Processo de Desgaseificação em Tratamento de Esgoto

A desgaseificação e a aeração são dois processos comuns de transferência de massa no tratamento de água. A primeira consiste em remover o gás dissolvido na água, enquanto a segunda consiste em dissolver o gás (ar) na água.

O processo de desgaseificação pertence ao processo de separação por transferência de fase gás-líquido, ou seja, o gás (gás transportador) é introduzido nas águas residuais para torná-las totalmente em contato entre si, de modo que o gás dissolvido e os solutos voláteis nas águas residuais passem através a interface gás-líquido e transferência para a fase gasosa, atingindo assim o objetivo de remoção de poluentes. Portanto, o processo de desgaseificação é frequentemente chamado de “remoção”.

A água e as águas residuais geralmente contêm gases dissolvidos, e a água natural contém uma variedade de gases. Como o oxigênio e o nitrogênio são os principais componentes da atmosfera, as águas superficiais contêm principalmente esses dois gases. O dióxido de carbono é outro componente atmosférico comum e a sua concentração varia de local para local, dependendo em grande parte da produção industrial e das condições de assentamento humano na área.

Portanto, o dióxido de carbono também é um gás comum na água. Por exemplo, uma grande quantidade de CO2 é produzida quando águas residuais contendo ácido sulfúrico são neutralizadas com calcário, e uma grande quantidade de CO2 também é produzida quando a água passa através de um trocador de íons de hidrogênio durante o processo de amolecimento e dessalinização.

As propriedades do nitrogênio e do oxigênio são bastante diferentes daquelas do dióxido de carbono. Os dois primeiros não se ionizarão na água, portanto essas moléculas produzirão pressão de gás em solução; o dióxido de carbono produz ácido carbônico ionizável na água, portanto, apenas as partes que ainda não reagiram produzirão pressão de gás. Quando o valor do pH é inferior a 4,5, todo o dióxido de carbono dissolvido na água existe na forma gasosa; quando o valor do pH é superior a 8,5, todo o dióxido de carbono é ionizado.

Outros gases ionizáveis ​​comuns incluem H2S, HCN e NH3.

A respiração dos organismos afeta a composição dos gases na água. As bactérias do solo podem produzir uma grande quantidade de dióxido de carbono na água do poço; não há oxigênio em águas profundas porque algumas bactérias consumiram oxigênio das águas superficiais infiltradas. Detritos orgânicos no fundo de pântanos e lagos rasos geralmente produzem H2S e CH4 após decomposição anaeróbica, e o metano às vezes é encontrado em águas de poços.

Os gases acima mencionados podem corroer o sistema, ou ser prejudiciais por si só, ou prejudicar o tratamento posterior, pelo que devem ser separados e removidos.

O principal objetivo da desgaseificação é remover vários gases nocivos da água, enquanto o principal objetivo da aeração é oxigenar a água. O processo de desgaseificação é principalmente um processo de transferência de fase física, enquanto a aeração é mais complicada. Junto com o oxigênio do ar que entra na água, algumas reações de oxidação ocorrerão ao mesmo tempo. Portanto é um processo físico-químico e até bioquímico.

À medida que os processos bioquímicos entram no campo do tratamento de esgoto, a tecnologia de aeração também tem recebido atenção. Por exemplo, tecnologia de filtro biológico aerado, tecnologia SBR (tratamento de lodo ativado em lote de sequenciamento), etc.

De acordo com a teoria do equilíbrio da fase gás-líquida e da taxa de transferência de massa, em um sistema bifásico gás-líquido, a pressão parcial do gás soluto na fase gasosa é proporcional à concentração do gás na fase líquida.

Quando a pressão parcial da fase gasosa do componente é inferior à pressão parcial de equilíbrio da fase gasosa correspondente à concentração do componente na sua solução, ocorrerá a transferência de massa do componente soluto da fase líquida para a fase gasosa. A taxa de transferência de massa depende da diferença entre a pressão parcial de equilíbrio dos componentes e a pressão parcial da fase gasosa.

A relação de equilíbrio da fase gás-líquida e a taxa de transferência de massa variam com o sistema material, a temperatura e as condições de contato das duas fases. Para um determinado sistema de material, aumentando a temperatura da água, utilizando ar fresco ou operação com pressão negativa, aumentando a área e o tempo de contato gás-líquido e reduzindo a resistência à transferência de massa, a concentração da solução na água pode ser reduzida e a massa a taxa de transferência pode ser aumentada.

