PARÂMETROS DE PROJETO

Prévia do material em texto

PARÂMETROS DE PROJETO
Um dos principais aspectos do princípio de funcionamento do reator UASB é desenvolver e manter lodo de elevada atividade e de excelentes características de sedimentação.
Para garantir este aspecto, devemos levar em consideração os seguintes parâmetros de projeto:
Tempo de detenção hidráulica.
Carga orgânica volumétrica.
Velocidade ascendente do fluxo.
Sistema de distribuição do afluente.
Altura do reator.
Ao garantirmos o dimensionamento adequado destes parâmetros, teremos uma satisfatória eficiência de remoção de DBO e de DQO, da ordem de 65% a 75%.
Tempo de Detenção Hidráulica
O tempo de detenção hidráulica é o inverso da carga hidráulica volumétrica, que representa o volume de esgotos aplicados ao reator por unidade de volume do mesmo. Assim, o tempo de detenção hidráulica pode ser representado por:
Onde:
θh é o tempo de detenção hidráulica, expresso em dias.
CHV é a carga hidráulica volumétrica.
V é o volume do reator, expresso em m³.
Q é a vazão afluente ao reator, expressa em m³/d.
Na tabela abaixo são apresentados os tempos de detenção hidráulico a serem atendidos, conforme a temperatura:
Vale ressaltar que o tempo de detenção hidráulica mínimo é adotado para picos de vazão máxima, que não devem se prolongar por mais de 4 a 6 horas.
Tempos de detenção hidráulica inferiores aos apresentados na tabela acima podem causar os seguintes aspectos prejudiciais ao funcionamento do reator UASB:
Perda excessiva de biomassa do sistema, devido ao arraste do lodo com o efluente.
Redução da idade do lodo e, consequentemente, diminuição do grau de estabilização dos sólidos.
Possibilidade de falha do sistema, já que o tempo de permanência da biomassa no sistema poderá ser inferior ao seu tempo de crescimento.
Carga Orgânica Volumétrica
A carga orgânica volumétrica é a massa de matéria orgânica aplicada diariamente ao reator por unidade de volume do mesmo. Assim, podemos escrevê-la como:
Onde:
COV é a carga orgânica volumétrica, expressa em kg DBO/m³.d.
Q é a vazão afluente ao reator, expressa em m³/d.
S é a concentração do substrato afluente, expresso em kg DBO/m³.
V é o volume do reator, expresso em m³.
A partir da carga orgânica volumétrica, podemos determinar o volume do reator UASB. Tendo no caso:
Geralmente, a carga orgânica volumétrica de esgotos domésticos situa-se entre 2,5 e 3,5 kg DBO/m³.d.
Velocidade Ascendente do Fluxo
A velocidade ascendente do fluxo pode ser expressa como a vazão afluente por unidade da seção transversal do reator. Assim, podemos escrevê-la como:
Onde:
v é a velocidade ascendente do fluxo, expressa em m/h.
Q é a vazão afluente ao reator, expressa em m³/h.
A é a área da seção transversal do reator, expressa em m².
Também podemos escrevê-la como sendo a relação entre a altura do reator e o tempo de detenção hidráulica do mesmo:
Onde:
H é a altura do reator, em m.
V é o volume do reator, em m³.
θh é o tempo de detenção hidráulica, expresso em horas.
As velocidades ascendentes recomendadas para reatores UASB que tratem esgotos domésticos estão expressas na tabela a seguir:
O correto dimensionamento deste parâmetro acarreta em:
Melhor contato entre o substrato afluente e a biomassa.
Manutenção do tempo de detenção hidráulica.
Redução das possibilidades de curto-circuito.
Sistema de Distribuição do Afluente
O substrato afluente deve ser distribuído uniformemente na parte inferior dos reatores, garantindo um melhor contato deste com a biomassa, ou seja, menor ocorrência de zonas mortas no leito de lodo, para que seja obtida uma boa eficiência.
Esta distribuição equitativa é obtida através do uso de pequenos compartimentos, denominados compartimentos de distribuição, que alimentam, cada um, um tubo de distribuição, que leva o afluente até o fundo do reator.
