TESTES HIDRODINÂMICOS (TESTES COM TRAÇADOR)

O objetivo destes testes foi avaliar as condições hidrodinâmicas do WCFV nas duas fases operacionais. Esse tipo de teste permitiu avaliar a variação do tempo médio de detenção hidráulica ao longo do período de operação e sob diferentes condições operacionais.

Os testes foram executados conforme recomendações de um guia elaborado por Headley e Kadlec (2007), o qual traz orientações básicas sobre a realização de testes com traçador em WC.

Os resultados dos ensaios foram avaliados conforme metodologia sugerida por Metcalf e Eddy (2003) e Levenspiel (1999), a fim de obter os parâmetros: tempo de detenção hidráulica teórico (TDH); tempo médio de detenção hidráulica (ṫ), índice de curto circuito (ICC), índice do tempo modal de retenção (ITMR), índice do tempo de retenção médio (ITRM) e eficiência volumétrica (ev).

Foi utilizado o corante rodamina WT (RWT) na forma líquida concentrada (21,33%), proveniente do Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente – LEMA, da UFSM. A RWT foi colocada dentro do tanque séptico e injetada no WCFV por bombeamento, na forma de pulso.

Em cada teste foi aplicada uma quantidade de RWT necessária para alcançar concentrações de entrada e saída do WCFV, possíveis de serem detectadas com o fluorímetro portátil da marca Turner Designs (Figura 20). Os testes foram feitos após a realização de uma curva de calibração do equipamento, para várias concentrações (fluorescência x concentração de RWT). O trabalho de Giraldi et al. (2009) serviu como referência para escolha das concentrações de trabalho.

Durante os testes, foram realizadas medições de vazão e de fluorescência periódicas na entrada e na saída do WCFV. Na saída, foram feitas aferições de vazão a cada medição de fluorescência. Essas medições foram mais freqüentes em períodos com maior variação de vazão.

Anteriormente ao início de operação do WCFV (antes do início da alimentação com esgoto), foram executados alguns ensaios preliminares. Estes testes foram feitos a partir da diluição de RWT em água bruta, adicionada ao tanque séptico. A água utilizada foi proveniente de um reservatório localizado na UFSM. Os testes preliminares serviram para determinação da massa de traçador necessária a ser aplicada nos ensaios posteriores.

Figura 20 - Fluorímetro portátil da marca Turner Designs

Com o sistema em operação (alimentação com esgoto) foram realizados quatro testes, sendo a rodamina WT diluída ao próprio esgoto contido no tanque séptico. O primeiro teste (teste A) foi realizado 18 dias após o início de operação do WCFV, sendo que as macrófitas ainda não haviam sido transplantadas. O segundo teste (teste B) foi realizado 116 dias após o início de operação e após decorridos 93 dias do transplantio da macrófita Heliconia psittacorum. O terceiro teste (teste C) foi realizado 122 dias após o início de operação (100 dias após o transplantio da

Heliconia sp.). Por fim, o quarto teste (teste D) foi realizado 145 dias após o início de

operação, 121 dias após o transplantio (Tabela 5).

Tabela 5 - Estágios de operação e de desenvolvimento das macrófitas em que foram realizados os testes hidrodinâmicos

Teste hidrodinâmico

Data de realização

Dias após o início de operação Dias após o transplantio A 28/09/2015 18 - B 04/01/2016 116 93 C 11/01/2016 122 100 D 01/02/2016 145 121

O objetivo destes testes foi avaliar as condições hidrodinâmicas do WCFV no decorrer do tempo de operação, antes e após o transplantio das macrófitas e,

também, avaliar o efeito do volume das bateladas no tempo de permanência da água residuária no WCFV.

Para realização dos testes, o traçador foi previamente diluído em 10 L de água da torneira e colocado dentro do tanque séptico, instantes antes do pulso, tempo suficiente para sua mistura com o esgoto do tanque. Na tabela 6 são apresentadas as condições em que foram realizados esses testes.

Nos testes A, B e D, os volumes de esgoto aplicados foram referentes ao fracionamento da TAH diária de projeto (61,22 mm/d  correspondente à vazão de 1.500 L/d) em 4 pulsos, o que resulta num volume médio de 375 L por pulso. Por outro lado, no teste C, o volume de esgoto aplicado foi referente ao fracionamento da mesma TAH diária de projeto em 8 pulsos, o que resulta num volume médio de 187,5 L por pulso.

Tabela 6 - Condições em que foram realizados os testes hidrodinâmicos

Teste Volume planejado (L) Volume real aplicado (L) Conc. média de entrada de RWT (µg/L) Duração do pulso de alimentação (min) Período de monitoramento (min) Massa total de entrada (mg) A 375 372 53,80 4 122 20,0 B 375 383 198,29 2 122 75,9 C 187,5 191 77,62 1 122 14,8 D 375 391 109,10 2 122 20,8

Obtidas as concentrações efluentes de RWT a partir da fluorescência (curva de padrões – item 4.7.1), e as vazões efluentes do WCFV após o pulso, foram calculadas as cargas efluentes de RWT (em µg/min). Devido à grande variação da vazão efluente do WCFV, utilizou-se os valores de carga (ao invés dos valores de concentração) para obtenção das curvas E (t) e F (t). Dessa forma, nos cálculos, a designação C, que consta nas equações 12, 13 e 14 passou a representar não apenas a concentração, mas sim, a carga do traçador ao longo do tempo (carga = concentração x vazão).

Para calcular a massa (M) total de traçador que saía do sistema a cada intervalo de tempo, o tempo médio de residência (ṫ), as curvas de distribuição dos tempos de detenção na forma normalizada (E (t)) e também as curvas cumulativas

de distribuição dos tempos de detenção (F(t)), utilizou-se as equações descritas no quadro 5.

Quadro 5 - Equações utilizadas nos cálculos para obtenção da massa total de traçador (M) efluente, do tempo médio de residência (ṫ) e das curvas E (t) e F (t).

Termos Equações

Massa de traçador (M) ∫ ∑ [ ]

Tempo médio de detenção hidráulica (ṫ) ̅ ∫ ∫

∑

∑ [ ]

Função E (t) ( )

Função F (t) ( ) ∫ ( ) ∑ ( )

4.7.1 Curva de padrões do corante rodamina WT – RWT

A curva de calibração do fluorímetro, obtida para diferentes concentrações de RWT é apresentada na figura 21. Esta curva foi elaborada por meio da medição da fluorescência de treze soluções previamente preparadas com concentrações conhecidas.

Os valores de concentração padrão do corante RWT (na forma líquida a 21,33%) utilizados foram: 0,01 mg/L; 0,02 mg/L; 0,03 mg/L; 0,04 mg/L; 0,05 mg/L; 0,10 mg/L; 0,20 mg/L; 0,30 mg/L; 0,40 mg/L; 0,50 mg/L; 0,6 mg/L; 0,8 mg/L e 1 mg/L. Porém, a curva da figura 21 foi elaborada com as concentrações de RWT em µg/L de princípio ativo (por exemplo: 0,1 mg/L do corante RWT (21,33%) equivale a 21,33 µg/L de RWT).

Figura 21 - Curva de calibração – relação entre concentrações de RWT e fluorescência