Os enchimentos estruturados plásticos para filtros biológicos tiveram sua primeira utilização na reforma de três filtros percoladores operando com brita como meio filtrante, em Seattle – EUA, na década de 1970. Desde então, quer a reforma de filtros existentes através da substituição com modernos enchimentos estruturados, como novos filtros edificados em função das características dos enchimentos, têm sido uma constante por todo o mundo. À medida que o design e propriedades dos enchimentos estruturados foram sendo aprimoradas e direcionadas para aplicações concretas, também essa evolução permitiu melhorias e simplificações importantes na construção e na geometria de novos filtros (ex.: tipo de parede externa, desenho das estruturas de suporte, etc).
Paralelamente à utilização no saneamento, também os enchimentos estruturados plásticos têm sido vastamente utilizados em aplicações industriais diversas: coalescência em processos de separação líquido-líquido (p.ex.: separadores de água-óleo em refinarias e petroquímicas); transferência de massa (p.ex.: lavadores de gases); recuperação de compostos de emissões gasosas (p.ex.: particulado de minério); câmaras de contato (promoção de mistura entre fases); torres de resfriamento de água (transferência térmica entre líquido e ar), entre muitos outras.
Atualmente existe uma grande variedade de modelos, todos evoluindo de designs relativamente similares para configurações muito específicas em função das aplicações em que serão usados: diferentes tipos de fluxo (cruzado, vertical, misto), maior ou menor velocidade do escoamento, maior ou menor turbilhonamento, diferentes áreas superficiais e diferentes superfícies efetivas, etc.
Acompanhando e participando no desenvolvimento de vários projetos de filtros biológicos, assim como de obras e posterior operação e análise de resultados, temos constatado que diversos meios filtrantes do tipo estruturado (comumente denominados enchimentos estruturados) têm vindo a ser instalados sem que sejam observados com rigor alguns aspectos técnicos de grande importância e relevância.
Da mesma forma que o uso incorreto de um qualquer equipamento, na melhor das hipóteses não produzirá o resultado esperado, podendo inclusive inutilizá-lo, também a operação de um filtro biológico equipado com o meio filtrante inadequado não permitirá atender a eficiência prevista, no melhor dos cenários, podendo até resultar em consequências graves carácter permanente, como danos no material e nas estruturas do filtro, e até acidentes pessoais.
Para além da óbvia preocupação com acidentes pessoais e danos materiais, evitáveis, é fácil de concluir que também a tecnologia de filtração biológica sofre com as consequências de uma seleção inadequada de componentes e da operação e manutenção incorretas ou no mínimo ultrapassadas.
Neste documento faz-se em seguida uma abordagem sucinta a alguns tópicos de grande importância associados com a identificação de um enchimento estruturado para ser usado em um filtro biológico.
Visualmente, os enchimentos estruturados plásticos usados em aplicações industriais e em filtros biológicos no saneamento, salvo casos especiais, são similares e até podem ser confundidos por quem não esteja familiarizado com estes componentes. Existem, no entanto, algumas características que tornam cada produto adequado para uma dada aplicação.
Por exemplo, quando em operação em filtros biológicos, os enchimentos estão sujeitos a cargas operacionais variáveis entre 450 e 800 Kg/m³ (derivadas da acumulação de biomassa e ao líquido percolante), dependendo do tipo e do desenho do filtro. De acordo com as normas (DIN e ISO) aplicáveis ao dimensionamento e fabricação de enchimentos para filtros biológicos em tratamento de efluentes líquidos, as várias camadas sobrepostas do enchimento instaladas no interior do filtro devem ser formadas por chapas de resistência mecânica adequada à carga a que estarão sujeitas; essa carga é também uma função da altura de empilhamento, e deve supor não só a operação normal do filtro, mas principalmente um cenário de colmatação.
Por outro lado, quando instalado e funcionando dentro de uma torre de resfriamento de água, mesmo podendo conter um volume superior ao de um filtro, o enchimento estruturado está sujeito a uma carga bastante inferior ao intervalo mencionado para filtros biológicos: quer por não ser promovido o desenvolvimento de biomassa (que é pretendido em filtração biológica mas não em transferência térmica), como pelos diferentes níveis de empilhamento, e ainda pela desejada alta velocidade de escoamento da água em contato com o ar (na filtração biológica pretende-se uma velocidade baixa, visando promover o contato entre o efluente e o biofilme e assim aumentar a transferência de compostos).
Por estas razões, entre outras, os enchimentos estruturados devem ser selecionados com cautela e responsabilidade, caso a caso, precisando levar-se em consideração não apenas os parâmetros mais conhecidos e identificáveis (p. ex.: área superficial, direção do fluxo, tipo de união de chapas), mas também as matérias primas usadas e processo de fabricação, a resistência mecânica comprovada dos blocos (resistência essa que depende do SPL, que é uma função da matéria prima e respectivo peso específico, da espessura das chapas, do tipo de união e do número e localização dos pontos de união entre chapas), a resistência térmica durante a exposição ao Sol em paragem operacional, entre outras.
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Portanto, visando assegurar a utilização do produto mais adequado para cada caso, e evitar problemas diversos (desde o não atendimento da eficiência pretendida até níveis de esmagamento do material, geração de odores, etc.), devem ser observados parâmetros diversos, tais como:
• Distância entre as chapas que compõem um bloco;
• Intervalo entre as corrugações existentes ao longo de uma ondulação, e sua dimensão e ângulo;
• Dimensões e travamento dos blocos.
Afinal, se a distância entre as chapas e o ângulo das ondulações reflete a superfície específica do produto; e a distância entre as corrugações de uma ondulação, e seus ângulos e dimensões, traduzem a velocidade do escoamento do líquido, parâmetro de grande relevância para a eficiência do processo; também o reduzido turbilhonamento nas interseções dos canais resulta numa baixa ou até inexpressiva difusão de ar no líquido, e este no biofilme aderido ao plástico.
De recordar ainda que, caso o desenho dos canais não possua características de auto limpeza, prescindíveis em enchimentos estruturados usados em aplicações industriais, pela própria natureza do processo (ausências de biofilmes e de crescimento de biomassa, resultado também das altas velocidades dos fluídos), o uso desse tipo de enchimento num filtro biológico em tratamento de efluentes, onde é promovido o crescimento da biomassa pela adsorção e incorporação de compostos presentes no líquido pelos biofilmes, pode resultar em problemas de circulação de líquido e ar, o que implicará em colmatação, inicialmente pontual e mais tarde generalizada. A acumulação de biomassa e de líquido em enchimentos plásticos de baixa resistência mecânica (que são adequados para aplicações sem biomassa e baixa altura de empilhamento), causará esmagamentos localizados do plástico, principalmente nas camadas mais baixas, resultando na geração de odores pela putrefação da biomassa aprisionada no enchimento, pelas deficientes circulações de ar, água e alimento.
Apesar de poderem ser parecidos, os enchimentos estruturados têm sido desenvolvidos e aperfeiçoados para aplicações específicas, pelo que não devem ser tomados como iguais ou substituíveis entre aplicações. Cada uma de suas características tem uma função específica e consequências importantes na performance, eficiência e vida útil do seu filtro.