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Título: Análise hidrodinâmica e de remoção orgânica de reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (uasb) submetido a sobrecarga hidráulica
Autor(es): Godinho, Jayson Pereira
Orientador(es): Arantes, Eudes José
Kreutz, Cristiane
Palavras-chave: Traçadores radioativos em bioquímica
Hidráulica
Águas residuais - Purificação - Tratamento biológico
Radioactive tracers in biochemistry
Hydraulics
Sewage - Purification - Biological treatment
Data do documento: 2015
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Referência: GODINHO, Jayson Pereira. Análise hidrodinâmica e de remoção orgânica de reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (uasb) submetido a sobrecarga hidráulica. 2015. 69 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2015.
Resumo: O objetivo deste trabalho de conclusão de curso foi avaliar a eficiência e o comportamento hidrodinâmico de reator UASB, com volume útil de 21 L, submetido a variação de carga hidráulica. O reator foi operado com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 8 e 4 h e mantido a temperatura ambiente. Para análise do comportamento do reator foram realizados 2 perfis de amostragem temporal, com intervalos de 3 h entre as coletas em período de 24 h, em cada condição operacional, na qual foram realizadas análises físico-químicas para determinação dos parâmetros, temperatura do líquido, pH, demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio, alcalinidade, ácidos voláteis, sólidos totais e sólidos suspensos. O comportamento hidrodinâmico do reator foi avaliado através de ensaios de estímulo-resposta tipo pulso, utilizando o traçador eosina Y, para obtenção da curva de variação de concentração do traçador ao longo do tempo (C(t)). A média de DBO5,20 no afluente foi de 406 mg.L-1 e no efluente foi de 201 mg.L-1 (TDH de 8 h) e de 438 mg.L-1 e 235 mg.L-1 (TDH de 4 h), para o afluente e efluente, respectivamente, com eficiência média de remoção de 52% (TDH de 8 h) e de 46% (TDH de 4 h), ou seja, redução de 11%. Quanto à DQO, os resultados apontaram eficiência de remoção de 50% (TDH de 8 h) e 46% (TDH de 4 h), indicando redução de 8%. As concentrações médias de ST foram de 657 mg.L-1 e 748 mg.L-1 no afluente e de 289 mg.L-1 e 383 mg.L-1 no efluente para TDH de 8 e 4 h, respectivamente, com eficiência média de remoção de 54% (TDH de 8 h) e de 49% (TDH de 4h). As concentrações médias de SST foram de 242 mg.L-1 e 253 mg.L-1 no afluente e de 126 mg.L-1 e 131 mg.L-1 no efluente para TDH de 8 e 4 h, respectivamente, com eficiência média de remoção de 49% (TDH de 8 h) e de 48% (TDH de 4 h). Em relação aos ensaios hidrodinâmicos, foram verificados adiantamento do pico de concentração do traçador para o TDH de 8 h (em 2,25 h) e de 4 h (em 3 h), assim como lento decaimento dessa concentração ao longo do tempo nas condições avaliadas, indicando o fenômeno de cauda longa, que pode ser originado pela difusão do traçador nas zonas mortas do reator e sua lenta liberação no efluente. O modelo matemático teórico que melhor se ajustou ao experimental foi o de tanques de mistura completa em série (N-CSTR), que resultou em 2 reatores para TDH de 8 h e 3 reatores para TDH de 4 h. O coeficiente de correlação médio do modelo N-CSTR para TDH de 8 e 4 h foi de 0,957 e 0,970, respectivamente. O valor do número de Reynolds foi de 0,77 para TDH de 8 h e de 1,5 para TDH de 4 h. Em relação ao volume de zonas mortas, foram obtidos valores médios de 12,5% (TDH de 8 h) e de - 25 % (TDH de 4 h) do volume útil (21 L) do reator. Na operação com TDH de 8 h foi verificada presença de curtos-circuitos hidráulicos (Ψ médio de 0,34). A eficiência hidráulica foi caracterizada como insatisfatória (médio de 0,45) para TDH de 8 h, mas satisfatória para TDH de 4 h (médio de 0,83).
Abstract: The objective of this course conclusion work was to evaluate the efficiency and the hydrodynamic behavior of UASB reactor with a volume of 21 L, subjected to varying hydraulic load. The reactor was operated with hydraulic retention time (HRT) of 8 and 4 h and kept at room temperature. For reactor behavior analysis were performed 2 temporal sampling profiles at intervals of 3 hours between collections with a 24 hour period at each operating condition in which were performed physicochemical analysis to determine the parameters of the liquid temperature, pH, chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand, alkalinity, volatile acids, total suspended solids and solids. The hydrodynamic behavior of the reactor was measured by a stimulus-response pulse test, using the eosin Y plotter to obtain the tracer concentration variation curve over time (C (t)). The average influent was BOD 406 mg.L-1 and the effluent was 201 mg.L-1 (HRT of 8 h) and 438 mg.L-1 to 235 mg.L-1 (HRT of 4 h) for the influent and effluent, respectively, with an average removal efficiency of 52% (HRT of 8 h) and 46% (HRT of 4 h), or 11% reduction. As for COD, the results showed 50% removal efficiency (HRT of 8 h) and 46% (HRT of 4 h), indicating a reduction of 8%. The mean concentration of ST was 657 mg.L-1 and 748 mg.L-1 in the influent and 289 mg.L-1 to 383 mg.L-1 effluent for HRT of 8 and 4 hrs, respectively, average removal efficiency of 54% (HRT of 8 h) and 49% (HRT of 4 h). The mean concentrations were 242 TSS mg.L-1 and 253 mg.L-1 in the influent and 126 mg.L-1 to 131 mg.L-1 effluent for HRT of 8 and 4 h, respectively, average removal efficiency of 49% (HRT of 8 h) and 48% (HRT of 4 h). Regarding the hydrodynamic testing were verified advance peak tracer concentration with HRT of 8 hours (2.25 h) and 4 h (3 h) and slow decay of the concentration over time under the conditions evaluated, indicating the long tail phenomenon, which can be caused by the diffusion of the tracer in the dead zones of the reactor and its slow release in the effluent. The theoretical mathematical model that best fit the experimental had the complete mixing tanks in series (N-CSTR), which resulted in two reactors for HRT of 8 h and 3 reactors for HRT of 4 h. The average correlation coefficient of the N-CSTR model for HRT of 8 and 4 hours was 0.957 and 0.970, respectively. The value of the Reynolds number was 0.77 to HRT of 8 h and 1.5 h to HRT of 4 h. In relation to the volume of dead zones were obtained average values of 12.5% (HRT of 8 hours) and -25% (HRT of 4 hours) the useful volume (21 L) reactor. In operation with HRT of 8 h was verified presence of hydraulic short circuits (Ψ average of 0.34). The hydraulic efficiency has been characterized as poor (average of 0.45) for HRT of 8 hours, but satisfactory for HRT of 4 h (average of 0.83).
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5842
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