ABSTRACT
RESUMO Compreender o comportamento hidrodinâmico de reatores biológicos pode auxiliar na detecção de problemas associados a falhas operacionais e de projeto, situações que prejudicam a eficiência do tratamento. Neste artigo, realizaram-se simulações da fluidodinâmica computacional (CFD) de escoamento de duas fases sólida-líquida de um reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB), em escala piloto (160 L), com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 10 h e vazão de 16 L.h-1. Um modelo Euler-Euler simplificado foi formulado para simular o comportamento hidrodinâmico da zona de reação, influenciada pela configuração do sistema de distribuição do afluente. Foram avaliadas quatro configurações do sistema de distribuição do afluente no reator: uma entrada na parte central (1) e duas entradas centrais (2), de fluxo ascendente; duas entradas nas laterais (3), de fluxo radial; e três entradas de fluxo descendente (4), utilizando geometrias bidimensionais e tridimensionais para verificar a formação de zonas mortas, curtos-circuitos hidráulicos e caminhos preferenciais. As melhores características hidrodinâmicas e a melhor distribuição do afluente foram verificadas na configuração 4, com melhor perfil de mistura do lodo com a fase líquida, na comparação com as demais configurações. Foi notada formação de vórtices na parte inferior do reator com maior concentração do lodo anaeróbio nessa configuração e de caminhos preferenciais nas laterais do reator na configuração 3, indicando mistura ineficiente do afluente com o lodo anaeróbio. O modelo demonstrou que a configuração do sistema de distribuição do afluente influencia significativamente o comportamento hidrodinâmico do reator UASB.
ABSTRACT Understanding the hydrodynamics behavior of biological reactors can help in the detection of problems related to operational failures and design that adversely affect the efficiency of the treatment. In this paper, computational fluid dynamics (CFD) simulations of two-phase liquid-solid flow were carried out in an upflow anaerobic sludge blanket reactor in pilot scale (160 L), with hydraulic retention time (HRT) of 10 h and flowrate 16 L.h-1. The Euler-Euler approach was formulated to simulate the reaction zone hydrodynamics. Four configurations of the influent distribution system in the reactor were evaluated: one central inlet (1) and two central inlets (2), upflow; two lateral inlets (3), radial flow; and three inlets, downflow (4), using two and three-dimensional geometries to verify the formation of dead zones, hydraulic short-circuiting and preferential pathways. Better influent distribution and greater mixture profile of the sludge with the liquid phase were found in the configuration 4, compared to the others by the formation of vortices in the bottom part of the reactor with higher concentration of anaerobic sludge. Formation of preferential pathways was noted in the lateral inlets of the reactor in the configuration 3, indicating an inefficient mixture of the influent with the sludge. The model demonstrates that the configuration of the influent distribution system significantly influences the hydrodynamics behavior of the UASB reactor.