VI-Gebara-Brasil-1
EFEITO DA REDUÇÃO DO DIÃMETRO INTERNO SOBRE A REMOÇÃO DA
DBO E DQO EM REATORES AERÓBIOS DE LEITO FLUIDIZADO EM TUBOS
CONCÊNTRICOS.
Dib Gebara (1)
Engenheiro Civil, Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento
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Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade
de Engenharia de Ilha Solteira - UNESP..
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Milton Dall’Aglio Sobrinho (2)
Engenheiro Civil, Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento
Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Civil da
Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira - UNESP.
Pedro Alem Sobrinho (3)
Professor Titular do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica
Universidade de São Paulo
Endereço (1): Alameda Bahia, 550 - Centro – Ilha Solteira – São Paulo – Departamento de
Engenharia Civil/UNESP – CEP: 15385-000 - Brasil - Tel.: (18) 3743-1206 - Fax: (18) 3743-1137 e-Mail: [email protected]
RESUMO
Os reatores de leito fluidizado empregam biomassa aderida a uma partícula sólida permitindo que
operem com tempos de detenção hidráulica muito curtos, da ordem de 3 horas. Isso permite que
estes dispositivos necessitem de uma pequena aérea em planta para sua locação. Os reatores são
constituídos de dois tubos concentricos formando duas regiões distintas, a de fluxo ascendente
(riser).e uma região anular, de fluxo descendente. A diferença de massa específica entre as duas
regiões, ocasionada pela injeção de ar no riser é a força motriz para o escoamento. A bancada
experimental está locada junto a estação elevatória de esgoto de Ilha Solteira-SP. Possui dois
reatores confeccionados em PVC com 6 e 12 metros de altura. Para este trabalho foi realizada a
redução do diâmetro interno de subida de fluxo no reator de 6m de altura, de 200mm para 100mm,
portanto para o estudo do efeito da redução do diâmetro do tubo interno sobre a remoção da DBO e
DQO, foram apenas considerados os dados retirados com o reator de 6m. Os reator funcionou com
TDH = 3 h, com uma concentração de areia de 100g/L. As diferenças entre a DBO efluente bruta e
filtrada, observadas no resumo estatístico, nas duas configurações, evidenciam em primeiro lugar
que o sistema separador funcionou melhor na configuração 250-100 do que na 250-200,
possivelmente devido a condições hidrodinâmicas mais favoráveis para limitar a espessura do
biofilme na configuração 250-100. Por outro lado, essas mesmas condições, aliadas a uma menor
vazão de ar, limitaram o resultado do tratamento, levando a maiores concentrações de DBO filtrada
no efluente da configuração 250-100. A nova relação de diâmetros do reator melhorou o
comportamento de sedimentabilidade do lodo, pois como se nota no resumo estatístico para a
DQO, o efluente bruto melhorou sensivelmente, e o filtrado manteve-se nos mesmos padrões,
diminuindo assim a diferença da DQO entre os efluentes bruto e filtrado.
PALAVRAS CHAVE:
Biofilme; Reator aeróbio; Leito Fluidizado, DQO, DBO
INTRODUÇÃO
Os reatores aeróbios de leito fluidizado vêm apresentando grande potencial para o tratamento de
esgoto industrial e doméstico.
O fato desses dispositivos empregarem biomassa aderida a uma partícula sólida, com formação de
uma fina camada chamada biofilme, permite a sua operação com baixos tempos de detenção
hidráulica. Outro aspecto positivo a ser relatado é sobre sua geometria compacta.
Geralmente esses dispositivos necessitam de uma pequena área para sua locação e esta
característica torna sua adoção muito atrativa principalmente nos grandes centros, onde muitas
vezes, a escassez de área torna muito problemática a adoção de plantas convencionais de
tratamento.
Os reatores de leito fluidizado com circulação apresentam uma complexa relação de condições
hidrodinâmicas e biológicas, cuja otimização ainda depende do desenvolvimento de modelagem
adequada. Embora não existam modelos que considerem simultaneamente estas relações que
possam ser utilizados como ferramenta útil de projeto, há diversos relatos na literatura que
permitem situar esse tipo de reatores como alternativa válida para tratamento compacto e eficiente
de esgotos sanitários (GEBARA et al. 2001).
Heijnen et al., (1997), baseou seu modelo sobre reatores em escala reduzida na tentativa de
reproduzir o comportamento em escalas industriais.Os resultados do monitoramento com TDH de 3
horas indicaram boas remoções, em termos de DBO conforme dados de Gebara et al, 2001.
Entretanto, o efluente do reator apresentava sólidos suspensos de difícil sedimentação.
Visando resolver esses problemas foi proposta a redução do diâmetro do tubo interno para 0,10m.
