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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2006.tde-02032007-150552
Documento
Autor
Nome completo
Karina Querne de Carvalho
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2006
Orientador
Banca examinadora
Pires, Eduardo Cleto (Presidente)
Kellner, Erich
Marra Junior, Wiclef Dymurgo
Pisani Junior, Reinaldo
Povinelli, Silvia Claudia Semensato
Título em português
Resposta dinâmica de reator UASB em escala piloto submetido a cargas orgânicas e hidráulicas cíclicas: modelos matemáticos e resultados experimentais
Palavras-chave em português
Carga hidráulica
Carga orgânica
Comportamento dinâmico
Modelação matemática
UASB
Variação cíclica da vazão
Resumo em português
Poucos estudos são reportados na literatura sobre o comportamento dinâmico do reator UASB submetido a variações cíclicas diárias, de cargas orgânicas e hidráulicas, em períodos curtos de duração - iguais ou menores que 24h, com os quais verifica-se queda na eficiência do reator, causada pela provável flotação dos grânulos, problemas com geração de odor e alta concentração de sólidos suspensos no efluente. Para melhor compreender a resposta dinâmica desses reatores submetidos a essas variações, foi desenvolvido o modelo MMS baseado no modelo hidrodinâmico de mistura completa em reatores em série, modelo cinético de primeira ordem para consumo de substrato e para crescimento da biomassa e equacionamentos empíricos reportados na literatura. Esse modelo indicou a capacidade do reator de amortecer as variações impostas e a influência da cinética na eficiência de remoção da matéria orgânica. Para calibrar e validar o MMS, foi avaliado o desempenho de um reator UASB (160 L) no tratamento de esgoto sanitário municipal da cidade de São Carlos. Durante o período de operação, o reator foi submetido a variações senoidais cíclicas, de cargas orgânica e hidráulica, em valores inferiores e superiores a 40% e 60% da vazão afluente de 16,0 L/h. A produção média de gás metano e a eficiência média de remoção de DQO alcançadas pelo reator foram de aproximadamente: 1,83 L/h e 61% para vazão afluente de 16 L/h, TDH de 10 h e velocidade ascensional de 0,23 m/h; 2,24 L/h e 48% para variação cíclica de 40% e 2,97 L/h e 40% para variação cíclica de 60%. O MMS indicou faixa de valores para a DQO efluente com diferença em relação aos resultados observados experimentalmente - de 37% para vazão afluente constante de 16 L/h e 59% e 56% para variações senoidais cíclicas de 40% e 60% da vazão afluente, respectivamente – devido à limitação do modelo em considerar o arraste de sólidos no efluente que ocorreu ao longo de toda a operação do reator e mais acentuadamente quando foram aplicadas variações da vazão afluente. O modelo ADM1 proposto por Batstone et al.(2002a,b)apresentou menor similaridade com os resultados observados experimentalmente por não contemplar a variação horária e diária de alguns parâmetros de entrada, mas apenas a média aritmética dos valores.
Título em inglês
Dynamic response of a UASB reactor submitted to organic and hydraulic cyclical loads: mathematical models and experimental results
Palavras-chave em inglês
Cyclical flow rate variation
Dynamic behavior
Hydraulic load
Mathematical modeling
Organic load
UASB
Resumo em inglês
There are no extensive reports on the dynamic behaviour of UASB reactor submitted to cyclical daily variations of organic and hydraulic loads of short periods of time - equal to or shorter than 24 hours - that can damage the reactor efficiency due to probable granule flotation, odor generation and high concentration of suspended solids in the effluent. Aiming to understand the dynamic response of these reactors when submitted to these variations, it was developed the MMS model based on the N-continuous flow stirred tank reactors (CSTR) in series model, first order kinetics model for substrate consumption and biomass growth and empirical equations reported in the literature. The model indicated the reactor capacity on dampening the imposed flow rate variations and the influence of the kinetics in the organic matter removal efficiency. It was evaluated the response of a UASB in bench scale (160 L) treating sanitary sewage of São Carlos city in order to calibrate and validate the MMS. During the operation, the reactor was submitted to cyclical sinusoidal variations of organic and hydraulic loads in lesser and higher values of 40% and 60% of the influent flow rate of 16 L/h. The reactor achieved mean methane production and mean COD removal efficiency of: 1,83 L/h and 61% to influent flow rate of 16 L/h, HRT of 10 h and upflow velocity of 0,23 m/h; 2,24 L/h and 48% to sinusoidal variation of 40%; 2,97 L/h and 40% to sinusoidal variation of 60%. The MMS model results indicated a range of effluent COD values with a difference of 37% to influent flow rate of 16 L/h, 59% and 56% to sinusoidal variations of 40% and 60%, respectively, in comparison with the experimental observed data. This probably occurred due to the model limitation in considering and predicting the solids washout in the effluent that was verified during all the operation, and also more significant when the sinusoidal variations were applied. The ADM1 reported by Batstone et al. (2002a,b) presented lesser similarity with the experimental observed results due to the fact that it does not consider hourly and daily variations of some input parameters, but only the arithmetical mean of the values.
