UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
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AVALIAÇÃO DA METODOLOGIA DO REATOR DE LEITO FIXO APLICADA EM CAMPO PARA REPRESENTAR UM SISTEMA ALAGADO CONSTRUÍDO DE ESCOAMENTO HORIZONTAL
SUBSUPERFICIAL
Gabriel Rodrigues Vasconcellos
André Baxter Barreto
Marcos von Sperling
Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte – MG, Brasil
Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental
Curitiba, 11 de junho de 2015
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Introdução
• Estudos realizados em SAC de diferentes escalas (escala real, piloto e de bancada).
• Uma linha de pesquisa são estudos em reatores de escala de bancada aplicados às
condições de campo, pois permite aprofundar no conhecimento das interações que
acontecem na zona de raízes.
• Para isso, faz-se necessário avaliar se reatores de bancada, aplicado às condições de
campo, representam as condições dos SAC.
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Introdução
• O Planted Fixed Bed Reactor (PFR) foi
desenvolvido como unidade para testes em solos
plantados em escala laboratorial.
• Permite investigações sobre os processos que
ocorrem na rizosfera em um sistema com o
escoamento uniforme no meio poroso, sem
gradientes hidráulicos, garantindo a mistura
completa no interior do reator.
• As características construtivas do PFR recriam o
ambiente subsuperficial dos SAC, onde as
complexas interações entre raízes, microrganismos,
meio suporte e líquido intersticial ocorrem. Figura: Desenho esquemático do Planted Fixed Bed Reactor (PFR).
Fonte: Kappelmeyer et al. (2002).
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Material e Métodos Área de estudo
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EB
UASB = 80 m3/d
SAC = 7,5 m3/d
Unidade plantada com Thypha latifolia (taboa)
Unidade não plantada (unidade controle)
Material suporte: escória de alto forno
Dimensões (25,0 x 3,0 x 0,4 m)
Material e Métodos Características dos sistemas alagados construídos
Figura: Foto SAC plantado e não plantado.Figura: Foto Reator tipo UASB.
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Material e Métodos Características do reator de leito fixo
Vazão de alimentação do RLF foi de aproximadamente 450 ml/min.
Figura: Desenho esquemático do funcionamento
hidráulico do reator de leito fixo.
Figura: Foto do reator de leito fixo.
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Material e Métodos Características do reator de leito fixo
Região
central
Região
saída
Figura: Foto da cesta plantada e não plantada.Figura: Desenho esquemático do RLF plantado e não plantado,
região central e saída.
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Material e Métodos Fluxograma do sistema
Figura: Vista em planta do Sistema Alagado Construído, com dimensões e localização de pontos de
monitoramento. Observação: desenho fora de escala.
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Material e Métodos Parâmetros de monitoramento
Figura: Sonda multiparamétrica.
Sonda YSI – 600 XML
Potencial Redox
Oxigênio Dissolvido
Temperatura
pH
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Resultados e discussãoPotencial redox
Figura: Gráfico box-plot dos dados de potencial redox nos pontos monitorados.
-400
-300
-200
-100
0
UASB SACPcentral
RLFPcentral
SACPsaída
RLFPsaída
SACNPcentral
RLFNPcentral
SACNPsaída
RLFNPsaída
(mV
)
Potencial Redox
25%
50%
90%
10%
Min
Max
75%
MédiaSequência Não PlantadaSequência Plantada
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0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
UASB SACPcentral
RLFPcentral
SACPsaída
RLFPsaída
SACNPcentral
RLF NPcentral
SACNPsaída
RLF NPsaída
(mg/L
)
Oxigênio Dissolvido
25%
50%
90%
10%
Min
Max
75%
Média
Sequência Não PlantadaSequência Plantada
Resultados e discussãoOxigênio dissolvido
Figura: Gráfico box-plot dos dados de oxigênio dissolvido nos pontos monitorados.
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0
10
20
30
40
UASB SACPcentral
RLFPcentral
SACPsaída
RLFPsaída
SACNPcentral
RLFNPcentral
SACNPsaída
RLFNPsaída
Temperatura
25%
50%
90%
10%
Min
Max
75%
MédiaSequência Não PlantadaSequência Plantada
(°C)
Resultados e discussãoTemperatura
Figura: Gráfico box-plot dos dados de temperatura nos pontos monitorados.
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6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
UASB SACPcentral
RLFPcentral
SACPsaída
RLFPsaída
SACNPcentral
RLFNPcentral
SACNPsaída
RLFNPsaída
pH
25%
50%
90%
10%
Min
Max
75%
MédiaSequência Plantada Sequência Não Plantada
Resultados e discussãopH
Figura: Gráfico box-plot dos dados de pH nos pontos monitorados.
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Resultados e discussãoSíntese dos resultados
Tabela: Resumo das diferenças entre os valores de medianas do sistema alagado construído e reator de leito fixo.
Ponto Potencial redox
(mV) Oxigênio dissolvido
(mg/L) Temperatura
(°C) pH
SACP central (ponto C) -223 0,10 22,1 7,04
RLFP central (ponto D) -236 0,10 23,5 6,95
Diferença C com D 13 (5,8%) 0,00 (0%) 1,4 (6,3%) 0,09 (1,3%)
SACNP central (ponto J) -242 0,10 22,8 7,34
RLFNP central (ponto K) -254 0,16 24,3 7,29
Diferença J com K 12 (5,0%) 0,06 (60%) 1,5 (6,6%) 0,05 (0,7%)
SACP saída (ponto F) -219 0,13 22,9 7,05
RLFP saída (ponto G) -233 0,10 24,1 6,97
Diferença F com G 14 (6,4%) 0,03 (23,1%) 1,2 (5,2%) 0,08 (1,1%)
SACNP saída (ponto L) -255 0,18 22,3 7,62
RLFNP saída (ponto M) -272 0,16 23,8 7,52
Diferença L com M 17 (6,7%) 0,02 (11,1%) 1,5 (6,7%) 0,10 (1,3%)
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Conclusão
• Os valores de Eh do SAC permaneceram mais elevados do que nos RLF. Porém
permaneceram na mesma faixa (-200 a -300 mV).
• As concentrações de OD nos RLF foram mais estáveis que nos SAC correspondentes.
• A temperatura foi mais elevada nos RLF, devido à sua área de exposição lateral ser
proporcionalmente maior, contribuindo para a disponibilidade do íon H+ e
consequentemente para a redução do pH. Apesar disso, os resultados demonstram
existir pouca diferença nos valores entre o RLF e o SAC correspondente.
• Os autores destacam esta metodologia como o ponto de encontro entre pesquisas em
escala laboratorial e escala real.
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Agradecimentos
Os autores do trabalho agradecem à:
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES);
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq);
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) e;
À Companhia de Saneamento de Minas Gerais (COPASA).
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OBRIGADO
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