O aumento da zona anular de descida irá melhorar as condições de ressuspensão e diminuir as
instabilidades do leito em baixas velocidades de circulação. No tubo interno, o menor diâmetro
tende a ser mais eficiente para provocar as velocidades de circulação, conforme resultados de
Ruggeri (2002).
MATERIAIS E MÉTODOS
A bancada experimental está locada junto a estação elevatória de esgoto de Ilha solteira-SP.
Possui dois reatores confeccionados em PVC com 6 e 12 metros de altura.
Para este trabalho foi realizada a redução do diâmetro interno de subida de fluxo no reator de 6m
de altura, de 200mm para 100mm, portanto para o estudo do efeito da redução do diâmetro do tubo
interno sobre a remoção da DBO e DQO, foram apenas considerados os dados retirados com o
reator de 6m. Os demais componentes, como sistema de injeção de ar e alimentação,
permaneceram os mesmos como proposto por Gebara et al, 2001.
Os reator funcionou com TDH = 3 h, com uma concentração de areia de 100g/L. Para a
caracterização do esgoto afluente e efluente dos reatores foram realizadas análises de DBO e DQO
bruta e filtrada, de acordo com “Standart Methods for Examination of Water and Wastwater “
(APHA, AWWA & WPCF, 1998)
RESULTADOS
A figura 1 apresenta os resultados do monitoramento da DBO durante a avaliação do R6 com a
configuração 250-100.
Concentração DBO (mg/l)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1/9
8/9
15/9
22/9
29/9
6/10
Afluente
13/10
20/10
27/10
Efluente bruto
3/11
10/11
17/11
24/11
Efluente filtrado
Figura 1: DBO de entrada (bruta) e de saída (bruta e filtrada), no R6 configuração 250100
Ao comparar a DBO bruta e filtrada, nota-se que seus valores não apresentam grandes variações
ao longo do tempo. No entanto, as diferenças entre DBO bruta e filtrada mostram que o
carreamento de sólidos com o efluente para fora do reator foi significativo.
Normalmente, no ato das determinações analíticas não se notava diferença expressiva entre o
efluente filtrado e o bruto.
Foi observada uma sensível piora no aspecto visual do efluente por volta de 30/9, fato este que
pode estar relacionado com o aumento da biomassa suspensa, a qual compete com o biofilme e
provoca a diminuição de sua espessura. Além disso a biomassa suspensa revelou-se de baixa
sedimentabilidade e não era totalmente retida no decantador, ocasionando um efluente
visivelmente mais escuro.
Essa pior qualidade se percebe ao notar a distância entre as concentrações obtidas de DBO bruta e
filtrada nas determinações subseqüentes entre 6/10 e 13/10.
A DBO bruta e a filtrada tiveram uma remoção média de 88% e 96%, respectivamente. Os
resultados do monitoramento da DQO são apresentados na figura 2.
Concentração DQO (mg/l)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
1/9
8/9
15/9
22/9
29/9
Entrada bruta
6/10
13/10
20/10
Efluente bruto
27/10
3/11
10/11
17/11
24/11
Efluente filtrado
Figura 2: DQO de entrada (bruta) e de saída (bruta e filtrada), no R6 configuração 250-100
A DQO efluente apresentou valores aproximadamente constantes em todo o período,
principalmente a DQO filtrada. Apesar do reator ter sofrido uma mudança na vazão de ar não foi
possível notá-la nos resultados da DQO. A DQO média no período de monitoramento foi de 50mg/l
e 31mg/l, com desvio padrão de 15mg/l e 4mg/l para o efluente bruto e filtrado, respectivamente. A
eficiência de remoção no período foi de 91% e 94% para a DQO bruta e filtrada, respectivamente.
A tabela 1 reúne dados estatísticos básicos das séries de dados de DBO, bem como o resultado
dos testes de significância para as diferenças entre médias das configurações 250-200 e 250-100.
As duas primeiras colunas apresentam os valores afluentes brutos (A200BR e A100BR), sendo a
numeração referente ao diâmetro interno da configuração. A seguir os valores efluentes brutos das
duas configurações (E200BR e E100BR) e nas duas últimas colunas os valores da DBO efluente
filtrada (E200Filtr e E100Filtr).
Tabela 1: Estatísticas básicas e teste de significância das diferenças entre médias de DBO
A200Br A100Br
Num. Dados
Média Amostral (mg/l)
Desvio Padrão (mg/l)
E200Br
10
17
11
281
306
32
29
49
7
Interv. Confiança Média (95%)
Inferior (mg/l)
263
283
27
Superior (mg/l)
300
330
36
Teste T: Ho = médias iguais
variável t =
1,435
t limite (95%) =
2,060
Rejeita Ho ?
NÃO
Teste F: Ho = médias iguais
F=
2,059
Fmax (95%) =
4,24
Rejeita Ho ?
