Comportamento hidrodinâmico de sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial de diferentes proporções geométricas e tempos de operação

Costa, Renan de Almeida; Matos, Mateus Pimentel de; Matos, Antonio Teixeira de; Sperling, Marcos Von

doi:10.1590/S1413-41522019175103

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Técnico • Eng. Sanit. Ambient. 24 (1) • Jan-Feb 2019 • https://doi.org/10.1590/S1413-41522019175103 copiar

Comportamento hidrodinâmico de sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial de diferentes proporções geométricas e tempos de operação

Hydrodynamic behavior of horizontal subsurface flow constructed wetlands with different aspect ratio and operation time

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RESUMO

No presente trabalho, teve-se por objetivo avaliar a influência da proporção geométrica e o tempo de operação na hidrodinâmica do sistema. Para isso, três sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS) de diferentes razões comprimento:largura (L/B) foram caracterizados no que se refere ao comportamento hidrodinâmico, no início e após três meses de sua operação, durante o tratamento de esgoto sanitário. O comportamento hidrodinâmico foi avaliado por meio da técnica estímulo-resposta, com a injeção de traçador de cloreto de lítio (LiCl), na forma de pulso, e da construção da curva de distribuição dos tempos de residência (DTR), a partir da qual foram extraídos parâmetros que permitiram a análise hidrodinâmica dos sistemas. Verificou-se que todos os SACs-EHSS apresentaram comportamento hidrodinâmico do tipo disperso, embora tenha sido observada correlação inversa entre L/B e o número de dispersão (d) no sistema. O tempo de operação desses sistemas também proporcionou pequena redução no d, em todos os SACs-EHSS.

Palavras-chave:
cloreto de lítio; hidrodinâmica de reatores; número de dispersão; sistemas alagados construídos.

Variável	SAC1	SAC2	SAC3
L (m)	1,0	2,0	2,7
B (m)	1,0	0,50	0,37
L/B	1,0	4,0	7,3
h1 (m)	0,4	0,4	0,4
h2 (m)	0,2	0,2	0,2
AS (m²)	1,0	1,0	1,0
Volume total (m³)	0,2	0,2	0,2
Vu (m³)	0,084	0,084	0,084
TDH_n (d)	2,9	2,9	2,9
Q (m³.d^-1)	0,03024	0,03024	0,03024

Características hidrodinâmicas
Variável/parâmetro	Ensaio 1			Ensaio 2
Variável/parâmetro	SAC1	SAC2	SAC3	SAC1	SAC2	SAC3
Traçador recuperado (%)	98,00	102,70	100,30	101,4	94,70	90,40
TDH_n (d)	2,90	2,90	2,90	2,90	2,90	2,90
TDH_r (d)	6,92	7,40	5,92	5,85	5,52	4,71
t_p (d)	4,20	3,20	2,20	6,25	6,20	3,20
σ² (d²)	22,46	21,22	11,78	10,79	7,00	4,72
σ² _θ	0,47	0,39	0,34	0,32	0,23	0,21
φ_θ	0,03	0,04	0,07	0,05	0,17	0,19
e_v	2,37	2,53	2,03	2,00	1,89	1,61
λ	1,45	1,10	0,75	2,15	2,13	1,10
IDM	7,53	6,24	5,12	5,51	3,81	3,46

Condição de contorno	Ensaio 1			Ensaio 2
Condição de contorno	SAC1	SAC2	SAC3	SAC1	SAC2	SAC3
d (fechado-fechado)	0,35	0,26	0,21	0,20	0,13	0,12
d (aberto-aberto)	0,15	0,13	0,11	0,11	0,09	0,08
d (aberto-fechado)	0,18	0,16	0,14	0,13	0,10	0,09
N	2,13	2,58	2,97	3,17	4,36	4,71

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[1] *Autor correspondente: renanacosta@gmail.com

${T D H}_{n} = ε \frac{V}{Q}$ (Equação 1)	$e_{v} = \frac{{T D H}_{n}}{{T D H}_{r}}$ (Equação 6)
${T D H}_{r} = \frac{\sum_{i} t_{i} C_{i} {∆ t}_{i}}{\sum_{i} C_{i} {∆ t}_{i}}$ (Equação 2)	$λ = \frac{t_{p}}{{T D H}_{n}}$ (Equação 7)
$σ^{2} = \frac{\sum_{i} t_{i}^{2} C_{i} {∆ t}_{i}}{\sum_{i} C_{i} {∆ t}_{i}} - {T D H}_{r}^{2}$ (Equação 3)	$I D M = \frac{t_{90}}{t_{10}}$ (Equação 8)
$σ_{θ}^{2} = \frac{σ^{2}}{{T D H}_{r}^{2}}$ (Equação 4)	$σ_{θ}^{2} = \frac{σ^{2}}{{T D H}_{r}^{2}} = 2 d + 3 d^{2}$ (Equação 9)
$φ_{θ} = \frac{t_{i n}}{{T D H}_{r}}$ (Equação 5)	$N = \frac{{T D H}_{r}}{σ^{2}} = \frac{1}{σ_{θ}^{2}}$ (Equação 10)
ε = porosidade do meio (m³ de vazios.m^-3 de material); V = volume total do SAC (m³); Q = vazão média a ser tratada (m³.d^-1)t_i = tempo associado a cada concentração C_i (h); C_i = concentração de traçador na saída do reator em cada tempo i (mg.L^-1); ∆t_i = intervalo de tempo entre a amostra coletada em t_e e t_i+1 (h);	t_p = tempo relativo t_in = tempo em que o traçador é detectado pela primeira vez na saída (h); à concentração de pico da curva C_pulso; t₁₀ = tempo em que 10% da massa do traçador deixa a unidade (d); t₉₀ = tempo em que 90% da massa do traçador deixa a unidade (d); d = número de dispersão.