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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL



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



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.



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).



Material e Métodos Área de estudo



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.



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.



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.



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.



Material e Métodos Parâmetros de monitoramento

Figura: Sonda multiparamétrica.

Sonda YSI – 600 XML

Potencial Redox

Oxigênio Dissolvido

Temperatura

pH



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



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.



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.



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.



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%)



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.



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).



OBRIGADO

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