comportamento tanques septicos na remoção de MATERIA ORGANICA modelagem matematica

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<ul><li><p>JULIANA SEIXAS PILOTTO </p><p>CONTRIBUIES PARA MODELAGEM MATEMTICA </p><p>DO COMPORTAMENTO DOS TANQUES SPTICOS </p><p>PARA REMOO DE MATRIA ORGNICA </p><p>Dissertao apresentada como requisito parcial obteno do grau de Mestre em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental, Curso de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paran. </p><p>Orientador: Prof. Daniel Costa dos Santos, Dr. </p><p>CURITIBA </p><p>2004 </p></li><li><p>JULIANA SEIXAS PILOTTO </p><p>CONTRIBUIES PARA MODELAGEM MATEMTICA </p><p>DO COMPORTAMENTO DOS TANQUES SPTICOS </p><p>PARA REMOO DE MATRIA ORGNICA </p><p>Dissertao apresentada como requisito parcial obteno do grau de Mestre em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental, Curso de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paran. </p><p>Orientador: Prof. Daniel Costa dos Santos, Dr. </p><p>CURITIBA 2004 </p></li><li><p> ii </p></li><li><p> iii </p><p>AGRADECIMENTOS </p><p> Ao meu orientador, Daniel Costa dos Santos, que sempre me incentivou e </p><p>acreditou no meu potencial para realizar este trabalho, estando sempre disposio. </p><p> Ao Professor Eduardo Cleto Pires pela sua gentileza e cordialidade nas minhas </p><p>duas visitas So Carlos. Obrigado pela disponibilidade em me receber. </p><p> Ao Professor Cristvo Fernandes e Professora Maria Cristina Braga pelos </p><p>seus esforos na busca do aprimoramento do nosso curso de Mestrado. </p><p> Ao Professor Anselmo Chaves Neto pela ajuda estatstica e pacincia em me </p><p>receber. </p><p> Aos meus professores do mestrado que foram fundamentais para a concluso </p><p>deste trabalho. </p><p> Aos amigos da sala de estudos, em especial aos colegas Rosilete Busato e </p><p>Dalton Lucio Brasil Pereira Filho. </p><p> minha famlia, Pai, Me, Angela e Bernardo, que sempre me incentivaram e </p><p>me apoiaram ao longo da realizao deste trabalho. </p><p> s minhas queridas irms (SADS), pelas palavras de incentivo e carinho. Em </p><p>especial a Fabiola e a Maria Cristina pelas ajudas relmpagos. </p><p> A CAPES pelo incentivo financeiro. </p><p> A todos que direta ou indiretamente colaboraram para a elaborao deste </p><p>trabalho. </p></li><li><p> iv </p><p>Voc v coisas e diz: Por que?; mas eu sonho coisas que nunca existiram e digo: </p><p>Por que no? George Bernard Shaw </p><p>Experincia no o que acontece com um homem; o que um homem faz com o que lhe acontece. </p><p>Aldous Huxley </p></li><li><p> v </p><p>SUMRIO </p><p> LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... ix LISTA DE TABELAS ................................................................................................. xii LISTA DE QUADROS .................................................................................................xv LISTA DE SIGLAS .................................................................................................... xvi LISTA DE SMBOLOS ............................................................................................. xvii RESUMO ...................................................................................................................xx ABSTRACT ................................................................................................................ xxi 1 INTRODUO............................................................................................................1 2 OBJETIVOS.................................................................................................................5 3 REVISO BIBLIOGRFICA.....................................................................................6 3.1 CONSIDERAES GERAIS SOBRE OS TANQUES SPTICOS .......................6 3.2 HISTRICO DOS TANQUES SPTICOS..............................................................7 3.3 DESCRIO DOS PROCESSOS OCORRENTES NO TANQUE SPTICO .......8 3.3.1 Consideraes Iniciais ............................................................................................8 3.3.2 Abordagem sobre os Processos Bioqumicos.......................................................12 3.3.2.1 Digesto anaerbia ............................................................................................12 3.3.2.1.1 Consideraes iniciais ....................................................................................12 3.3.2.1.2 Fases do processo de digesto anaerbia .......................................................15 3.3.2.2 Cintica das reaes ..........................................................................................25 3.3.2.3 Cintica da digesto anaerbia ..........................................................................28 3.3.2.3.1 Crescimento bacteriano ..................................................................................28 3.3.2.3.2 Crescimento de substrato limite .....................................................................29 3.3.2.3.3 Crescimento bacteriano e Utilizao do substrato .........................................30 3.3.2.4 Balano de Massa ..............................................................................................40 3.3.2.5 Tipos de reatores................................................................................................43 3.3.2.5.1 Fluxo em pisto ..............................................................................................44 3.3.2.5.2 Mistura completa ............................................................................................47 3.3.2.5.3 Fluxo disperso ................................................................................................51 3.3.2.5.4 Clulas em srie..............................................................................................58 </p></li><li><p> vi </p><p>3.3.2.5.5 Clulas em paralelo ........................................................................................59 3.3.3 Fenmenos Fsicos ...............................................................................................61 3.3.3.1 Sedimentao discreta .......................................................................................61 3.3.3.2 Sedimentao floculenta....................................................................................64 3.3.3.3 Sedimentao zonal ...........................................................................................65 3.3.3.4 Sedimentao por compresso ..........................................................................65 3.4 DESINFECO EM TANQUES SPTICOS .......................................................66 3.5 EQUACIONAMENTO PRTICO PARA DIMENSIONAMENTO DE TANQUES SPTICOS .................................................................................................73 3.5.1 De acordo com a Norma Brasileira 7229/93 ........................................................73 3.5.2 De acordo com Andrade Neto et al. (1999b) ........................................................76 3.5.3 De acordo com Norma Americana (1995) ...........................................................79 3.5.4 De acordo com All Septic System Information Website .....................................80 3.5.5 De acordo com Norma Inglesa (1979) .................................................................81 3.5.6 De acordo com a Norma Australiana (1995)........................................................81 3.6 CONFIGURAO, CONSTRUO, OPERAO E MANUTENO DOS TANQUES SPTICOS .................................................................................................82 3.6.1 Configurao dos Tanques Spticos.....................................................................82 3.6.2 Construo de Tanques Spticos ..........................................................................85 3.6.3 Operao e Manuteno dos Tanques Spticos ...................................................86 3.7 EXPERINCIA BRASILEIRA NA AVALIAO DE TANQUES SPTICOS .87 3.7.1 Oliveira (1983) .....................................................................................................87 3.7.2 Vieira e Alm Sobrinho (1983a e b) .......................................................................87 3.7.3 Said e Alm Sobrinho (1989) ...............................................................................88 3.7.4 Andrade Neto et al (2000) ....................................................................................90 3.7.5 Valentim et al. (2003)...........................................................................................91 3.8 MODELAGEM DE PROCESSOS ANAERBIOS ..............................................92 3.8.1 Pawlowsky et al. (1983) .......................................................................................93 3.8.2 Jeyaseelan (1997) .................................................................................................93 3.8.3 Masse e Droste (2000)..........................................................................................96 3.8.4 Keshtkar et al. (2003) ...........................................................................................97 4 METODOLOGIA.....................................................................................................101 </p></li><li><p> vii </p><p>4.1 DEFINIO E DESENVOLVIMENTO DAS SIMULAES PROSPECTIVAS PARA AVALIAR A ADERNCIA DO COMPORTAMENTO DE TANQUES SPTICOS AOS MODELOS MATEMTICOS.......................................................101 4.1.1 Definio das Configuraes dos Tanques Spticos..........................................101 4.1.2 Definio dos Modelos Hidrulicos ...................................................................102 4.1.3 Definio dos Parmetros de Modelagem..........................................................104 4.1.4 Coleta e Tabulao dos Dados Bibliogrficos: Estudo 1, 2 e 3 .........................105 4.1.4.1 Estudo 1 ...........................................................................................................105 4.1.4.2 Estudo 2 ...........................................................................................................109 