found in relation to filtration run, which suggests the evaluation of other size grains and even treatment technologies.

Modelação da perda de carga na filtração direta ascendente em meio granular de areia grossa e pedregulho / Modeling of the head loss in up flow coarse sand and gravel direct filtration

Compreender e quantificar os mecanismos relacionados à perda de carga e à remoção de partículas em um meio filtrante granular é de importância fundamental para o estudo do processo da filtração. Este trabalho apresenta o desenvolvimento dos modelos de perda de carga na filtração em meios porosos e a proposição da modelação matemática semiempírica da perda de carga para meios filtrantes limpos e do desenvolvimento do perfil de perda de carga ao longo do tempo de filtração a partir da equação de Ergun. Objetivou-se a determinação dos valores das constantes da equação de Ergun para meio granular de areia grossa e pedregulho. Alguns exemplos de aplicação dessa modelação matemática são também apresentados e discutidos pelos autores com base em dados experimentais obtidos em uma estação piloto de dupla filtração.

To understand and to quantify the head loss due to the particles removal in a porous medium has primary importance to filtration process study. This paper presents the development of the models of head loss used in the filtration in porous media and proposes a mathematical semi-empiric model for head loss in clean beds and head loss increasing profile during the filtration run length, by means of the Ergun equation. The goal was the determination of Ergun’s equation coefficients for granular material constituted of coarse sand and gravel. Examples of application of these mathematical modeling are also presented and discussed by the authors based on experimental data obtained in a double filtration pilot plant.