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.

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1 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 Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade Aplicar de Engenharia de Ilha Solteira - UNESP.. Milton Dall Aglio Sobrinho (2) Foto 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, Centro Ilha Solteira São Paulo Departamento de Engenharia Civil/UNESP CEP: Brasil - Tel.: (18) Fax: (18) dib@dec.feis.unesp.br 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 do que na , possivelmente devido a condições hidrodinâmicas mais favoráveis para limitar a espessura do biofilme na configuração 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 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

2 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, 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, 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)

3 RESULTADOS A figura 1 apresenta os resultados do monitoramento da DBO durante a avaliação do R6 com a configuração Concentração DBO (mg/l) /9 8/9 15/9 22/9 29/9 6/10 13/10 20/10 27/10 3/11 10/11 17/11 24/11 Afluente Efluente bruto Efluente filtrado Figura 1: DBO de entrada (bruta) e de saída (bruta e filtrada), no R6 configuração 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 Concentração DQO (mg/l) /9 8/9 15/9 22/9 29/9 6/10 13/10 20/10 27/10 3/11 10/11 17/11 24/11 Entrada bruta Efluente bruto Efluente filtrado Figura 2: DQO de entrada (bruta) e de saída (bruta e filtrada), no R6 configuração

4 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 e 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 E200Br E100Br E200Filtr E100Filtr Num. Dados Média Amostral (mg/l) Desvio Padrão (mg/l) Interv. Confiança Média (95%) Inferior (mg/l) Superior (mg/l) Teste T: Ho = médias iguais variável t = 1,435 0,834 4,501 t limite (95%) = 2,060 2,048 2,060 Rejeita Ho? NÃO NÃO SIM Teste F: Ho = médias iguais F = 2,059 0,696 20,3 Fmax (95%) = 4,24 4,20 4,24 Rejeita Ho? NÃO NÃO SIM Observa-se na tabela 1 que a média amostral da DBO afluente foi ligeiramente maior durante o ensaio da configuração , 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 do que na , possivelmente devido a condições hidrodinâmicas mais favoráveis para limitar a espessura do biofilme na configuração 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 As Figuras 3 e 4 apresentam gráficos tipo box-plot em que podem ser visualizados os comportamentos das séries de dados de DBO.

5 440 DBO Bruta Afluente DBO ( mg/l ) A200BR A100BR Máximo Mínimo 75% 25% Mediana Figura 3: DBO bruta afluente aos ensaios com as duas configurações 65 DBO efluente DBO ( mg/l ) 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 e Os principais dados estatísticos das séries e os testes de significância para igualdade entre as médias são apresentados na tabela 2.

6 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) Interv. Confiança Média (95%) Inferior (mg/l) Superior (mg/l) Teste T: Ho = médias iguais variável t = 1,328 7,012 0,029 t limite (95%) = 2,060 2,060 2,074 Rejeita Ho? NÃO SIM NÃO Teste F: Ho = médias iguais F = 1,764 49,163 0,001 Fmax (95%) = 4,24 4,24 4,30 Rejeita Ho? NÃO SIM NÃO Segundo a tabela 2 a média da DQO afluente foi maior durante o ensaio da configuração , 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 , ao passo que a DQO efluente filtrada foi igual nas duas configurações do reator. A configuração 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. 800 DQO Bruta Afluente DQO (mg/l) A200BR A100BR Figura 5: Ensaios com DQO bruta afluente das duas Configurações Máximo Mínimo 75% 25% Mediana

7 A nova relação de diâmetros do reator melhorou o comportamento de sedimentabilidade do lodo, pois como se nota na figura 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. 180 DQO Efluente DQO (mg/l) 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 do que na , possivelmente devido a condições hidrodinâmicas mais favoráveis para limitar a espessura do biofilme na configuração 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 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., 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, 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 , 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.

8 XXX CONGRESO DE LA ASOCIACIÓN INTERAMERICANA DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL (AIDIS) FORMULARIO PARA INSCRIPCIÓN DE TRABAJO ACEPTADO Número de Registro (igual al del resumen): IV-Gebara-Brasil-1 F2 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 [ ] Exposición Cartel (póster) [X] Autor(es) Señalar con * al principal Institución o Empresa 1.Dib Gebara * FEIS- UNESP 2.Milton Dall Aglio Sobrinho FEIS- UNESP 3.Pedro Alem sobrinho 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: Ciudad/Urb.:Ilha Solteira Estado:São Paulo País:Brasil Teléfono: FAX: dib@dec.feis.unesp.br 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) 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 (aidis2006@personas.com.uy), antes del 16 de septiembre de 2006

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