NÃO
E100Br
E200Filtr
E100Filtr
19
35
12
10
5
3
17
13
5
30
41
3
6
10
15
0,834
2,048
NÃO
0,696
4,20
NÃO
4,501
2,060
SIM
20,3
4,24
SIM
Observa-se na tabela 1 que a média amostral da DBO afluente foi ligeiramente maior durante o
ensaio da configuração 250-100, mas a diferença não foi significativa ao nível de 95%. O mesmo
pode ser dito em relação ao efluente bruto, em que a média passou de 32mg/l para 35mg/l, uma
diferença não significativa ao nível de 95% de confiança. No caso da DBO filtrada houve um piora
estatisticamente significativa, com a média passando de 5mg/l para 13mg/l.
As diferenças entre a DBO efluente bruta e filtrada nas duas configurações evidenciam em primeiro
lugar que o sistema separador funcionou melhor na configuração 250-100 do que na 250-200,
possivelmente devido a condições hidrodinâmicas mais favoráveis para limitar a espessura do
biofilme na configuração 250-100. Por outro lado, essas mesmas condições, aliadas a uma menor
vazão de ar, limitaram o resultado do tratamento, levando a se encontrar maiores concentrações de
DBO filtrada no efluente da configuração 250-100.
As Figuras 3 e 4 apresentam gráficos tipo “box-plot” em que podem ser visualizados os
comportamentos das séries de dados de DBO.
DBO Bruta Afluente
440
400
DBO ( mg/l )
360
320
280
Máximo
Mínimo
75%
25%
Mediana
240
200
A200BR
A100BR
Figura 3: DBO bruta afluente aos ensaios com as duas configurações
DBO efluente
65
55
DBO ( mg/l )
45
35
25
15
5
-5
E200BR
E100BR
E200FILT
E100FILT
Máximo
Mínimo
75%
25%
Mediana
Figura 4: DBO bruta e filtrada efluente dos ensaios com as duas configurações
O mesmo tratamento de dados foi realizado para as séries de DQO obtidas nos ensaios com as
configurações 250-200 e 250-100. Os principais dados estatísticos das séries e os testes de
significância para igualdade entre as médias são apresentados na tabela 2.
Tabela 2: Estatísticas básicas e teste de significância das diferenças entre médias de DQO
A200Br
A100Br
E200Br
E100Br
E200Filtr E100Filtr
Num. Dados
Média Amostral (mg/l)
Desvio Padrão (mg/l)
11
16
11
611
561
112
96
97
31
Interv. Confiança Média (95%)
16
50
15
10
31
5
14
31
4
Inferior (mg/l)
Superior (mg/l)
554
668
513
94
608
131
Teste T: Ho = médias iguais
43
57
28
34
29
33
1,328
2,060
NÃO
Teste F: Ho = médias iguais
7,012
2,060
SIM
0,029
2,074
NÃO
49,163
4,24
SIM
0,001
4,30
NÃO
variável t =
t limite (95%) =
Rejeita Ho ?
F=
Fmax (95%) =
Rejeita Ho ?
1,764
4,24
NÃO
Segundo a tabela 2 a média da DQO afluente foi maior durante o ensaio da configuração 250-200,
invertendo-se a situação observada com a DBO. A diferença, entretanto, não é suficientemente
grande em relação ao desvio padrão das amostras para que as médias possam ser consideradas
diferentes, com intervalo de confiança de 95%.
A DQO efluente bruta foi mais de duas vezes maior na configuração 250-200, ao passo que a DQO
efluente filtrada foi igual nas duas configurações do reator.
A configuração 250-100 apresentou bom desempenho hidrodinâmico, além de boa eficiência no
tratamento, pois além da remoção obteve-se regularmente um efluente bastante clarificado,
fornecendo portanto, maior qualidade no efluente bruto.
As Figuras 5 e 6 apresentam gráficos tipo “box-plot” em que podem ser visualizados os
comportamentos das séries de dados de DQO.
DQO Bruta Afluente
800
750
700
DQO (mg/l)
650
600
550
500
450
400
350
A200BR
A100BR
Máximo
Mínimo
75%
25%
Mediana
Figura 5: Ensaios com DQO bruta afluente das duas Configurações
A nova relação de diâmetros do reator melhorou o comportamento de sedimentabilidade do lodo,
pois como se nota na figura 10.20 o efluente bruto melhorou sensivelmente, e o filtrado manteve-se
nos mesmos padrões, diminuindo assim a diferença da DQO entre os efluentes bruto e filtrado.
