Reactor biológico

O reactor (figura 24) é basicamente constituído por dois módulos, o fermentador, a câmara de mistura, o espectrómetro de massa e os manómetros de determinação de quedas de pressão na corrente gasosa.

3.3.1.1. Módulos

Cada módulo (figuras 25 e 26) compreende uma estrutura cilíndrica de policloreto de vinila (PVC) com uma altura de 1.065 m, 250.5 mm de diâmetro externo e 239.5 mm de diâmetro interno.

Na base de cada módulo encontra-se uma saída para purga de lamas ou líquido.

Dado que os módulos não são transparentes e que se trata de um reactor biológico (em que a fase líquida é de extrema importância) inclui-se uma saída paralela em tubo transparente de modo a visualizar o nível de líquido.

1 – Módulos 5 – Compressor de ar 9 – Manómetro de ar e mercúrio

2 – Fermentador 6 – Rotâmetro de ar 10 – Frasco de conexão entre os módulos e o espectrómetro

3 – Colector de líquido (controlo de pH) 7 – Frasco lavador com COV 11 – Espectrómetro de massa

4 – Rotâmetro de líquido 8 – Câmara de evaporação e mistura 12 – Saída do ar

Figura 24. Esquema da instalação.

Figura 26. Figura representativa de um módulo da TBP.

As colunas encontram-se hermeticamente fechadas, não permitindo quaisquer fugas de poluente para o ambiente. Cada módulo é constituído por 14 pratos colocados paralelamente e distanciados 4.5 cm (figura 27).

Cada prato tem uma área útil (parte superior) para formação de biofilme igual a 40 195 mm2_{, e possui uma área}

bastante rugosa devida à existência de cortes, distanciados por 5 mm, na superfície.

No topo de cada módulo encontra-se um distribuidor da fase líquida. Este tipo de formato de torre biológica de pratos não permite a formação de canais preferenciais porque obriga quer a fase líquida quer a fase gasosa a percorrer todo o módulo. O trajecto da corrente gasosa e líquida, esquematizado na figura 26, é uma combinação entre o fenómeno de

Figura 27. Fotografia da torre de pratos da TBP.

3.3.1.2. Fermentador e acessórios

O fermentador de vidro, de marca Setric Genie Industriel, tem um volume útil de 6.8 dm3_{. O fermentador (figura 28)}

possui na estrutura superior diversas entradas e saídas para permitir o controlo processual, bem como as ligações aos módulos.

A bomba centrífuga, marca Grundfos-UP 20-45 N 150, assegura a recirculação da fase líquida nos módulos, a adição de meio mineral ou meio de inoculação do reactor.

A fase líquida é controlada pelo rotâmetro (figura 29), anteriormente calibrado, de marca Fisher & Porter, D 10 A 1197 A, D 055, de modo a estabelecer o caudal a utilizar.

Figura 29. Fotografia do rotâmetro.

O fermentador possuía um agitador de 3 pás com motor rotativo e um conjunto associado de controlo de pH (eléctrodo, registador - controlador – Hanna Instruments, HI8711E). A medição do pH era realizada no colector de líquido, sendo feita a calibração com soluções padrão de 4 e 7.

No fermentador existia um sistema de bóia no tubo da entrada do líquido no fermentador, de modo a controlar o nível do líquido durante os períodos de adição de meio mineral, inoculação, controlo do nível nas colunas, etc.

O rotâmetro da água tinha a seguinte curva de calibração (equação 15):

% 25 L/h Caudal Q × = ₍₁₅₎

3.3.1.3. Simulação do efluente em laboratório

O ar utilizado provinha de um compressor canalizado do Laboratório de Instalações Piloto, do Departamento de Engenharia Biológica. O rotâmetro do ar era da marca Fisher & Porter FP D 10 A 1197 A, D 045, flutuador B03 401, e permitia a quantificação do respectivo caudal.

A calibração do rotâmetro do ar foi realizada nas condições de operação do reactor e utilizou-se um dispositivo calibrador desenvolvido por Peixoto (1998). Este dispositivo é composto por um tubo cilíndrico transparente (em acrílico), com um diâmetro interno de 64,4 mm e um volume útil interno igual a 5 L (figura 30). Foi utilizada água com sabão como flutuador leve, com o mínimo de atrito, no entanto, bem isolado para impedir fugas de ar. Este flutuador permite calibrar o

Figura 30. Fotografia do calibrador dos rotâmetros do ar.

3.3.1.3.1. Câmara de mistura

O dispositivo denominado câmara de mistura (Peixoto e Mota, 1997) é utilizado para fornecer um caudal e uma concentração conhecidos de poluente (figura 31).

Na câmara de mistura ocorre evaporação, difusão e arrastamento pela corrente do ar. O nível da câmara, que apresenta um volume interno de aproximadamente 1 L, pode ser avaliado através de uma escala em material zincado. Esta escala vai de 0 a 9. No topo da câmara de mistura pode-se verificar a existência de diversas entradas e uma saída. Existe a entrada do ar comprimido controlado pelo rotâmetro do ar, a entrada de COV puro, em estado líquido, proveniente dos frascos lavadores adjacentes, que, de acordo com o nível estabelecido na câmara de mistura, vão adicionando mais ou menos COV (utilizando uma electro-válvula para controlo). Há ainda a saída da corrente gasosa contaminada com COV e o sistema de detecção de variação de nível.

O sistema de detecção de variação de nível é uma alavanca com braços aproximadamente iguais, tendo nas extremidades uma bóia e uma peça cilíndrica em aço inox. Quando o nível de líquido na câmara de mistura desce, a bóia desce aproximando da parede o tubo em inox, que activa o detector electromagnético (Telemecanique XS 1M 30 MA 230). Este detector electromagnético envia um sinal eléctrico para o relógio, que abre uma electro-válvula, permitindo a pressurização do frasco lavador e a consequente entrada de líquido no sistema por gravidade.

3.3.1.4. Quedas de pressão

Na instalação existiam dois manómetros de vidro em forma de U (figura 32). Os líquidos manométricos eram a água e o mercúrio, utilizados respectivamente para medir menores ou maiores quedas de pressão nos módulos. Os módulos eram constituídos por 3 pontos distintos de medição da diferença de pressão.

Figura 32. Fotografia dos medidores de quedas de pressão.

3.3.1.5. Porosidade das colunas

A porosidade (ε) corresponde ao volume disponível para a passagem da fase gasosa através do enchimento (equação 16). A porosidade deve ser distinguida para três condições: a porosidade em vazio, considerando unicamente os pratos; a

porosidade em presença da fase líquida, contando com o volume ocupado pela água (volume de retenção de líquido); e a porosidade em presença da fase líquida e do biofilme desenvolvido.

(16) total vazios espaços V V = ε