A solubilidade de um gás num líquido é proporcional à pressão parcial de equilíbrio do gás na superfície do líquido, que é a lei de Henry. Outra lei importante sobre a solubilidade dos gases é a lei de Dalton, que afirma que a pressão total de um gás misturado é igual à soma das pressões parciais de cada um desses gases, e isso está diretamente relacionado à sua razão molar ou razão de volume.

Por exemplo, o ar geralmente contém 80% de nitrogênio e 20% de oxigênio, e a pressão atmosférica é geralmente 101325Pa (760mmHg). A lei de Dalton afirma que a pressão parcial do O2 no ar é 152 mmHg (0,20X760 mmHg), e a pressão parcial do N2 é 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

A temperatura tem grande influência na solubilidade do gás. Quando a temperatura aumenta, a solubilidade diminuirá. Isso ocorre porque o aumento da temperatura faz com que a pressão de vapor da própria água aumente, de modo que as moléculas de água que transbordam da interface líquido-gás carreguem outras moléculas de gás.

Outro fator que tem importante influência na solubilidade do gás é a difusão das moléculas do gás na água. Quando a temperatura aumenta, a atividade do gás acelera, a viscosidade da água diminui e a taxa de difusão aumenta.

1. Tanque de desgaseificação

O tanque de desgaseificação é a instalação de desgaseificação mais simples e eficaz. Pode contar com o contato entre o líquido e o ar na superfície da piscina para remover gases dissolvidos. Este tanque de desgaseificação é chamado de tanque de desgaseificação natural, que é adequado para gases dissolvidos que são voláteis e pode ser usado para dessorção de vapor de condensados ​​ácidos. A temperatura da água é elevada, a velocidade do vento é elevada, existem áreas abertas e não é fácil produzir poluição secundária. Seu efeito de desgaseificação está geralmente relacionado ao tempo de armazenamento, à profundidade da camada de água e à área superficial do líquido.

Para aumentar o efeito de desgaseificação, geralmente pode ser instalado um tubo de ventilação de plástico com furos na piscina ou um tubo de pulverização de água na superfície da água, o que se torna uma piscina de desgaseificação aprimorada. A altura de instalação do tubo de pulverização de água deve ser de 1,2 ~ 1,5 m da superfície da água. Para evitar a perda de água, podem ser adicionados defletores ou venezianas.

A piscina de desgaseificação também pode ser projetada como uma piscina retangular com defletores. Várias divisórias são adicionadas conscientemente à piscina para aumentar o grau de divisão da água, e um tubo plástico com furos é instalado no fundo da água para aeração.

2. Torre de desgaseificação

A fim de melhorar a eficiência da desgaseificação, recuperar gases úteis e evitar a poluição secundária, uma torre de desgaseificação é normalmente utilizada para atingir este propósito. Geralmente, as torres de desgaseificação são do tipo embalagem ou placa.

A primeira é uma torre de desgaseificação compactada, onde a água é adicionada ao topo da torre, às vezes através de um tubo de jato, e o líquido flui para baixo em forma de filme através da superfície da embalagem (como anéis de Raschig), e o ar é soprado da parte inferior da torre, em fase contínua, de baixo para cima, em contato contracorrente com as águas residuais.

O ar é geralmente usado como gás de dessorção para remover gases não dissolvidos, como dióxido de carbono, amônia, sulfeto de hidrogênio ou metano. Torres de desgaseificação compactadas são frequentemente usadas em refinarias e fábricas de papel para dessorção de vapor de condensados ​​ácidos.

Outra torre de desgaseificação é do tipo placa, cuja principal característica é que um certo número de placas é instalado na torre, e as águas residuais fluem horizontalmente através das placas e fluem para a próxima placa através do downcomer. O ar passa através da camada de água na placa de forma borbulhante ou em jato, e a composição da fase gasosa e da fase aquosa na torre muda em etapas ao longo da altura da torre.

O gás expelido das águas residuais pode ser usado para frente e para trás por meio de absorção. Por exemplo, a solução de NaOH é usada para absorver o HCN extraído para gerar NaCN, e o H2S é absorvido para gerar Na2S, e então a solução saturada é evaporada e cristalizada. O H2S também pode ser adsorvido pelo carvão ativado e, após atingir a saturação, é lavado com uma solução de sulfeto nitroso, e o enxofre pode ser recuperado após a evaporação.