II OCORRÊNCIA DE METANO NO EFLUENTE DE REATORES UASBs E SUA DISSIPAÇÃO EM CAIXA DE DISTRIBUIÇÃO DE VAZÃO DE ETE OPERANDO EM PLENA ESCALA

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1 II-2 - OCORRÊNCIA DE METANO NO EFLUENTE DE REATORES UASBs E SUA DISSIPAÇÃO EM CAIXA DE DISTRIBUIÇÃO DE VAZÃO DE ETE OPERANDO EM PLENA ESCALA Bruo Sde da Slva () Egehero Satarsta e Ambetal graduado pela Uversdade Federal de Sata Catara. Egehero do Departameto de Pesqusa, Desevolvmeto Tecológco e Iovação da Compaha de Saeameto Básco do Estado de São Paulo SABESP. Arto Checo Davd Egehero Mecâco pela Escola Poltécca da Uversdade de São Paulo. Mestre em Egehara Hdráulca e Saeameto pela Escola Poltécca da Uversdade de São Paulo. Egehero do Departameto de Pesqusa, Desevolvmeto Tecológco e Iovação da Compaha de Saeameto Básco do Estado de São Paulo SABESP. Marcelo Kej Mk Egehero Cvl, Mestre em Egehara Hdráulca e Saeameto pela Escola Poltécca da Uversdade de São Paulo, Gerete do Departameto de Projetos de Pesqusa da Supertedêca de Pesqusa, Desevolvmeto e Iovação da Compaha de Saeameto Básco do Estado de São Paulo SABESP. Thago Pexoto dos Satos Egehero Químco graduado a Uversdade Padre Acheta-Judaí. Técco em Sstemas de Saeameto da Compaha de Saeameto Básco do Estado de São Paulo SABESP. Edereço () :: Rua Costa Carvalho, º 300 Pheros São Paulo SP CEP: Brasl. Tel: +55 () Fax: +55 () e-mal: bsde@sabesp.com.br. RESUMO Este artgo apreseta uma dscussão a cerca da ocorrêca de metao dssolvdo em efluete de um reator UASB operado em plea escala, e sua dsspação em caxa de dstrbução de vazão da ETE Várzea Paulsta. Para a quatfcação da cocetração de metao dssolvdo o efluete, fo utlzada a metodologa da múltpla extração do headspace e aálse do gás extraído através de cromatografa gasosa. Apesar de estudos recetes terem relatado cocetrações de metao dssolvdo a ordem de 20 mg/l, fo ecotrado essa vestgação valores de até 6,5 mg/l, o que represeta cerca de 60% da cocetração de saturação do metao as codções de operação do reator. Já o gás resdual dsspado a caxa de dstrbução de vazão apresetou cocetrações médas de metao de até 8 %. PALAVRAS-CHAVE: Bogás, Metao Dssolvdo, Reator UASB. INTRODUÇÃO O metao produzdo os reatores UASB pode ser parcalmete perddo juto com seu efluete fal. Estma-se que essa perda represeta de 30 a 40% de todo o metao produzdo em reatores do tpo UASB. A "dssolução" do bogás (metao e outros gases) a fase líquda é um feômeo que se orga o mato de lodo do reator. O bogás gerado o mato de lodo, localzado o fudo do reator, e, por sso, a uma pressão mas elevada (equvalete à colua de água acma da mata de lodo, em toro de 4 metros) forma bolhas que ao subrem aumetam de tamaho, até serem despreddas em uma zoa de meor pressão, ode o bogás é coletado (zoa de baxa pressão, varado de 5 a 30 cm.c.a). Porém, uma parcela do metao se matém dssolvdo o efluete e pode ser lberado para a atmosfera durate sua passagem por algum dspostvo físco que cause turbulêca ou agtação do líqudo, como caxas de passagem e de dstrbução de vazão. Nesse trabalho buscou-se vestgar a ocorrêca de metao dssolvdo em efluetes de reatores UASB operado em plea escala, e sua dsspação em caxa de dstrbução de vazão que recebe a vazão tratada esse reator, com vstas a subsdar estudos futuros de redução e recuperação de emssões fugtvas de metao.

