Estudo comparativo da determinação experimental .Estudo comparativo da determinação experimental

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  • Luiz Guilherme Abreu de Paula*/Adrianus Cornelius van Haandel/ Heraldo Antunes Silva Filho/ Geilza Alves Porto

    Estudo comparativo da determinao experimental das constantes de sedimentabilidade de lodos ativadosExperimental determination comparative study of activated sludge settling constants

    DOI: 10.4322/dae.2018.006

    Data de entrada: 12/10/2016

    Data de aprovao: 22/05/2017

    Luiz Guilherme Abreu de Paula Mestre em Engenharia Civil e Ambiental pela Universidade Federal de Campina Grande.Adrianus Cornelius van Haandel Professor do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Campina Grande.Heraldo Antunes Silva Filho Professor do Curso de Saneamento Ambiental do Instituto Federal de Educao Cincia e Tecnologia do Cear (IFCE).Geilza Alves Porto Mestranda em Tecnologia de Polmeros no Instituto de Macromolculas pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. *Endereo para correspondncia: luizguilhermeacm@gmail.com.

    ResumoRealizou-se um estudo comparativo para avaliar os mtodos esttico e dinmico de determinao das cons-

    tantes k e v0 e a validade da Equao de Vesilind como parmetro para caracterizar a sedimentabilidade

    de sistemas de lodo ativado. A investigao foi realizada com o lodo produzido por 3 diferentes sistemas

    de lodo ativado, que foram operados por um perodo de 155 dias. Os dados para a anlise de sedimenta-

    bilidade para determinar as constantes de Vesilind k e v0 foram obtidas com os mtodos esttico e din-

    mico, visando sua comparao. Os resultados experimentais mostraram que os dois mtodos do conclu-

    ses equivalentes sobre as constantes de Vesilind, uma vez que no houve diferena significativa entre os

    seus valores mdios. A validade da equao de Vesilind foi confirmada tanto para os lodos gerados em sis-

    tema de fluxo contnuo (UCT) como em sistemas RBS e determinado pelos mtodos dinmico e esttico.

    Palavras-chave: Sedimentabilidade. Equao de Vesilind. Lodo Ativado.

    AbstractWe carried out a comparative study to evaluate the steady and dynamic determination methods for k and v0 con-

    stants and the validity of Vesilind equation as a parameter for characterizing the settling of sludge activated sys-

    tems. The investigation was performed with sludge obtained from three sludge activated systems operated for 155

    days. The steady method has been performed according to White (2004) and the dynamic method according to

    Leito (2004). The experimental results showed that the two methods gave equivalent conclusions, once there was

    not a significant difference between their average values. The Vesilind Equation reliability was verified for sludges

    produced in a continuous flow system (UCT) and RBS systems, both measured by steady and dynamic methods.

    Keywords: Settling. Vesilind Equation. Sludge Activated.

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  • 1 INTRODUOEm sistemas de tratamento com slidos em sus-

    penso, como o lodo ativado, a sedimentabilidade

    utilizada para indicar a eficincia na clarificao

    da gua do efluente e do adensamento dos sli-

    dos no final do processo. A sua medio ado-

    tada para fins de projeto e de monitoramento de

    desempenho, tendo por objetivo a otimizao do

    processo de clarificao do efluente e a preven-

    o de problemas com a sedimentabilidade do

    lodo. Nesse sentido, o estudo de mtodos confi-

    veis para medir a sedimentabilidade importante

    e necessrio para facilitar o diagnstico da situa-

    o do sistema em escala real.

    O primeiro mtodo usado para medir a sedimen-

    tabilidade do lodo foi proposto por Mohlman

    (1934) edenominado ndice volumtrico de lodo

    (IVL). A medio consiste em determinar a razo

    entre o volume ocupado por 1 litro de lodo aps 30

    minutos de sedimentao tranquila e a concen-

    trao inicial de slidos suspensos do lodo avalia-

    do. Trata-se de um teste simples e com utilizao

    prtica no monitoramento de lodos de sistemas

    de tratamento. Entretanto, os seus resultados so

    influenciados pelo volume e concentrao inicial

    de slidos em suspenso da amostra utilizada

    (MARAIS e VAN HAANDEL, 1999). Por essa razo,

    o valor numrico da IVL no d informao clara

    sobre a sedimentabilidade do lodo.

    Alguns pesquisadores buscaram alternativas

    para aperfeioar o mtodo IVL. Stobbe (1964)

    desenvolveu o ndice volumtrico de lodo diludo

    (IVLD), estabelecendo que o volume final de lodo

    deve ser menor do que 200 ml para que o resul-

    tado no seja influenciado pela concentrao

    inicial. White (1975) desenvolveu o ndice volu-

    mtrico do lodo agitador (IVLA), que estabelece

    uma relao entre o volume de lodo e a unidade

    de massa de slidos suspensos em ensaios com

    uma proveta de 1 litro aps 30 minutos de se-

    dimentao mediante uma agitao mecnica

    suave. Esses aprimoramentos reduziram, porm

    no eliminaram o problema do IVL.

