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https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/1257| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Análise e projeto de hidrociclones para o espessamento do lodo gerado no tratamento de efluentes de indústrias têxteis |
| Autor(es): | Moura, Artur Duarte de |
| Primeiro Orientador: | Almeida, André Ricardo Felkl de |
| Resumo: | O descarte de efluentes industriais e residenciais em corpos hídricos ganha cada vez mais atenção da fiscalização dos órgãos ambientais. Assim, é crescente a contribuição de grupos de pesquisas científicas em desenvolver novas tecnologias que contribuam para que esses descartes sejam menos prejudiciais à natureza. A indústria têxtil contribui com uma grande geração de poluentes que quando não são devidamente tratados se tornam agravante problema ambiental. Uma das matérias primas da indústria têxtil é a lã de ovinos. Devido às condições como são criadas as ovelhas, para o processamento industrial dessa lã é indispensável a retirada da maior parte possível de impurezas por meio da lavagem, para então ser transformada em fio pelo processo de cardar e por fim ser fiada e tingida. A alta temperatura e pH que são utilizados na lavagem contribuem significativamente para a geração dos lodos como efluente e a alta quantidade de água utilizada faz com que este efluente fique bastante úmido. O método mais comum de tratamento desse tipo de efluente se dá por meio da decantação ou sedimentação através de tratamento biológico via sistema de lodos ativados. Apesar de apresentar uma boa eficiência, esse método não é suficiente para remoção de compostos orgânicos dissolvidos, além de produzir grande volume de lodo. Algumas opções como a secagem ou hidrociclonagem, contribuem para o espessamento dos lodos gerados durante o tratamento do efluente. Os parâmetros geométricos dos hidrociclones dependem da família a qual ele pertence, as configurações da família Rietema e Bradley são os que aparecem com mais frequência nos trabalhos da literatura quando se trata de equipamentos com boa eficiência para separação de sólido-líquido. O Rio Grande do Sul, dentre os estados brasileiros, se destaca tanto na produção têxtil como no cenário da pecuária, em especial na produção de lãs de ovinos, por isso o objetivo desse trabalho foi projetar, analisar e simular a fluidodinâmica de hidrociclones do tipo Rietema e Bradley para o espessamento do lodo produzido por uma indústria têxtil da cidade de Bagé – RS. Primeiro, foi realizado a caracterização física do lodo do efluente através da obtenção da temperatura, da massa específica da fase fluida e da parte sólida, da sua viscosidade, da sua concentração de sólidos, e da sua distribuição do tamanho médio de partículas. Também foi feita a caracterização química através das medidas do pH, da DQO, da quantidade de matéria orgânica e condutividade elétrica. Com base nesses resultados e nas equações que relacionam a eficiência com diâmetro de corte e com o diâmetro da secção cilíndrica do hidrociclone, foi possível projetar e analisar o comportamento das eficiências dos hidrociclones de configuração Rietema e Bradley. Também foi verificado com base nas relações de Euler e Reynold qual dos hidrociclones tem menor gasto energético para uma mesma faixa de eficiência. Por fim, foi realizada a análise numérica por meio de simulação computacional, por CFD utilizando o programa ANSYS para descrever os perfis de velocidade, pressão e o comportamento da fase líquida e sólida no interior dos hidrociclones. Os resultados da caracterização física demostraram que o lodo possui massa específica de 1000,05 kg/m3 e o sólido contido no lodo possui uma massa específica de 1002,64 kg/m3 e diâmetro de partícula de 586 e uma concentração volumétrica de sólidos de 4,2 %. Na sensibilidade paramétrica, os hidrociclones de configuração Rietema e Bradley se comportaram de maneira bastante semelhante. Os resultados das simulações auxiliaram no conhecimento e na interpretação gráfica de como ocorre o movimento do fluido e a separação das fases no interior do hidrociclone. Na visualização dos perfis de velocidade tangencial, foi observado que esta é maior na região central do hidrociclone, onde retornará por movimento helicoidal ascendente, à fase menos densa. As correntes de pressão mostraram que essa variável é maior próxima nas paredes do hidrociclone, o que provoca a separação das fases. Para análise da eficiência foi utilizado o modelo Lagrangeano com curva de dispersões de sólido em água com mediana de distribuição de 586 . Ambos hidrociclones projetados apresentaram uma eficiência de separação de 74 %. |