2 OBJETIVO Ivestgar a ocorrêca de metao o efluete de reatores UASB e sua dsspação em caxa dstrbudora de vazão. METODOLOGIA A medção da cocetração de metao presete as amostras de efluete de UASB fo realzada através da metodologa das Múltplas Extrações Headspace MHE. Essa metodologa é uma técca quattatva utlzada para aálse de gases de teresse em Cromatografa Gasosa, e sua prcpal vatagem frete a outras téccas de medção é ão depeder da costate da Le de Hery, que pode sofrer varação quado o efluete fal apreseta mpurezas, como o efluete de reatores UASB. Assm, foram realzadas campahas de medções para vestgar o teor de metao dssolvdo o efluete de reatores UASB, a zoa de decatação do reator e medatamete após sua passagem em caxa de dstrbução de esgotos para o processo de lodos atvados. Na caxa de dstrbução, serão realzadas medções de vazão e composção o gás resdual. Os potos de amostragem estão apresetados a fgura a segur. A descrção dos potos ecotra-se a tabela. Fgura : Potos de Amostragem Tabela : Descrção dos Potos de Amostragem e Parâmetros Aalsados Poto de Amostragem Descrção do Poto Parâmetros P Efluete do UASB Metao (mg/l) P2 Efluete da Caxa Dvsora de Vazão Metao (mg/l) P3 Gás Resdual Metao (%); Vazão (l/s); Pressão (cm.c.a); Temperatura (ºC) Os materas utlzados a vestgação da ocorrêca de metao o efluete do reator UASB (P) e após sua passagem por caxa de dstrbução de vazão que almeta o sstema de tratameto subsequete de lodos atvados (P2) ecotram-se apresetados a fgura a segur. 2

3 a) Kt de Extração e Trasferêca de Gases b) Cromatógrafo Thermo McroGC Fgura 2: Materas e Equpametos Utlzados o Processo de Ivestgação Para a aálse da dsspação de metao a caxa dstrbudora de vazão, serão utlzados os segutes strumetos de medção: tubo ptot, maômetro em U e sesor de temperatura. O tubo ptot terá a fução de medr a pressão dferecal de gases em uma tubulação de coleta de gases resduas com dâmetro de 200 mm, por ode os gases são coletados e ecamhados para o teror do taque de lodos atvados. Fgura 2: Caxa de Dstrbução de Vazão e Tubulação de Coleta de Gases A velocdade do fludo através dessa tubulação de coleta é calculada através da equação 0 e a vazão pela equação da cotudade (equação 02). υ = (2x p/ρ) equação (0) Q= A x υ equação (02) O maômetro em U e sesor de temperatura são utlzados para medr, respectvamete, a pressão maométrca e a temperatura da lha de coleta do gás resdual, cuja faldade será ormalzar as medções de vazão. A quatfcação do metao o gás resdual coletado a tubulação de coleta de gases será quatfcada por cromatografa gasosa, coforme apresetado a fgura 2. 3

4 Descrção da metodologa MHE Através da metodologa MHE os gases extraídos cotuamete da fase líquda (efluete do reator UASB) (extração dâmca) ou passo a passo (extração estátca), fazedo com que uma ova codção de equlíbro seja adqurda a cada etapa de extração. Uma vez que o processo de extração ocorre de maera cotíua, o gás dssolvdo arrastado para o headspace apresetará calmete uma máxma cocetração esta fração do headspace, decado com o tempo. Este decameto segue uma curva expoecal (Kolb & Ettre, 99), de prmera ordem coforme a segute equação: dc / dt = qc equação (03) ode q é uma costate. A cocetração C em um determado tempo t depederá da cocetração cal C e pode ser descrta através da segute equação: C q. t = C e equação (04). Em um processo de extração passo a passo (extração estátca), a cada tervalo de tempo podemos determar a cocetração do composto de teresse através da aálse em cromatografa gasosa. Neste caso, o tempo t pode ser substtuído pelo úmero de extrações sucessvas. Como a área de pco observada o cromatógrafo é proporcoal à cocetração do composto de teresse o headspace, pode-se substtur C e C da equação 04 pelas respectvas áreas de pco. A prmera extração ( = ) ocorre o tempo t=0. Portato, se forem realzadas extrações, t = -. A costate q da equação 03 será substtuída por q, de forma que a equação 04 pode ser escrta da segute forma: A equação (05) = A e. q ( ) A quatdade total do composto aalsado a amostra pode ser calculada através da soma total das áreas de pco obtda os sucessvos cromatogramas, coforme equações a segur: A = A + A + A A 2 3 A equação (06) q 2 q ( ) q = equação (07) [ e e e ] A.... A equação 07 é uma progressão geométrca de quocete f, ode: f q = equação (08) e Substtudo a equação 09 a equação 07 teremos: [ ] 2 ( + f + f + + f ) A equação (09) = A.... A soma desta progressão geométrca a partr do prmero termo da progressão é dada pela segute equação: S = = ( ) 2 A. f = A f + A f A f ( ) equação (0) Para f S ( f ) A. ( f ) A =. = f f Para ftas extrações a equação 0 e equação resultam a segute equação: equação () 4