DQO Efluente
180
160
140
DQO (mg/l)
120
100
80
60
40
20
0
E200BR
E100BR
E200FILT
E100FILT
Máximo
Mínimo
75%
25%
Mediana
Figura 6: Efluente dos ensaios de DQO bruta e filtrada com as duas configurações
CONCLUSÕES
As diferenças entre a DBO efluente bruta e filtrada, observadas no resumo estatístico, nas duas
configurações, evidenciam em primeiro lugar que o sistema separador funcionou melhor na
configuração 250-100 do que na 250-200, possivelmente devido a condições hidrodinâmicas mais
favoráveis para limitar a espessura do biofilme na configuração 250-100. Por outro lado, essas
mesmas condições, aliadas a uma menor vazão de ar, limitaram o resultado do tratamento, levando
a maiores concentrações de DBO filtrada no efluente da configuração 250-100.
A nova relação de diâmetros do reator melhorou o comportamento de sedimentabilidade do lodo,
pois como se nota no resumo estatístico para a DQO, o efluente bruto melhorou sensivelmente, e o
filtrado manteve-se nos mesmos padrões, diminuindo assim a diferença da DQO entre os efluentes
bruto e filtrado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. APHA, AWWA and WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater,
Ed. 20, Washington, D.C., 1998.
2. GEBARA, D.; DALL’AGLIO SOBRINHO, M.; CARVALHO JR, O.; GARCIA, J.R. Desempenho
de reatores aeróbios de leito fluidizado na remoção de carga orgânica de esgoto doméstico. In:
21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. João Pessoa - PB, 2001.
3. HEIJNEN, J.J.; HOLS, J.; VAN DER LANS, R.G.J.M.; VAN LEEUWEN, H.L.J.M.; MULDER, A.;
WELTEVREDE, R. A simple hydrodynamic model for the liquid circulation velocity in a full-scale
two-and three-phase internal airlift reactor operating in the gas recirculation regime. Chemical
Engineering Science, v.52, p. 2527-2540, 1997.
4. RUGGERI JR., H.C. Hidrodinâmica de reatores aeróbios de leito fluidizado com circulação em
tubos concêntricos. Ilha Solteira: UNESP/FEIS, 2002, 113p. Dissertação de Mestrado.
Agradecimentos. – À FAPESP, FUNDUNESP pelo apoio financeiro e PREFEITURA MUNICIPAL
DE ILHA SOLTEIRA por ceder o local para a realização do experimento.
XXX CONGRESO DE LA ASOCIACIÓN INTERAMERICANA DE
INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL (AIDIS)
FORMULARIO PARA INSCRIPCIÓN DE TRABAJO ACEPTADO
F2
Número de Registro (igual al del resumen): IV-Gebara-Brasil-1
TÍTULO DEL TRABAJO
EFEITO DA REDUÇÃO DO DIÃMETRO INTERNO SOBRE A REMOÇÃO DA DBO E DQO
EM REATORES AERÓBIOS DE LEITO FLUIDIZADO EM TUBOS CONCÊNTRICOS
FORMA DE PRESENTACIÓN ACEPTADA (decisión de AIDIS)
Exposición Oral
[
]
Autor(es) Señalar con * al principal
1.Dib Gebara *
2.Milton Dall” Aglio Sobrinho
3.Pedro Alem sobrinho
4.
5.
6.
Exposición Cartel (póster)
[X]
Institución o Empresa
FEIS- UNESP
FEIS- UNESP
USP
Equipos disponibles para presentación oral: Proyector de Transparencias (filminas o acetatos), un
proyector de data (PowerPoint) y la pantalla.
DIRECCIÓN PARA CORRESPONDENCIA (autor principal)
Nombre: Dib Gebara
Institución o Empresa: Faculdade de Engenharia - UNESP
Dirección:Alameda Bahia 550
Colonia:Centro
Código Postal: 15385-000
Ciudad/Urb.:Ilha Solteira
Estado:São Paulo
País:Brasil
Teléfono:55 00
18
37431206
FAX:
E-mail:[email protected]
COMPROMISOS DE LOS AUTORES
Las instrucciones para la preparación del trabajo completo fueron seguidas por los
autores para trabajos orales y para carteles (pósters).
[ X] Sí
[ ] No
Al menos uno de los autores se compromete a asistir al Congreso con inscripción
pagada. De no hacerlo antes del 30 de septiembre de 2006, el trabajo será
retirado del programa y del disco compacto (Memorias del Congreso). Se requiere
realizar el trámite y pago de inscripción antes de esa fecha.
Firma(s) de los autor(es)
1.
4.
2.
5.
3.
6.
Lugar:
Fecha:
Utilizar el formulario (F2) para cada trabajo aceptado. Anexarlo al texto del trabajo y enviar ambos
documentos (en un solo archivo electrónico - Word) al Comité Técnico del XXX Congreso de AIDIS
([email protected]), antes del 16 de septiembre de 2006