Sistema de distribuição do afluente

Caixa de armazenamento e sifão dosador

Na tentativa de projetar um sistema de distribuição do afluente sem demanda de eletricidade, facilitando a adoção da tecnologia por pequenos municípios e comunidades de baixa renda para o tratamento de seus esgotos, avaliou-se um sifão de dosagem em U. O sifão em U foi construído com tubos de PVC e conexões de diâmetro nominal igual a 32 mm (Figura 4-4b). O modelo testado é simples de ser construído e o material é barato e fácil de encontrar.

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Inicialmente um único sifão em U foi desenvolvido e testado. Em seguida, um segundo braço foi adicionado (Figura 4-4a) e, depois disso, um terceiro braço. O tempo para esvaziar 0,55 m³ da caixa de armazenamento foi medido em cada condição. A fim de aumentar a taxa de aplicação hidráulica

instantânea (TAHinst) e diminuir o tempo de esvaziamento, o número de braços pode ser aumentado,

mas até um certo limite. Além disso, sabe-se que todo sifão possui um intervalo de vazão no qual ele pode ser operado, isto é, há vazão mínima e máxima de trabalho, e essas vazões dependem da geometria da caixa de acumulação, e da geometria e diâmetro do sifão. Destaca-se que não foi objetivo desta pesquisa calcular esse intervalo, apesar de seu conhecimento ser de grande importância no controle de problemas de descontinuidades operacionais.

Figura 4-4. a) Interior do tanque de acumulação com o sifão em U com dois braços. b) croqui do sifão.

a) b)

Fonte: autora (2017) Fonte: García Zumalacarregui (2018)

Com o sifão de dois braços, a vazão afluente à célula filtrante foi medida durante seis pulsos diferentes usando uma régua de nível d’água e um cronômetro. A curva de descarga do sifão foi plotada e a regressão linear entre o fluxo de saída e o tempo de descarga, traçada. A equação de Bernoulli (Equação 3-2) representa a operação do sifão e, portanto, foi utilizada, associada à equação de descarga do orifício (Equação 4-1) e à equação da continuidade (Equação 3-1), para estimar

outros parâmetros, como perda de carga (Equação 3-3, Equação 3-4 e Equação 3-5), velocidade e número de Reynolds (Equação 4-2).

Q = C_d× A × √2gh Equação 4-1

em que Q = vazão que sai pelo orifício, A = área do orifício, Cd = coeficiente de descarga empírico,

g = aceleração da gravidade e h = altura do líquido da superfície até o eixo do orifício.

Note que a vazão possui relação não-linear com o nível d’água h.

Re = q × D × ρ̈

μ̈ Equação 4-2

em que Re = número de Reynolds, q = velocidade do fluido, ρ̈ = densidade do fluido e

μ̈ = viscosidade dinâmica do fluido.

Rede de distribuição do tipo ramificada

A distribuição do afluente em cada uma das duas unidades foi feita por um coletor e 16 laterais com

extremidades abertas (Figura 4-2). Isso resultou em 1,8 m2 / ponto de alimentação, o que está bem

abaixo do valor máximo recomendado de 50 m2 / ponto (Dotro et al., 2017). O afluente foi bem

distribuído na maior parte da superfície dos filtros, mas não foi observada homogeneidade completa, devido a algumas zonas mortas, especialmente nos cantos. O regime de escoamento na tubulação é

turbulento e não permanente. Como a concentração de sólidos é inferior a 1% (10.000 mg.L-1), o

comportamento do esgoto bruto se assemelha ao da água, e assim, nenhuma consideração do ponto de vista hidráulico precisa ser efetuada (Benefield et al., 1984).

Segundo Paul et al. (2018), a dificuldade em se modelar esse tipo de rede de distribuição perpassa pela determinação adequada das perdas de carga localizadas. O projeto da rede de distribuição deve permitir a mínima variação do fluxo em suas saídas. Contudo, em rede ramificada é difícil de se conseguir isso utilizando o mesmo diâmetro e comprimento de tubulações, para que as perdas de cargas sejam iguais em cada trecho (Benefield et al., 1984).

O fluxo instantâneo foi medido no ponto mais próximo (ponto 1) e no ponto mais distante (ponto 4) do tanque de armazenamento. O teste estatístico não paramétrico para amostras dependentes (teste

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pareado de Wilcoxon) ao nível de significância de 5% foi realizado com o auxílio do software Statistica 10.0 para testar a diferença entre as medianas do fluxo de saída em cada ponto.

Na unidade I foram coletadas 5 amostras diárias superficiais do meio filtrante em diferentes pontos, durante três diferentes dias de um mesmo ciclo de alimentação, sendo eles: 1) último dia de repouso, antes de receber o primeiro pulso de alimentação (dia 1); 2) 48 horas após iniciada a alimentação (dia 3); 3) 168 horas após iniciada a alimentação, ou após o último pulso, antes do período de repouso (dia 7). Portanto, totalizaram 15 amostras no intervalo de uma semana de monitoramento. As amostras compreenderam os primeiros 15 cm do meio suporte e seu biofilme, localizados logo abaixo da camada superficial do depósito de lodo. Dispostas em duplicata, as amostras foram pesadas e levadas à estufa por 16 horas à 105 ºC para eliminação da umidade (determinação da umidade do meio filtrante). Em seguida as amostras foram pesadas e encaminhas à mufla por 20 minutos à 550 ºC para volatilização da matéria orgânica (determinação dos sólidos voláteis presentes no biofilme). Logo após, as amostras foram novamente pesadas e lavadas em água corrente com ajuda de uma peneira para remoção dos sólidos fixos e permanência apenas da brita. Após esse procedimento, o que restou das amostras foi retornado à estufa por mais 4 horas à 105 ºC e pesado novamente (determinação da massa do meio suporte). E assim, por diferença em cada pesagem, foi possível obter também a massa de sólidos fixos presentes na amostra. Os resultados obtidos foram expressos em fração da massa úmida. Com ajuda do software ArcGis 10.3, interpolação (do tipo spline) entre os pontos amostrais foi realizada para se traçar um mapa da distribuição de umidade, sólidos totais, sólidos fixos e sólidos voláteis da primeira camada do filtro. É importante lembrar que neste trabalho não foi feita a análise da camada superficial de lodo.