5 =. ( ) A A S A f = = q f e = equação (2) Assm, fca demostrado matematcamete que a partr de certo úmero de medções é possível calcular a soma total de cada área correspodete à cocetração do gás de teresse o headspace, ao vés de se proceder a soma até um úmero fto de extrações. De acordo com a equação 2, somete duas cógtas precsam ser quatfcadas para se obter a soma total, ou seja, A e q. A será a área obtda o cromatógrafo correspodete a prmera extração do headspace e q pode ser determado através de uma aálse de regressão lear da equação 03 que resulta a segute equação: Para =, teremos: l A q ( ) + l A = equação (3) l A q ( ) + l A = equação (4) l A l A q = ( ) equação (5) Na equação 5, q é o coefcete agular do gráfco da forma logarítmca dos pcos de área meddos. RESULTADOS As medções de metao meddas o efluete dos reatores UASB ecotram-se apresetadas a tabela 2. Os valores vararam de 4, a 6,5 mg/l. Tabela 2 Cocetração de Metao Dssolvdo Amostra q' f S Vol. [CH4] (ml) Massa [CH4] g Massa [CH4] mg coc. [CH4] (mg/l) A 0,799 0, ,2758 0, , , B,7665 0, ,4405 0, , ,5 2A,488 0, ,2203 0, , ,3 2B,42 0, ,2758 0, , , As medções de cocetração de metao a amostra da caxa resdual vararam de 6 a 8 % de CH 4, coforme apresetado a tabela 3. Tabela 3 Resultados Prelmares de Metao o Gás resdual Amostra Resultado Resultado 2 Resultado 3 Méda CH 4 (%) CO 2 (%) CH 4 (%) CO 2 (%) CH 4 (%) CO 2 (%) CH 4 (%) CO 2 (%) 6,487,9452 5,906 2,0243 6,357 2,7972 6,250 2, ,7254,9732 7,625 2,5000 8,766 3,297 8,0224 2,5883 A próxma etapa do trabalho será quatfcar a vazão de gás resdual. Novas campahas de amostragem deverão ser realzadas para obteção de ovos dados de metao o efluete líqudo dos reatores UASB e o gás resdual. Quato às amostras de efluete do reator UASB, será cluída as próxmas coletas de dados a aálse de sóldos em suspesão volátes e sóldos em suspesão totas, pos fo observado que os maores valores de cocetração de metao foram obtdos as amostras com maor cocetração de sóldos, ou seja, aqueles reatores ode hava acúmulo excessvo de lodo e escape de sóldos em suspesão para a zoa de decatação (Reatores B e 2B). 5

6 ANÁLISE DOS RESULTADOS Os resultados de metao dssolvdo obtdos através da metodologa - MHE foram comparados com as metodologas desevolvdas por Alberto et. al. (2000) e Hartley e Lat (2006), ctadas e adaptadas por Cláudo Lete de Souza (200). A comparação dos resultados prelmares etre os métodos da múltpla extração do headspace e do método adaptado por Lete de Souza (200) estão resumdos a tabela a segur. Tabela 4 Comparação dos Resultados com o Método Adaptado por Lete de Souza (200) Cocetração de Metao Dssolvdo (mg/l) Amostra Local Método Adaptado por Método MHE Cláudo Lete de Souza, 200 UASB A Várzea Paulsta 4, 2,2 UASB B Várzea Paulsta 6,5 5,7 UASB 2A Várzea Paulsta 3,3 2,6 UASB 2B Várzea Paulsta 4, 3,2 Os resultados ecotrados a partr do método de Cláudo Lete de Souza apresetaram-se ferores aos resultados obtdos com a metodologa MHE. Esta dfereça pode estar relacoada ao fato de ão se ter empregado durate os procedmetos de extração algus requstos da metodologa de Lete de Souza, como a clmatzação da amostra em estufa em temperatura costate de 25ºC. Além dsso, como a metodologa do MHE ão mplca o cohecmeto de valores da costate da le de hery e pressão de vapor, a temperatura da amostra pode ter sofrdo varação durate o procedmeto de extração. Com relação à dsspação de metao a caxa de dstrbução de vazão, foram observados valores médos da ordem de 6 a 8% de CH 4 o gás resdual, valores bastate superores ao observado por Souza (200) em expermetos realzados com caxas de dsspação, ode ele observou cocetrações varado de 0,4 a 0,6%. CONCLUSÃO Os resultados ecotrados são um dcatvo de que uma parcela sgfcatva do metao pode estar sedo perdda juto com o efluete do reator e sedo dsspado a caxa de dstrbução de vazão que almeta o taque de aeração (lodos atvados). Portato, justfca-se uma avalação mas acurada dessa rota fugtva de metao dos reatores UASB da ETE Várzea Paulsta, de modo a detfcar suas causas e estabelecer ações que possbltem a recuperação do metao, e cosequetemete, a redução de emssão fugtva desse gása ETE. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. GUDAT, A. E.; BRILLANTE, S. M. Multple Headspace Extracto Capllary gas Cromatography for the Quattatve Determato of Volatles Sold Matrces. Gas Chromatography SOUZA, C. L. Estudo das Rotas de Formação, Trasporte e Cosumo dos Gases Metao e Sulfeto de Hdrogêo Resultates do Tratameto de Esgoto Doméstco em Reatores UASB. Tese apresetada ao Programa de Pós-graduação em Saeameto, Meo Ambete e Recursos Hídrcos da Uversdade Federal de Mas Geras, como requsto parcal à obteção do título de Doutor em Saeameto, Meo Ambete e Recursos Hídrcos da UFMG