Contribuições para modelagem matemática do comportamento dos tanques sépticos para remoção de matéria orgânica

Abstract

Resumo: De acordo com dados atuais do IBGE, sabe-se que no Brasil dos 9.848 distritos, apenas 41,6% são atendidos pela rede de coleta de esgoto. Dos 5.751 distritos restantes aproximadamente 48,3% destinam seus esgotos domésticos para sistemas de fossas sépticas. Devido a sua enorme utilização no território nacional como alternativa para o tratamento de esgoto sanitário, este trabalho procura estudar conceitualmente os tanques sépticos por meio de uma avaliação matemática. Esta avaliação procura estudar o comportamento dos tanques sépticos com relação à remoção de matéria orgânica. Neste intuito foram utilizados três estudos de sistemas de tanques sépticos realizados no Brasil. A avaliação matemática utilizou diferentes regimes hidráulicos, considerando que a cinética das reações que ocorrem no interior de um tanque séptico seguem uma cinética de primeira ordem, e comparou os resultados obtidos por meio dos regimes hidráulicos com os resultados reais dos estudos utilizados. Realizada a avaliação matemática dos tanques sépticos, procurou-se discutir o comportamento da constante de remoção de substrato, K, e também foi realizada uma comparação dos dados obtidos nas simulações com dados pesquisados na literatura existente. A partir de então procurou-se definir o modelo hidráulico que melhor pudesse representar a realidade de tanques sépticos para posterior simulação da sua aplicabilidade. Nos resultados obtidos nas simulações matemáticas realizadas, percebeu-se que a constante de remoção de substrato, K, diminui conforme a turbulência no escoamento no interior dos tanques sépticos diminui. Através da comparação com dados bibliográficos, pode-se sugerir que o regime hidráulico de tanques sépticos é o fluxo disperso. Assim sendo, foi realizada uma avaliação da variação do volume em função do tempo de detenção. Em tal avaliação verificou-se que conforme o volume aumenta, a eficiência na remoção de matéria orgânica aumenta. Finalmente, este trabalho sugere, por meio dos resultados obtidos, uma revisão das normas tradicionais para o dimensionamento de tanques sépticos.

Abstract: In accordance with IBGE data, it is known that in Brazil from a total of 9,848 districts, only 41.6% are attended by the sewage collection system. From the 5,751 districts left, 48.3% destine theirs domestic wastewater to septic tanks systems. Due to its enormously utilization in the Brazilian national territory, this work has the objective to study the conception of septic tanks by a mathematical estimation. This estimation studies the septic tanks behavior, in specific the organic matter removal. Nevertheless with this intention, three studies with septic tanks done in Brazil were used. The mathematical estimation used different hydraulics models, taking into account that the reaction rate inside the reactors follow a first order reaction, and these results of the estimation were compared with the ones found in existent literature. According to the mathematical estimation done, this work has the objective to analyze the behavior of the constant K, and compare the data obtained in the estimation with the one found in literature researched. On account of this, it was defined the model that could better represent the real data used, to demonstrate the applicability of the septic tanks. Within the results obtained in the mathematical estimation, it was noticed that as the model goes from a complete dispersion situation to a plug flow reactor, the constant K reduce. As a consequence of literature data researched, it is suggested that the hydraulic model inside a septic tank is the dispersion model. Finally, this work recommends, by the results obtained, a deep analysis and a revision of the traditional methods being used.