Estes tubos de distribuição devem atender os seguintes requisitos:
Velocidade descendente do esgoto em cada tubo inferior a 0,2 m/s, de modo a propiciar que as bolhas de ar eventualmente arrastadas para dentro do tubo possam fazer o percurso ascensional. Este fator deve ser garantido, pois a presença de bolhas de ar no reator podem provocar aeração do lodo anaeróbio e podem gerar uma mistura potencionalmente explosiva com o biogás acumulado no separador trifásico.
Diâmetro entre 75 e 100 mm, de modo a evitar que os sólidos presentes no esgoto afluente provoquem a obstrução frequente do tubo.
Vale ressaltar, que é aconselhável que os tubos possuam bocais com diâmetros pequenos o suficiente para que seja favorecida uma maior velocidade de fluxo no fundo do reator, de modo a garantir uma boa mistura e um maior contato com o leito de lodo. Para esgotos domésticos, a utilização de diâmetros de 40 a 50 mm consegue garantir este quesito.
O número de tubos de distribuição é determinado através da relação entre a área da seção transversal do reator e a área de influência adotada para cada distribuidor. Assim, temos que:
Onde:
Nd é o número de tubos de distribuição.
A é a área da seção transversal do reator, expressa em m².
Ad é a área de influência de cada distribuidor, expressa em m².
Na tabela abaixo, são apresentadas as áreas de influência de cada distribuidor, em função do tipo de lodo e das cargas orgânicas aplicadas ao sistema.
Para esgotos domésticos, usualmente desenvolve-se no reator 	lodo do tipo floculento, com concentração média a elevada. Em relação às cargas orgânicas, estas são em geral de 1 a 3 kg DBO/m³.d. Portanto, deve-se ter uma área de influência em cada distribuidor entre 1 a 3 m³.
Altura do Reator
Para reatores que tratem de esgotos domésticos é recomendada que a altura deste seja de 3 a 6 m. Na tabela abaixo, é fornecida uma relação entre o tempo de detenção hidráulica e a velocidade ascendente para as alturas do reator de 3, 4, 5 e 6 m.
Vale ressaltar que deve ser garantida uma profundidade de 1,5 a 2,0 m para o compartimento de decantação, sendo esta uma diretriz básica para garantir que o lodo gerado neste compartimento, após a separação dos gases da mistura líquida, retorne ao compartimento de digestão.
VERIFICAÇÃO DOS PARÂMETROS DE PROJETO
Para realizar a verificação dos parâmetros de projeto, utilizamos os seguintes dados, previamente fornecidos:
	Dado
	Valor
	Diâmetro Interno
	2,5 m
	Altura
	5,0 m
	Área Superficial
	4,9 m²
	Volume Útil
	22 m³
	Número de Distribuidores
	3
	Vazão Afluente
	1,3 L/s = 4,68 m³/h = 112,32 m³/d
	Vazão em cada Tubo de Distribuição
	0,433 L/s = 1,56 m³/h = 37,44 m³/d
	Concentração de Substrato Afluente
	79,5 mg/L = 0,0795 kg/m³
Através dos dados fornecidos sobre as características do reator UASB do CESA, verificamos se o mesmo atende aos parâmetros de projeto, conforme tabela construída abaixo:
	Parâmetro
	Reator UASB – CESA
	Padrão
	Tempo de detenção hidráulico
	
	6 à 9 h (20 à 26º C)
	Carga Orgânica Volumétrica
	
	-
	Velocidade Ascendente
	
	0,5 – 0,7 m/h
	Diâmetro de cada Tubo de Distribuição
	60 mm
	75 – 100 mm
	Velocidade Descendente em cada Tubo de Distribuição
	
	< 0,2 m/s
	Área de Influência de cada Distribuidor
	
	1 – 3 m²
	Altura do Reator
	5 m
	3 – 6 m
As variáveis utilizadas na fórmula aplicada para a determinação da velocidade descendente em cada tubo de distribuição consistem em:
v é a velocidade descendente, expressa em m/s.
Q é a vazão do esgoto no tubo de distribuição, expressa em m³/s.
A é a área do tubo de distribuição, expressa em m².
D é o diâmetro do tubo de distribuição, expresso em m.
Não há um padrão restritivo de projeto para o parâmetro de Carga Orgânica Volumétrica. Entretanto, geralmente, o valor deste se situa entre 2,5 e 3,5 kg/m³.d.