| Abstract: | The disposal of industrial and residential wastewater into water bodies has gained increasing attention of surveillance of environmental agencies. So it is increasing the contribution of scientific research groups to develop new technologies to help ensure that these discharges are less harmful to nature. The textile industry contributes a great generation of pollutants that are not properly treated when they become aggravating environmental problem. One of the raw materials of the textile industry is the sheep wool. Due to the sheep conditions are created for the industrial processing of such wool is essential that the largest possible removal of impurities by washing, then to be transformed into yarn by carding process and finally be spun and dyed. The high temperature and pH which are used in the wash contribute significantly to the generation of effluent and sludge as high amount of water used makes this effluent becomes moist enough. The most common method of treatment of this effluent is through decantation or sedimentation through biological treatment through activated sludge system. Despite presenting a good efficiency, this method is not sufficient for removing dissolved organic compounds, besides being very susceptible to the effluent composition and produce large amounts of sludge. Some options like, drying or hydrocycloning, contribute to the thickening of sludges generated during treatment of the effluent. The geometric parameters of hydrocyclones depend on the family to which it belongs, Rietema and Bradley Family settings are appearing more frequently in the work of literature when it comes to equipment with good efficiency for solid-liquid separation. The Rio Grande do Sul, among the Brazilian states, it is so prominent in the textile production and in livestock scenario, especially in wool production of sheep, so the aim of this study was to design, analyze and simulate the fluid dynamics of hydrocyclones type Rietema and Bradley for sludge thickening produced by a textile city of Bage - RS. First the physical characterization was carried effluent sludge by raising the temperature, the density of the fluid phase and the solid part of its viscosity, its solids concentration and its distribution of the average particle size. Also the chemical characterization was done by raising the pH, COD, the amount of organic matter and conductivity. Based on these results and the equations that relate efficiency with cutting diameter and the diameter of the cylindrical section of the hydrocyclone, it was possible to design and analyze the behavior of the efficiencies of Rietema and Bradley configuration hydrocyclones. It also found based on the relationship of Euler and Reynold which the hydrocyclones has lower energy expenditure for the same range of efficiency. Finally, a numerical analysis was carried out through computer simulation by CFD ANSYS software to describe the velocity profile, pressure and performance of liquid and solid phase within the hydrocyclones. The results of the physical characterization showed that the sludge has a specific weight of 1000.05 kg / m3 and the solid contained in the sludge has a specific weight of 1002.64 kg / m3 and a particle diameter of 586 m and a volume concentration of 4 ,2 %. In parametric sensitivity, the configuration hydrocyclones Rietema and Bradley behaved in much the same way. The simulation results helped in knowledge and graphic interpretation of how occurs the fluid motion and phase separation inside the hydrocyclone. In view of the tangential velocity profiles, it was observed that this is higher in the central region of the hydrocyclone, which returns ascending helical movement, the less dense phase. The pressure currents shown that this variable is greater near the walls of the hydrocyclone, which causes phase separation. To analyze the efficiency we used the Lagrangian model with solid dispersions curve in water with a median of distribution of 586 micrometers. Both hydrocyclones designed showed a 74% separation efficiency. |
| Palavras-chave: | Environmental pollution Environmental pollution Wastewater treatment Textile industry Sludge Hydrocyclone Computational fluid dynamics |
| Editor: | Universidade Federal do Pampa |
| Tipo de Acesso: | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
| Licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/riu/1257 |
| Data do documento: | 3-Dez-2015 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| dissertacao_artur_mestrado_engenharia.pdf | Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação Stricto Sensu em Engenharia da Universidade Federal do Pampa, como requisito parcial para obtenção do Título de Mestre em Engenharia | 3.25 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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