4.1.4.3 Estudo 3 ...........................................................................................................112 4.1.5 Definio e Desenvolvimento de Simulaes Prospectivas...............................115 4.1.5.1 Definio das simulaes prospectivas ...........................................................115 4.1.5.2 Desenvolvimento das simulaes prospectivas...............................................119 4.2 DEFINIO E DESENVOLVIMENTO DAS SIMULAES DA APLICABILIDADE DE TANQUES SPTICOS PARA OBTENO DE MAIOR EFICINCIA PARA REMOO DE MATRIA ORGNICA ..............................120 5 RESULTADOS, DISCUSSES E DEFINIO DO MODELO ...........................121 5.1 RESULTADO DAS SIMULAES PROSPECTIVAS......................................121 5.1.1 Valores de K estimados para a configurao TU1 em funo do modelo hidrulico e dos parmetros de modelagem para o estudo 1 e 2 .................................121 5.1.2 Valores de K estimados para a configurao TU2 em funo do modelo hidrulico e dos parmetros de modelagem para o estudo 1 e 2 .................................123 5.1.3 Valores de K estimados para a configurao TS em funo do modelo hidrulico e dos parmetros de modelagem para o estudo 1 e 2 ..................................................125 5.1.4 Valores de K estimados para a configurao TSP em funo do modelo hidrulico e dos parmetros de modelagem para o estudo 3.......................................127 5.2 DISCUSSES .......................................................................................................128 5.2.1 Discusses sobre os Valores de K......................................................................128 5.2.1.1 Discusso por famlia de simulaes...............................................................129 5.2.1.1.1 Discusso sobre os valores de K estimados para a configurao TU1, estudo 1, famlia de simulaes 1 8 (tabela 39), 9 16 (tabela 40) e 17 24 (tabela 41)...129 5.2.1.1.2 Discusso sobre os valores de K estimados para a configurao TU1, estudo 2, famlia de simulaes 25 32 (tabela 42) ...............................................................131 5.2.1.1.3 Discusso sobre os valores de K estimados para a configurao TU2, estudo 1, famlia de simulaes 33 40 (tabela 43), 41 48 (tabela 44) e 49 56 (tabela 45)....................................................................................................................131 </p></li><li><p> viii </p><p>5.2.1.1.4 Discusso sobre os valores de K estimados para a configurao TU2, estudo 2, famlia de simulaes 57 64 (tabela 46) ...................................................133 5.2.1.1.5 Discusso sobre os valores de K estimados para a configurao TS, estudo 1, famlia de simulaes 65 73 (tabela 47), 74 82 (tabela 48) e 83 91 (tabela 49)........................... .........................................................................................133 5.2.1.1.6 Discusso sobre os valores de K estimados para a configurao TS, estudo 2, famlia de simulaes 92 100 (tabela 50) .................................................134 5.2.1.1.7 Discusso sobre os valores de K estimados para a configurao TSP, estudo 3, famlia de simulaes 101 108 (tabela 51) ...........................................................135 5.2.1.2 Discusso comparativa entre as famlias de simulaes .................................135 5.2.1.2.1 Discusso comparativa para configurao TU1, estudo 1 e 2, respectivamente entre as famlias de simulaes 1 8 e 25 32 ...............................135 5.2.1.2.2 Discusso comparativa para configurao TU2, estudo 1 e 2, respectivamente entre as famlias de simulaes 33 40 e 57 64 ...........................137 5.2.1.2.3 Discusso comparativa para configurao TS, estudo 1 e 2, respectivamente entre as famlias de simulaes 65 73 e 92 100 .........................139 5.2.1.3 Discusso comparativa com dados encontrados na bibliografia .....................140 5.2.1.3.1 Discusso comparativa com a bibliografia para configurao TU1, estudo 1, primeiro caso (DQOt DQOt), famlia de simulao 1 8 ......................140 5.2.1.3.2 Discusso comparativa com a bibliografia para configurao TS, estudo 1, segundo caso (DQOs DQOs), famlia de simulao 74 82..................141 5.2.2 Avaliao da variao de K em funo do tempo de deteno..........................142 5.3 DEFINIO DO MODELO.................................................................................146 6 SIMULAES DEMONSTRATIVAS DA APLICABILIDADE..........................148 6.1 RESULTADOS E DISCUSSES DAS SIMULAES DEMONSTRATIVAS DA APLICABILIDADE DE TANQUES SPTICOS ...............................................148 6.2 VARIAO DO VOLUME EM FUNO DA EFICINCIA (%) ...................158 7 CONCLUSO..........................................................................................................163 7.1 RECOMENDAES AOS ESTUDOS FUTUROS ............................................166 8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .....................................................................167 APNDICE 1 - FIGURAS 44...</p></li></ul>