O filtro de carvão ativado granular (CAG) é amplamente utilizado para remoção de cloro livre, compostos organoclorados (THMs), pesticidas, solventes, sabor, odor e matéria orgânica dissolvida. É um equipamento essencial no pré-tratamento de sistemas de osmose reversa e troca iônica, onde o cloro livre causaria danos irreversíveis às membranas e resinas.
Mecanismo de Ação: Adsorção
O carvão ativado funciona por adsorção — os contaminantes se fixam à superfície interna do grânulo de carbono, que tem área superficial enorme: 800 a 1.500 m²/g.
Três forças atuam na adsorção:
- Forças de van der Waals — responsável pela atração de moléculas orgânicas apolares
- Adsorção específica — compostos com estrutura aromática (THMs, benzenos) se adsorvem preferencialmente
- Intercâmbio iônico — em menor grau, para alguns metais e compostos catiônicos
O cloro é removido principalmente por reação química (não adsorção):
C + 2Cl₂ + 2H₂O → CO₂ + 4HCl
Finalidade do Filtro: Cloro vs. Matéria Orgânica
A taxa de filtração correta depende de para que o carvão é usado:
| Finalidade | Taxa de filtração | Tempo de contato (EBCT) |
|---|---|---|
| Remoção de cloro livre | Até 20 m/h | 2–4 minutos |
| Remoção de matéria orgânica / THMs | Até 10 m/h | 8–15 minutos |
| Remoção de pesticidas / micropoluentes | 5–7 m/h | 15–30 minutos |
EBCT (Empty Bed Contact Time) é o tempo de contato da água com o leito: EBCT (min) = Volume do leito (L) ÷ Vazão (L/min)
Passo a Passo do Dimensionamento
1. Defina a finalidade
Remoção de cloro: taxa até 20 m/h (2 vezes mais rápido que para orgânicos) Remoção de matéria orgânica/THM: taxa até 10 m/h (EBCT ≥ 8 min)
2. Calcule a área filtrante mínima
Área (m²) = Vazão (m³/h) ÷ Taxa de filtração (m/h)
3. Selecione o tanque FRP
Com a área calculada, escolha o tanque da tabela abaixo:
| Modelo | Área (m²) | Remoção de cloro (L/h) | Remoção de MO (L/h) | Carvão (kg) |
|---|---|---|---|---|
| 10×44 | 0,0523 | 1.046 | 523 | 17,6 |
| 12×48 | 0,0745 | 1.490 | 745 | 27,1 |
| 16×65 | 0,1320 | 2.641 | 1.320 | 66,4 |
| 21×62 | 0,2299 | 4.597 | 2.299 | 107,7 |
| 24×72 | 0,2971 | 5.941 | 2.971 | 165,2 |
| 30×72 | 0,4632 | 9.265 | 4.632 | 249,0 |
4. Verifique o EBCT
Volume do leito (L) = Área (m²) × Altura do leito (m) × 1000
A altura do leito de carvão é geralmente 60–70% do comprimento interno do tanque.
EBCT (min) = Volume do leito (L) ÷ [Vazão (L/h) ÷ 60]
Se o EBCT for menor que o necessário, escolha um tanque maior ou instale dois em série.
Especificação do Carvão Ativado Granular
Principais parâmetros a especificar:
- Granulometria: 8×30 mesh (0,6–2,4 mm) — padrão para filtros pressurizados
- Número de iodo (mgI₂/g): ≥ 900 — indica capacidade de adsorção
- Número de azul de metileno: ≥ 180 mg/g — indica adsorção de moléculas maiores
- Umidade: < 5% (base seca)
- Material-base: carvão de casca de coco (recomendado para água potável) ou carvão mineral
Retrolavagem do Filtro de Carvão
A retrolavagem remove sólidos retidos, mas não regenera a capacidade de adsorção:
- Taxa de retrolavagem: 30–40 m/h
- Duração: 10–15 minutos
- Expansão do leito: 30–50%
- Frequência: a cada 24–72 horas de operação
Após a retrolavagem, o leito leva 15–30 minutos para se estabilizar (formação de headloss).
Vida Útil e Indicadores de Saturação
O carvão está saturado quando:
- Cloro livre residual aparece na saída (fim da capacidade de descloro)
- Condutividade do permeado de OR aumenta (indicando passagem de orgânicos que antes eram adsorvidos)
- Análise de TOC mostra aumento no efluente do filtro de carvão
- Odor ou gosto são percebidos na saída
Tempo estimado de troca: para remoção de cloro, calcule com base no volume tratado total e a capacidade de adsorção de cloro do carvão especificado (disponível no laudo técnico do fabricante, em mg Cl₂ / g carvão).