top of page

Análise CFD do Processo de Desinfecção de Água por Ozonização


 

Índice :

 

1. Introdução

O ozônio é utilizado como desinfetante e agente oxidante na purificação de água potável e, mais recentemente, tem sido adotado para aprimorar o tratamento de águas residuais municipais, visando à sua reutilização como água potável e à proteção do ecossistema.

Neste estudo, investigamos a reação entre o ozônio e o Carbono Orgânico Total (COT), bem como a formação de Bromato (BrO3-).

O carbono orgânico total (COT) é uma medida da quantidade de compostos orgânicos contidos numa amostra de água. A matéria orgânica pode ser tóxica para o ambiente em rios ou correntes. Ao diminuir os níveis de oxigénio na água, os resíduos orgânicos podem levar à asfixia dos peixes e afetar os ecossistemas hídricos de muitas outras formas.

2. Metodologia de Simulação

A utilização de ozônio no tratamento de água enfrenta o desafio da formação de bromato. Se a água de entrada contiver brometo, o bromato será gerado na etapa de ozonização. Como o bromato é conhecido por ser carcinogênico, é de extrema importância otimizar o processo de tratamento e minimizar ou eliminar a formação de bromato.

A modelagem cinética baseada em reações, utilizando o FLOW-3D HYDRO, foi empregada para investigar o impacto das condições operacionais (concentração inicial de brometo, carbono orgânico total) na formação de bromato. O sistema de reação utilizado na presente simulação engloba 6 espécies (ozônio, carbono orgânico total 'COT', brometo, hipobromito, bromito e bromato).
A geometria do tanque de contato utilizado neste estudo é ilustrada na Figura. 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.

Para atingir o objetivo do estudo, é necessário considerar e discutir quatro etapas:
  • Modelar ambos os processos

  • Aumentar a quantidade de ozônio

  • Aprimorar a mistura

  • Otimizar o tempo de residência

Os cenários selecionados no estudo

3. Processo de Ozonização

O processo de ozonização foi modelado por meio do método de cinética de reação, com as equações químicas sendo estabelecidas conforme descritas no estudo de Zhang et al. (2014).

Condições da Análise:
◾ Utilização de 5 difusores de ozônio com a vazão de volume de 0,1 m³/s cada.
◾ Concentração de ozônio em cada difusor: 0,005 kg/m³.
◾ Concentração de COT na entrada: 4,9 kg/m³.
Figura.1 . As equações químicas utilizadas no estudo.
Figura.2 .O bloco de malha do tanque com 300.000 células.

4. Resultados Obtidos

Monitorar o Teor de Carbono Orgânico Total (TOC) é crucial para avaliar a eficácia da remoção de matéria orgânica durante o processo de ozonização. Ao mesmo tempo, o acompanhamento das concentrações de Bromato é essencial para assegurar a conformidade com os padrões regulatórios e reduzir os potenciais riscos à saúde associados aos subprodutos da desinfecção.

Este vídeo abaixo demonstra os resultados do caso de 5 difusores de gás ozônio.
Uma estratégia para controlar a formação de Bromato envolve o Controle de Dosagem de Ozônio. O FLOW-3D HYDRO pode nos auxiliar a determinar a localização ideal para a injeção de ozônio e a dosagem apropriada de ozônio, visando minimizar a formação de Bromato. Nesta simulação, incluímos mais 5 difusores na segunda câmara, elevando o total de difusores para 10, com uma vazão total de 1 m³/s de gás de ozônio. Quando a proporção de ozônio dobrar, a quantidade de carbono orgânico total diminuirá em 110,4%.
E esta é uma comparação entre dois casos (5 e 10 difusores)
Esta simulação demonstra dois estudos de caso do processo de ozonização em um tanque de desinfecção, com/sem o uso de deflectores, foram tiradas as seguintes conclusões:
  • As curvas demonstram um aumento gradual ao longo do tempo, partindo do zero até atingir um ponto crítico, onde o ozônio começa a reagir com o carbono orgânico, levando à sua diminuição.

  • Antes do ponto crítico, as curvas são semelhantes, no entanto, após esse ponto, os deflectores atrasam o consumo de ozônio em 50 segundos, proporcionando uma melhor mistura e um aumento no tempo de residência no tanque.

  • Apesar de a quantidade de bromato "BrO3-" ser diretamente proporcional à quantidade de ozônio, a melhoria na mistura e o aumento do tempo de residência resultam em uma redução na quantidade de bromato "BrO3-".

Este vídeo abaixo demonstra os resultados do caso de 10 difusores com 6 câmaras.
Esta figura representa a quantidade de ozônio em quatro estudos de caso. As conclusões a serem tiradas são as seguintes:
  • As curvas mostram um aumento gradual com o tempo, partindo do zero até atingirem um ponto crítico, onde o ozônio começa a reagir com o carbono orgânico, levando à sua diminuição até atingir zero.

  • A análise dos 5 difusores demonstra a menor quantidade de ozônio.

  • O tempo do ponto crítico é aproximadamente 150 segundos para todas as análises.

  • As curvas para os 10 difusores, com ou sem defletores, são semelhantes antes do ponto crítico, mas após esse ponto, os defletores atrasam o consumo de ozônio em 50 segundos, o que proporciona uma melhor mistura e um aumento do tempo de residência no tanque.

  • A análise das 6 câmaras apresenta os melhores resultados, com uma quantidade de ozônio de 0,6 kg e um tempo de residência máximo de 640 segundos.


4. Conclusão

A análise foi conduzida para investigar os impactos de diversas variáveis nos processos hidrodinâmicos, transporte, mistura e desinfecção. Os resultados da simulação indicam que o projeto de tanques de desinfecção deve considerar dois aspectos essenciais: em primeiro lugar, a minimização de curtos-circuitos para garantir uma exposição adequada e uniforme do desinfetante aos patógenos; em segundo lugar, o aumento do tempo de residência devido à retenção do desinfetante em zonas inativas, o que invariavelmente propicia a formação de subprodutos da desinfecção. Todavia, essas simulações têm o potencial de oferecer uma avaliação mais precisa de tanques de desinfecção recém-projetados ou modernizados para diversas circunstâncias.
Esta tabela ilustra a relação entre diversas variáveis investigadas na análise
 

Referências :

 




53 visualizações0 comentário

Comentarios

Obtuvo 0 de 5 estrellas.
Aún no hay calificaciones

Agrega una calificación
bottom of page