Remoção de metano dissolvido em efluentes de reatores UASB por expansão volumétrica
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-12122023-153249/ |
Resumo: | A remoção do metano dissolvido no efluente de tratamentos anaeróbios é uma questão em aberto a ser pesquisada e desenvolvida, uma vez que o metano, por possuir um alto poder calorífico e potencial de aquecimento global 28 vezes maior do que o CO2, pode se desprender em etapas posteriores do processo de tratamento de efluentes, representando um desperdício de uma fonte de energia renovável e gerando emissão de um potente gás de efeito estufa. O sistema de expansão volumétrica para a remoção de metano dissolvido em efluentes domésticos de reatores \"Upflow Anaerobic Sludge Blanket\" (UASB) por meio de bicos hidráulicos em uma câmara de expansão possibilita a captação do metano dissolvido permitindo reduzir a emissão desse gás de efeito estufa para a atmosfera. A utilização de bico hidráulico favorece a transferência de massa, pois aumenta a interface gás-líquido e o vácuo criado na câmara mantém a atmosfera insaturada permitindo a retirada contínua do metano dissolvido. O presente estudo, conduzido em uma estação de tratamento de esgoto (ETE), que trata efluente doméstico de uma cidade de aproximadamente 75 mil habitantes (Pirassununga) com vazão média de 605 metros cúbicos por hora, 14,64 mg. L-1 em média de metano dissolvido, demonstrou que, usando efluente real, os bicos hidráulicos testados atingiram uma eficiência de remoção de metano entre 78 e 91 % em uma câmara com vácuo de -0,5 bar, sendo que o bico com padrão de dispersão leque forneceu a melhor eficiência (91%), com uma remoção de 12,57 mg. L-1, restando no efluente apenas 1, 25 mg. L-1 de metano dissolvido. O balanço energético do sistema mostra que, no caso da ETE Laranja Azeda, fazendo os cálculos com a remoção bruta do bico com padrão de dispersão leque, de cor verde, de 0,1745 kWh. m-3, a vazão mínima da ETE para atingir o valor de equilíbrio deveria ser de 692 m³. h-1 com a ressalva de que cada caso deve ser analisado individualmente por conta das características específicas de cada estação e da quantidade de metano dissolvido capaz de ser recuperado. |
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Remoção de metano dissolvido em efluentes de reatores UASB por expansão volumétricaRecovery of dissolved methane in UASB effluent by volumetric expansionupflow anaerobic sludge blanket reactoranaerobicanaeróbiobicos hidráulicosCH4CH4domestic wastewateremissões gasosasesgoto domésticogás de efeito estufagas emissionsgreenhouse gasspray nozzlesupflow anaerobic sludge blanket reactorA remoção do metano dissolvido no efluente de tratamentos anaeróbios é uma questão em aberto a ser pesquisada e desenvolvida, uma vez que o metano, por possuir um alto poder calorífico e potencial de aquecimento global 28 vezes maior do que o CO2, pode se desprender em etapas posteriores do processo de tratamento de efluentes, representando um desperdício de uma fonte de energia renovável e gerando emissão de um potente gás de efeito estufa. O sistema de expansão volumétrica para a remoção de metano dissolvido em efluentes domésticos de reatores \"Upflow Anaerobic Sludge Blanket\" (UASB) por meio de bicos hidráulicos em uma câmara de expansão possibilita a captação do metano dissolvido permitindo reduzir a emissão desse gás de efeito estufa para a atmosfera. A utilização de bico hidráulico favorece a transferência de massa, pois aumenta a interface gás-líquido e o vácuo criado na câmara mantém a atmosfera insaturada permitindo a retirada contínua do metano dissolvido. O presente estudo, conduzido em uma estação de tratamento de esgoto (ETE), que trata efluente doméstico de uma cidade de aproximadamente 75 mil habitantes (Pirassununga) com vazão média de 605 metros cúbicos por hora, 14,64 mg. L-1 em média de metano dissolvido, demonstrou que, usando efluente real, os bicos hidráulicos testados atingiram uma eficiência de remoção de metano entre 78 e 91 % em uma câmara com vácuo de -0,5 bar, sendo que o bico com padrão de dispersão leque forneceu a melhor eficiência (91%), com uma remoção de 12,57 mg. L-1, restando no efluente apenas 1, 25 mg. L-1 de metano dissolvido. O balanço energético do sistema mostra que, no caso da ETE Laranja Azeda, fazendo os cálculos com a remoção bruta do bico com padrão de dispersão leque, de cor verde, de 0,1745 kWh. m-3, a vazão mínima da ETE para atingir o valor de equilíbrio deveria ser de 692 m³. h-1 com a ressalva de que cada caso deve ser analisado individualmente por conta das características específicas de cada estação e da quantidade de metano dissolvido capaz de ser recuperado.Dissolved methane in anaerobic treatment effluent still needs to be addressed in technical literature since methane has a high energetic and global warming potential (28 times that of CO2). The possibility of uncontrolled release of this gas after anaerobic reactors means a waste of energy and turns the site into a source of greenhouse gas emission. The methane dissolved in the effluent of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactors treating domestic wastewater can be removed by volumetric expansion systems using spray nozzles in an expansion chamber. Spray nozzles increase the surface area where the mass transfer (liquid-gas) happens and the vacuum inside the expansion chamber constantly renews the atmosphere avoiding that the methane concentration reaches an equilibrium, therefore increasing recovery efficiency. This work was conducted at the \"Laranja Azeda\" Wastewater Treatment Facility (WWF), which is fully operational, treating domestic wastewater from the urban area of Pirassununga, a city of approximately 75.000 inhabitants, and receives an average of 605 m³ of domestic wastewater per hour. Results showed an efficiency between 78 and 91% for the spray nozzles tested inside a vacuum chamber where a -0.5 bar vacuum was kept. The flat fan nozzle achieved the best results (91%) removing an average of 12,57 mg. L-1 of the dissolved methane, leaving only 1,25 mg. L-1 of dissolved methane in the effluent. The energy balance of recovered methane and the equipment necessary for this specific situation, using the best situation, showed that the equilibrium flow rate should be achieved at 692 m³. h-1. Therefore, the specific characteristics of each WWF must be carefully considered, mainly the amount of recoverable methane.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPRibeiro, RogersSantos, Cássio Minghini Quirino dos2023-10-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-12122023-153249/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2023-12-18T17:40:03Zoai:teses.usp.br:tde-12122023-153249Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-12-18T17:40:03Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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