Estudo do comportamento hidrodinâmico de uma nova proposta de configuração interna para reator UASB

Abstract

Com a crescente aplicação de reatores UASB no tratamento de efluentes, tornou-se necessário o melhor entendimento dos aspectos hidrodinâmicos, visto que a maioria dos estudos aborda somente a eficiência de remoção de matéria orgânica, sólidos e outros parâmetros, sendo escassas as informações sobre as características de fluxo deste sistema. Este trabalho apresenta os ensaios hidrodinâmicos e a análise dos parâmetros físico-químicos realizados na partida de um protótipo de reator UASB circular, que apresenta uma proposta de configuração interna, em relação aos separadores de fase, que busca uma melhor eficiência na remoção de sólidos. A proposta de projeto para a configuração interna consiste em adotar uma maior área de abertura de passagem da câmara de decantação, a fim de se obter menores velocidades de passagem. O protótipo apresenta três aberturas da câmara de decantação que foram numeradas de baixo para cima de 1 a 3. Na etapa 1 do estudo, operando com água, utilizou-se um traçador salino para determinar as velocidades de fluxo, internas à câmara de decantação, utilizando-se para isso, duas sondas de condutividade disposta a uma distância conhecida. Os resultados obtidos foram velocidades ascensionais médias de 1,33 m/h, 1,36 m/h e 1,23 m/h e velocidade de entrada na decantação de 1,99 m/h, 0,52 m/h e 0,36 m/h, para as aberturas 1, 2 e 3 respectivamente. Já na etapa II, com a partida do reator, foram realizados ensaios de estímulo-resposta para obter as curvas de distribuição do tempo de residência (DTR), e a partir destas, o tempo de residência médio, cujo valor obtido foi de 10,48 h; e o coeficiente de mistura igual a d = 0,124, o que caracteriza como um sistema de fluxo disperso. Também nesta etapa, foram realizadas análises físico-químicas do reator ao longo de 100 dias iniciais de operação; cujos resultados médios de eficiência, considerando-se o período de estabilidade, foram 65,7% e 70,3%, para DQO e SST.

The increasing application of UASB reactors for wastewater treatment requires better understanding of their hydrodynamic variables. Most studies have focused on contaminant removal, with less attention being given to the hydraulic characteristics of the flows. This research presents results from essays performed on a prototype UASB reactor with a new configuration for the gas-liquid-solid phase separator. The proposed configuration seeks to improve suspended solids removal by providing a larger area passage from the digestion to the clarification zone. The phase separator has three openings. In the first stage of the research, the reactor operated with clean water, spiked with salt. Two probes located at fixed distance monitored conductivity, allowing for velocity estimations within the clarifier and through the openings. The estimated velocities within the clarifiers were 1,33 m/h, 1,36 m/h, and 1,23 m/h, while velocities at the openings one, two, and three were 1,99 m/h, 0,52 m/h, and 0,36 m/h, respectively. In the second stage of the experiments, tracer response essays were performed to determine the Residence Time Distribution Curves, Mean Residence Time (MRT), and the Dispersion Number (d). The calculated MRT and d values were 10,48 h and 0,124, respectively. The dispersion number characterized moderate dispersion. In the second stage of the experiments, the prototype UASB reactor operated receiving effluent from a fullscale UASB reactor. Chemical oxygen demand (COD) and suspended solids (SS) were monitored during 100 days. Considering the period the reactor operated under steady conditions, COD and SS removals reached 65,7% and 70,3%. These values are in accordance with the expected removal efficiencies referred in the literature.