3 REVISÃO DA LITERATURA
3.6 Câmara de Dessorção (CD)
3.6.1 Funcionamento e mecanismos de remoção dos gases dissolvidos
As câmaras de dessorção (CD) são baseadas em condições de agitação da fase líquida e transferência de massa para fase gasosa, conseguidas pela queda livre do líquido contendo gases dissolvidos em uma unidade fechada preenchida ou não por meio suporte e pela exaustão da atmosfera confinada. Estas unidades são utilizadas para maximizar o contato interfacial entre o gás e o líquido e assim, favorecer a dessorção dos gases dissolvidos a partir da transferência de massa para a fase gasosa, podendo ocorrer também a absorção de compostos presentes no ar para a fase líquida, como de oxigênio. De acordo com Pöpel (1979), a transferência de massa é favorecida pela renovação contínua das interfaces, para garantir a manutenção de gradientes de concentrações dos gases de interesse. Nesse sentido, a técnica da câmara de dessorção, por meio da exaustão da atmosfera confinada, promove a renovação da fase gasosa continuamente, por conseguinte, a relação entre vazões de ar que entra na unidade e de líquido afluente (rQ) é um parâmetro bastante relevante para a eficiência do sistema. Outro ponto importante é a altura de queda do líquido, pois a turbulência causada pela queda aumenta a transferência de massa da fase líquida.
A câmara de dessorção constitui-se em uma estrutura cilíndrica confinada com certa altura útil de queda, em que o líquido, neste caso o efluente de reatores UASB, é distribuído na sua parte superior em fluxo contracorrente à entrada de ar, que se dá na parte inferior da unidade (Figura 3.6). A entrada de ar é conseguida por uma vazão de exaustão estabelecida no topo da câmara, que permite a renovação contínua da atmosfera confinada. A saída do efluente da CD ocorre na parte inferior da unidade, em uma certa altura do fundo para permitir a formação de uma coluna de líquido. Segundo Corsi et al. (1996), a formação dessa coluna de líquido no fundo da unidade favorece a transferência de massa devido a agitação/turbulência causada pela queda do efluente.
Figura 3.6- Esquema ilustrativo da câmara de dessorção.
Fonte: Adaptado de Souza (2010) e Heile et al. (2017).
O esquema da Figura 3.7, apresentado por Corsi et al. (1996), representa os mecanismos de transferência de massa que são responsáveis pela volatilização de compostos orgânicos voláteis (COVs) em estruturas de quedas. Este esquema pode ser extrapolado para o entendimento dos processos de remoção de gases dissolvidos na CD, em que os mecanismos de transferência de massa envolvem cinco mecanismos das estruturas de queda: (i) superfície livre durante a queda; (ii) gotas que se desprendem da massa líquida durante a queda (efeito da ação do ar em fluxo contracorrente); (iii) gotículas de líquido formadas na superfície da coluna de líquido durante o impacto da queda do líquido afluente; (iv) agitação superficial; e (v) bolhas de ar incorporadas à coluna de líquido. Conforme Corsi et al. (1996), os processos de absorção e dessorção que ocorrem em estruturas de queda se dão a partir da transferência de massa que seguem a teoria de dois filmes e é controlada pela difusão molecular através das interfaces gás-líquido.
Os mecanismos de transferência de massa dependem de alguns fatores, que podem maximizar ou limitar os processos de dessorção e absorção nas CD, são eles: a solubilidade dos compostos no líquido, representada pelo valor da constante da lei de Henry; a carga hidráulica superficial (CHS) do sistema; o número de renovações da atmosfera confinada (headspace) da unidade, que está associada à relação entre vazões de ar e líquido (rQ); a altura útil de queda; a profundidade da coluna de líquido formada no fundo da unidade; área superficial específica do enchimento (quando houver); e a temperatura do efluente (CORSI et al., 1996; HUETE et
Figura 3.7- Mecanismos de transferência de massa em estruturas de queda.
Fonte: Corsi et al. (1996). 3.6.2 Câmara de dessorção com enchimento
A configuração da CD pode ser sem enchimento, denominada como Câmara de Dessorção Simplificada (GLÓRIA et al., 2016b; SANTO, 2017; MACHADO, 2018), em que o líquido flui em queda livre no interior da unidade, e CD com enchimento, na qual um meio suporte é disposto no interior da unidade para aumentar a área superficial de contato entre as fases líquida e gasosa, resultando no favorecimento da dessorção dos gases. Nesse sentido, o aumento da área superficial, proporcionado por um meio suporte, permite reduzir a relação rQ do sistema sem prejudicar a eficiência de remoção dos gases, o que possibilita a recuperação do metano dissolvido a partir de um gás residual mais concentrado. Ademais, o meio suporte pode proporcionar também a formação de um biofilme e permitir a remoção dos gases dissolvidos a partir da oxidação bioquímica na presença de O2. Estas considerações podem ser observadas nos estudos desenvolvidos por Huete et al. (2017), Santo (2017), Machado (2018). Diversos tipos de materiais e formas de preenchimento estão disponíveis comercialmente, em que, a escolha do tipo mais adequado se dá em função do peso específico, da área superficial específica e do índice de vazios. O peso específico do material está relacionado à questão estrutural da unidade, já a área superficial específica e o índice de vazios estão relacionados com a área de contato entre as interfases gás-líquido e a circulação das vazões de esgoto e de ar, por entre a camadas do preenchimento (JORDÃO E PESSÔA, 1995). Além disso, estes
dois últimos parâmetros devem ser escolhidos cuidadosamente para maximizar a dessorção dos gases dissolvidos, mas sem permitir entupimentos frequentes, já que o efluente de reatores UASB possuem quantidades consideráveis de sólidos suspensos.
Segundo Almeida (2007) materiais de enchimento alternativos, como eletrodutos corrugados, vêm sendo estudos como opções ao materiais sintéticos já comercializados, para reduzir os custos atribuído aos materiais comerciais. A Tabela 3.5 apresenta alguns materiais de enchimento comumente usados em filtros biológicos e suas características.
Tabela 3.5- Características de alguns materiais de enchimento.
Meio Suporte Peso específico (kg.m-3) Área superficial específica (m2.m-3) Índice de vazios (%) Material de construção Referências
Pedra britada 1350 50-70 55 Pedra Jordão e Pessôa (1995) Escória de alto forno 1500 55 60 Resíduo de
siderurgia Bruce e Merkens (1970) Anéis randômicos (84 mm) 60 80 98 Plástico Harrison e Daigger (1987) Downflow hanging sponge (DHS) n.a. 87 96 Espuma de poliuretano Machdar et al. (1997) Conduíte corrugado (25,4 mm) 54,2 220 95 Plástico Almeida (2007)
Fonte: Adaptado de Almeida (2007).