    Vesilind (1968) props quantificar a sedimentabi-

    lidade de lodo como uma funo entre a velocida-

    de de sedimentao em zona e a sua concentrao

    de lodo, em que duas grandezas mecnicas, de-

    nominadas constantes k e v0, exercem influencia

    no comportamento da sedimentao, conforme a

    Equao 1. A constante k est relacionada com-

    pressibilidade do lodo (quanto menor o valor de k,

    maior o adensamento do lodo em um determi-

    nado volume) e a constante v0 representa a velo-

    cidade de sedimentao inicial com uma diluio

    com concentrao de lodo tal que as partculas se

    sedimentariam individualmente (sedimentao

    no estorvada). Ambas as constantes so deter-

    minadas mediante ensaios com diferentes dilui-

    es de licor misto, reproduzindo resultados que

    independem de sua concentrao inicial.

    v = vo.exp(-kX

    t) (1)

    Onde:

    v = velocidade de sedimentao em zona (m.h-1)

    k = constante de sedimentabilidade ligada com-

    pressibilidade do lodo (l.g-1)

    v0 = constante de sedimentabilidade ligada velo-

    cidade de sedimentao (m.h-1)

    Estudos realizados por Consentino et al. (2005),

    Figueiredo et al. (2006) e Sales (2013) vm de-

    monstrando a validade da equao de Vesilind

    para sistemas de tratamento. Nesses trabalhos,

    observa-se que a sua aplicao prtica vai alm da

    medio convencional em sistemas de lodo ativa-

    do, podendo adot-lo, tambm, na caracterizao

    de lodos anaerbios floculentos de reatores UASB

    para tratamento de esgoto e at mesmo de lodo

    anaerbio granulado para tratamento de vinhoto.

    Portanto, a sua adoo como metodologia para

    determinar a sedimentabilidade de lodos se torna

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  • vlida e relevante para diferentes sistemas trata-

    mento biolgico com suspenso de slidos.

    O mtodo esttico, proposto por White (1975) e

    posteriormente melhorado por Van Haandel e

    Marais (1999), o mtodo mais empregado para

    a determinao das constantes de Vesilind. Os

    ensaios so feitos em colunas de sedimentao

    transparentes e milimetradas, onde observado

    o comportamento da interface lodo/sobrena-

    dante de amostras de licor misto com diferentes

    concentraes de lodo em funo do tempo, me-

    diante uma leve agitao. Assim, grficos podem

    ser feitos para determinar o perfil da sedimen-

    tao zonal em funo da concentrao de lodo

    (Xt), tornando possvel caracterizar a velocidade

    de sedimentao do lodo (v), que corresponde

    parte linear da curva do grfico. Correlacionando

    os valores logartmicos da velocidade de sedimen-

    tao com as suas respectivas concentraes di-

    ludas, obtm-se um grfico linear que satisfaz a

    Equao 2, onde a constante k a declividade da

    reta e a constante v0 a interseco da reta com

    a ordenada.

    ln(v) = ln.v0.( kX

    t) (2)

    Embora seja um ensaio experimental confivel

    para determinar as constantes de Vesilind, o m-

    todo esttico possui desvantagens que limitam o

    seu uso na rotina de monitoramento da sedimen-

    tabilidade do lodo. O ensaio normalmente de-

    morado e demanda um acompanhamento cons-

    tante do laboratorista para anotao dos dados,

    tornando-o pouco prtico frente a outros mto-

    dos menos confiveis. Por essa razo, seu uso no

    to frequente quanto o mtodo IVL.

    O mtodo dinmico foi desenvolvido no labora-

    trio da EXTRABES, Campina Grande - PB, com

    o objetivo de automatizar a rotina experimental

    observada no mtodo esttico. Em uma coluna

    de sedimentao milimetrada, uma amostra de

    licor misto com concentrao de lodo conhecida

    (Xt) submetida expanso ascensional causa-

    da por uma fora de arraste aplicada por vazes

    lquidas de uma bomba hidrulica. Quando a in-

    terface sobrenadante/lodo se estabiliza em uma

    determinada altura (H), admite-se que houve um

    equilbrio entre a velocidade de sedimentao do

    lodo (v) e a velocidade ascendente do lquido (vl),

    conforme a Equao 3. A concentrao de lodo Xt

    de cada valor v pode ser estimada pela razo en-

    tre a concentrao de slidos da amostra de lodo

    (M) e o volume de lodo expandido (Vl), conforme a

    Equao 4. Dessa forma, determinam-se os dados

    necessrios para calc