Otimização da eficiência hidráulica de um sistema tipo wetland construído usando CFD

Abstract

Simulações de Fluidodinâmica Computacional (CFD) foram realizadas para determinar os efeitos empíricos de parâmetros geométricos e de vazão sobre o desempenho hidráulico e a fração de poluentes de efluentes de um sistema de wetland construído modificado (EvaTAC) são descritos. O modelo de CFD foi validado por meio da comparação da distribuição do tempo de residência (RTD) computacional com resultados experimentais. Funções da distribuição do tempo de residência (RTD) foram utilizadas para quantificar índices hidráulicos: curto-circuito,mistura e momento. Um planejamento fatorial completo foi aplicado e os resultados foram analisados estatisticamente. O EvaTAC é composto por uma câmara de evapotranspiração (CEvap) e um wetland construído com fluxo horizontal subsuperficial (HSSF-CW). Para o CEvap, os efeitos da vazão e o comprimento do wetland foram investigados em dois níveis. Os resultados mostraram que, para o desempenho hidráulico, o comprimento e a sua interação com a vazão foram os fatores mais importantes, para a fração de poluentes de efluentes o fator mais importante foi a vazão. Para o HSSF-CW, os efeitos da vazão, comprimento do wetland e as chicanas foram estudados em dois níveis. Os resultados mostraram que a mais forte influência na eficiência hidráulica foi o comprimento. Chicanas e a sua interação com o comprimento também teve alguma influência sobre a eficiência hidráulica. Além disso, os resultados mostraram que a vazão, o comprimento, e a interação entre a vazão e o comprimento influenciam significativamente a fração de poluentes de efluentes. Finalmente, os índices hidráulicos foram comparados com a fração de poluentes de efluentes. Uma baixa correlação foi obtida, indicando que os índices hidráulicos não são bons indicadores da fração de poluentes de efluentes.

ABSTRACT - Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations undertaken to determine empirical effects of geometric and flow parameters on the hydraulic performance and the effluent pollutant fraction of a modified constructed wetland system (EvaTAC) are described. The CFD model was validated by comparison of the computed residence time distribution (RTD) with experimental results. RTD functions were then used to quantify hydraulic indexes: shortcircuiting, mixing, and moment. A full factorial design was applied and the results were analyzed statistically. The EvaTAC is composed of an evapotranspiration chamber (CEvap) and a horizontal subsurface flow constructed wetland (HSSF-CW). For the CEvap, the effects of flow rate and wetland length were investigated at two levels. The results showed that for the hydraulic performance length and the interaction between length and flow rate were the most important factors and for the effluent pollutant fraction the most important factor was flow rate. For the HSSF-CW, the effects of flow rate, wetland length and baffles were studied at two levels. The results showed that the strongest influence on the hydraulic efficiency was the length. Baffles and the interaction between length and baffles also had significant statistical influence on the hydraulic efficiency. Furthermore, the results showed that flow rate, length, and the interaction between flow rate and length influenced the effluent pollutant fraction significantly. Finally, the hydraulic indexes were linked to the effluent pollutant fraction. A poor correlation was obtained, indicating that the hydraulic indexes are not good predictors of the effluent pollutant fraction.