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Análise CFD do Processo de Desinfecção de Água por Cloração


 

Índice :

 

1. Introdução

A cloração é um método altamente eficaz no tratamento de águas residuais. Nas estações de tratamento de efluentes, o processo de cloração desempenha um papel crucial na eliminação de microrganismos patogênicos e na redução da carga bacteriana presentes na água. Ao introduzir cloro na água residual, este reage com os micro-organismos, desinfetando eficazmente o efluente.

A Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) encontra ampla aplicação na simulação de estações de tratamento de água. Ela permite a modelagem e otimização de diversos processos, incluindo coagulação, floculação, sedimentação, filtração, desinfecção (por exemplo, cloração e ozonização) e dosagem de produtos químicos. A CFD auxilia no projeto e na avaliação das operações unitárias de tratamento, na análise do desempenho hidráulico, na previsão de reações químicas e mistura, na otimização de parâmetros do processo.

2. Metodologia de Simulação:

Neste estudo, o software FLOW–3D HYDRO foi utilizado para realizar uma simulação de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para o processo de cloração em um tanque de desinfetante. Um modelo químico baseado na cinética foi utilizado para prever a capacidade de cloro em termos de eficiência hidráulica e desinfecção, a fim de avaliar os tanques existentes e aprimorar os projetos futuros.
A geometria do tanque de contato utilizado neste estudo é ilustrada na Figura 1. Este tanque de contato é composto por três câmaras, com dimensões totais de 16,7 metros de comprimento, 5 metros de largura e 7 metros de altura, respectivamente. A água flui através de uma abertura retangular com 5,0 metros de largura e 1,2 metros de altura.

3. Processo de Cloração

O processo de cloração foi modelado por meio do método de cinética de reação, com as equações químicas sendo estabelecidas conforme descritas no estudo de Evans e Kothandramm (2000). O processo de cloração foi simulado utilizando o método de cinética de reação. As equações químicas foram estabelecidas com base em um artigo de Evans e Kothandramm (2000). A taxa de fluxo volumétrico do fluido na entrada foi de 0,5 m³/s, e a concentração de cloro foi configurada como 0,0038 kg/m³, enquanto a concentração de patógenos (bactérias coliformes fecais) foi de 1 kg/m³.







Figura. O bloco de malha do tanque com 300.000 células.

4. Conclusão:

A distribuição da velocidade do fluido em um tanque de contato refere-se a como a velocidade do fluido varia em diferentes locais dentro do tanque. Esta distribuição é influenciada pelo projeto do tanque, pelas condições de entrada e por quaisquer estruturas ou componentes internos. O perfil de velocidade dentro de um tanque de contato pode impactar a eficiência de processos como desinfecção ou mistura.
Este vídeo ilustra a concentração do patógeno. Observe que a concentração dentro da segunda e terceira câmaras é muito baixa devido à alta eficiência de mistura com cloro. A quantidade de patógeno dentro do tanque é aproximadamente 46 vezes maior que a do cloro.
Esta figura demonstra que o tempo de residência do cloro no interior do tanque é de 400 segundos. Após 600 segundos, a vazão de cloro é constante. A relação entre a saída e a entrada (0,00055/0,0018) demonstra que 60% do cloro reagiu com o patógeno e 30% saiu do tanque.

* Quais níveis de cloro são aceitáveis para consumo?
O Ministério da Saúde estabeleceu diretrizes fundamentais para as concentrações de cloro na água tratada, visando garantir a eficácia do processo de desinfecção.
"Os níveis de cloro permitidos são definidos pela Portaria da Consolidação nº 5/2017 do Ministério da Saúde. Ela recomenda que a água fornecida contenha um teor mínimo de 0,5 miligramas por litro (mg/L = 0,0005Kg/m3) e máximo de 2 mg/L de cloro residual livre(mg/L = 0,002Kg/m3)."


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