 
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carvalhousp.pdf (2.59 Mbytes)
Data de Publicação
2007-03-05
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Avaliação hidrodinâmica de reator UASB submetido à variação cíclica de vazão. Engenharia Sanitária e Ambiental, 2008, vol. 13, p. 226-235.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Avaliação do comportamento hidrodinâmico de reator UASB submetido à variação cíclica de vazão. In 25 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Recife, 2009. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2009.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Avaliação hidrodinâmica de reator UASB submetido à variação cíclica de vazão. In IX Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile, 2008. Memorias.Valparaiso : PUC de Valparaiso, 2008. Resumo.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Estudo hidrodinâmico em reator UASB submetido à variação cíclica da vazão afluente. In Taller y Simposio Latinoamericano sobre Digestión Anaerobia, Puntal del Este, 2005. Proceedings - VIII Taller. : IWA, 2005. Resumo.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Proposta de modelo matemático simplificado para avaliar a resposta dinâmica de reator UASB submetido a cargas hidráulicas cíclicas. In 25 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Recife, 2009. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2009.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Resposta dinâmica de reator UASB submetido a cargas orgânicas e hidráulicas cíclicas. In 25 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Recife, 2009. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2009.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Resposta dinâmica de reator UASB submetido a cargas orgânicas e hidráulicas cíclicas: modelo matemático simplificado. In IX Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile, 2008. Memorias.Valparaiso : PUC de Valparaiso, 2008. Resumo.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Resposta dinâmica de reatores UASB submetido a cargas orgânicas e hidráulicas cíclicas: resultados experimentais. In IX Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile, 2008. Memorias.Valparaiso : PUC de Valparaiso, 2008.
  • CARVALHO, Karina Querne de, e PIRES, E. C. Comparação entre resposta dinâmica de diferentes configurações de reatores UASB submetidos a vazão cíclica diária: modelo matemático simplificado. In 22 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Joinville, 2003. Anais. : ABES, 2003.
  • CARVALHO, Karina Querne de, e PIRES, E. C. Modelo matemático simplificado para resposta dinâmica de reatores UASB submetidos a vazão cíclica diária. In Simpósio Luso-Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Natal, 2004. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2004.
  • CARVALHO, Karina Querne de, e PIRES, E. C. Resposta dinâmica de reatores UASB submetidos a vazão cíclica diária: modelo matemático simplificado. In VII Taller y Simposio Latinoamericano Sobre Digestión Anaerobia, Mérida, 2002. Memorias.Cidade do México : Universidad Nacional Autónoma de México, 2002.
  • CARVALHO, Karina Querne de, SALGADO, Monique Toledo, e PIRES, E. C. Influência da variação cíclica de carga hidráulica no comportamento do reator UASB. In 23 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Campo Grande, 2005. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2005.
  • PIRES, E. C., et al. Dynamic behavior of UASB reactors submited to cyclical loads. In 9th World Congress Anaerobic Digestion 2001, Antuérpia, 2001. Proceedings.Ghent : Technologisch Instituut vzw, 2001.
  • SALGADO, Monique Toledo, CARVALHO, Karina Querne de, e PIRES, E. C. Avaliação da recirculação do percolado na degradação anaeróbia dos resíduos sólidos urbanos (RSU) e obtenção de parâmetros cinéticos aparentes por meio de modelo matemático simplificado. In 23 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Campo Grande, 2005. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2005.
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