Operação e modelagem hidrodinâmica de filtros lentos domiciliares

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Hojo, Liri Yoko Cruz Prieto
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: biofiltro; biosand filter; computational fluid dynamics; dinâmica dos fluidos computacional; escoamento em meio poroso; flow in porous media; mathematical modeling; modelagem matemática; turbidez; turbidity
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-16072021-174531/

O acesso à água potável não é uma realidade para todas as comunidades, uma solução para atender essa demanda é a utilização do filtro lento domiciliar (FLD), um tratamento de água individual que pode ser aplicado em comunidades rurais sem acesso a água tratada. Há poucas pesquisas que avaliam como as mudanças geométricas e o tipo de operação (contínua ou intermitente) dos FLDs afetam o comportamento hidráulico e, consequentemente, o desempenho da filtração. Na primeira etapa da pesquisa foram construídos quatro FLDs em escala plena, sendo dois filtros operados em escoamento contínuo e dois em escoamento intermitente. Os filtros foram alimentados com água de estudo composta por 15% de água superficial e 85% de água subterrânea. Analisaram-se temperatura, turbidez, cor aparente, condutividade elétrica, pH, oxigênio dissolvido, nitrito, nitrato, absorbância, coliformes totais e Escherichia coli para verificar a eficiência do tratamento. Os FLDs atenderam aos limites estabelecidos na Portaria GM/MS nº 888/2021 para turbidez, cor, nitrito e nitrato e os FLDs operados em escoamento contínuo apresentaram maior eficiência de tratamento. Na segunda etapa, estudaram-se as geometrias e os FLDs em escoamento contínuo e intermitente por meio da dinâmica dos fluídos computacional, com o uso do software ANSYS Student Fluent ® 2020 R2, a fim de avaliar a hidrodinâmica dos filtros. As simulações da hidrodinâmica dos quatro modelos matemáticos dos FLDs foram validadas por meio da distribuição do tempo de residência experimental, realizada previamente nos modelos físicos, e não apresentaram diferenças estatisticamente significativas. Os resultados mostraram que não foram constatadas zonas internas de recirculação, nem de curto circuito, porém constatou-se a existência de zonas mortas na base do filtro com volumes inferiores a 3% não sendo necessário realizar mudanças nas geometrias. A simulação computacional mostrou que os filtros contínuos apresentaram menor variação de velocidade e os filtros com menor diâmetro apresentaram redução das zonas mortas. Dentre os FLDs estudados, o que apresentou melhores resultados em termos de eficiência e da hidrodinâmica foi o filtro contínuo de menor diâmetro (C-FLD 1).