Avaliação de câmara de dessorção para remoção de metano e sulfeto de hidrogênio dissolvidos em efluentes de reatores UASB tratando esgoto doméstico
Resumo
A presença dos gases metano e sulfeto de hidrogênio dissolvidos no líquido efluente de reatores UASB no tratamento de esgoto doméstico é uma problemática que causa preocupações em âmbitos sociais, ambientais e econômicos. Assim, tem sido recorrente a preocupação de aproveitamento dos gases de potencial energético (metano em altas concentrações), o controle dos gases de efeito estufa (metano fugitivo em baixas concentrações) e os odorantes (sulfetos de hidrogênio). Este trabalho, teve como o objetivo realizar experimentos com aprimoramentos na técnica de câmara de desorção (CD) para controle desses gases dissolvidos no efluente. Tal unidade foi testada em escala piloto, com as características de altura útil (∆H) de 1,00 e 1,50 m, para avaliar os efeitos da altura de queda na remoção dos gases metano e sulfeto de hidrogênio no efluente de um reator UASB de escala demonstração (250 habitantes). Nestas configurações, também foram avaliadas as performances da técnica aos efeitos da carga hidráulica superficial (CHS) e relação ar/líquido (rQ) em fluxo contracorrente. Com resultados de 63,4% de remoção de metano e 77,1% de sulfeto de hidrogênio nas condições de CHS de 0,35 m³/m².min e rQ de 2,9, a câmara de dessorção de 1,50 de altura indicou que o aumento da altura de queda, elevando a energia de turbulência da fase líquida, melhora as eficiências de tratamento/remoção desses gases dissolvidos. Os resultados computados de ambas configurações experimentais indicaram ainda que as melhores eficiências de controle desses gases conjugaram em determinadas dosagens de ar, cujas relações rQ ótimas encontram-se nas proporções de 2:1 a 3:1.
Introdução
A presença dos gases metano (CH4) e sulfeto de hidrogênio (H2S) dissolvidos no meio líquido efluente de reatores UASB (reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo) é uma problemática que causa preocupações em âmbitos sociais, ambientais e econômicos. Portanto, os seus efeitos individuais e/ou conjugados podem ser comprometedores, tendo em vista que esses gases podem conter características poluentes ao meio ambiente ou danosas às estruturas dos sistemas de esgotos, assim, tem sido recorrente a preocupação de recuperação dos gases de potencial energético (metano em altas concentrações), o controle dos gases de efeito estufa (metano fugitivo em baixas concentrações) e os odorantes (sulfetos, mercaptanas, etc) (METCALF & EDDY, 2016).
De fato, o gás CH4 que não é capturado pela campânula e que se encontra dissolvido na vazão líquida do efluente do UASB, até mesmo na condição de supersaturação, pode apresentar concentrações na ordem de 21 mg/L, contabilizando uma perda na ordem de 45% da produção total de metano gerado (SOUZA et al., 2011). Para o sulfeto de hidrogênio produzido no reator, em sua maior parte, permanece dissolvido no efluente, geralmente encontrado nas formas dissociadas de H2S(aq) e HS- (aq) (PAGLIUSO et al., 2002; SOUZA et al., 2012).
As iniciativas de controle desses gases dissolvidos têm se pautado em unidades específicas com contato ar/líquido para promover a transferência de massa dos gases dissolvidos no efluente. Em sua maioria, os experimentos que se propõe ao controle desses gases têm estendido além dos mecanismos de transferência de fase líquido/gasoso, aplicando meios de suporte para promover a remoção também pela oxidação bioquímica. Hatamoto et al. (2010), por exemplo, utilizou um aparato, ainda em escala de bancada, no qual estudou o tratamento de um efluente rico em gases dissolvidos através de um reator com empacotamento de esponja de poliuretano. Com aplicação do efluente através do topo desse reator, em fluxo concorrente de ar à baixa relação entre vazões ar/líquido (rQ), foram alcançadas reduções de metano dissolvido na ordem de 60% a 95%, no caso de menores cargas hidráulicas. Em uma iniciativa de ampliação na escala, utilizando efluente de UASB piloto, Matsuura et al. (2015) aplicaram baixas razões rQ (1,0 – 1,7) e recuperaram mais de 90% do metano para o gás residual. Trabalhando em baixas cargas (0,45 m³/m².h), os autores aplicaram o efluente remanescente à um segundo reator de espuma de poliuretano, desta vez com alta rQ (11,0) e removeram quase todo o metano restante na fase líquida.
Por outro lado, avaliando a questão de controle de sulfetos, Takahashi et al. (2011) utilizou um tipo biofiltro, também com esponja de poliuretano como meio de suporte e fluxo ar em contracorrente, para promover o processo de oxidação bioquímica, atingindo remoção total deste poluente, à baixa carga de efluente de reator UASB. Neste conceito, ampliando a investigação dos mecanismos que podem levar à recuperação também dos gases sulfetos, Huete et al. (2016) estudou uma câmara de controle de gases, com o princípio de funcionamento similar ao sistema avaliado por Matsuura et al. (2015), utilizando meio de suporte de anel de plástico (Pall Ring) e baixa rQ (0,5 – 1,0). Os seus resultados repetiram o alto nível de tratamento/remoção para o metano (na ordem de 99%), e remoção de apenas 31% de sulfeto (H2S), sendo afetado diretamente pela dissociação nas formas iônicas HS- e S2- à medida que se eleva o pH do meio.
Nesta linha trabalho, resgatando as abordagens iniciais Pöpel (1979) e Hudson & Ayoko (2008) sobre o equilíbrio de misturas dissolvidas de metano e sulfetos, o estudo de Chernicharo et al. (2015) enaltece um tipo de experimento que utiliza uma câmara de dessorção de gases dissolvidos, em que o dispositivo de atmosfera controlada faz a retirada dos gases pela agitação, somente através da queda d’água em seu interior, avaliando os mecanismos de desprendimento e remoção das misturas dissolvidas de metano e sulfeto de hidrogênio.
Souza et al. (2012) desenvolveram uma câmara de atmosfera controlada, operada a partir do topo do reator UASB, conectada em uma derivação imediata do efluente tratado. Nesta configuração, com altura de queda 1,10 m e 12 h-1 renovações da atmosfera interna da câmara, Gloria et al. (2016) atingiu eficiências na ordem de 73% para metano dissolvido, indicando, portanto, que é possível que gases dissolvidos sejam intensamente desprendidos, em condições de adequada turbulência na descarga.
Este trabalho de pesquisa, portanto, visa buscar evoluções na técnica de câmara de dessorção (CD) para remover metano e sulfeto de hidrogênio dissolvidos como unidade compacta, de simplicidade operacional e com baixa introdução de energia. Neste sentido, tem objetivo de avaliar a eficiência de remoção da fase líquida do efluente de reator UASB e avaliar a sensibilidade do processo de tratamento aos parâmetros de altura de queda (∆H), carga hidráulica superficial (CHS) e relação com a taxa de oxigênio.
Autores: Belinazir Costa do Espirito Santo; Roberto Meireles Glória; Lucas Martins Machado e Cláudio Leite de Souza.
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