PURIFICAÇÃO DO BIOGÁS E TRANSFERÊNCIA DE DIÓXIDO DE
CARBONO PARA SUPLEMENTAÇÃO NUTRICIONAL DE CULTURAS
ALGÁCEAS EM COLUNAS DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA GÁS -
LÍQUIDO

Nome: Larissa Bastos Paulino
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 04/03/2020
Orientador:

Nome Papelordem crescente
Ricardo Franci Gonçalves Orientador

Banca:

Nome Papelordem crescente
Ricardo Franci Gonçalves Orientador
Sérvio Túlio Alves Cassini Examinador Interno
Adrianus Cornelius Van Haandel Examinador Externo
RAQUEL MACHADO BORGES Coorientador

Resumo: Esta pesquisa objetivou estudar a influência da configuração de uma coluna de bolhas,
preenchida com efluente de uma lagoa de alta taxa que trata o efluente de um reator anaeróbio
do tipo UASB, em relação à purificação do biogás. A purificação do biogás utilizando processos
à base de microalgas possibilita a transferência de CO2 para a fase líquida, impedindo sua
emissão para a atmosfera além de aumentar o potencial energético do biogás, e proporciona,
simultaneamente, a recuperação do CO2 como biomassa microalgácea. Verificou-se o efeito da
configuração da coluna variando o tipo de difusor (de bolhas finas e de bolhas grossas) e o efeito
da presença de enchimento com um meio granularsintético de distribuição aleatória constituído
por pedaços de tubos corrugados de polietileno de alta densidade. Para isso foram
dimensionadas e construídas duas colunas: uma de bolhas finas, sem enchimento, e outra de
bolhas grossas, com enchimento. Variou-se, também, a altura da coluna de líquido (0,55, 1,55 e
2,55 m) e a taxa de aplicação de biogás (2,12, 5,31, 10,6, 15,91 e 21,22 m³.m-2h
-1
). O aumento
da taxa de aplicação de injeção do biogás proporcionou maior incremento da concentração de
gás carbônico no meio líquido e um aumento dos valores do coeficiente volumétrico de
transferência global KLa para o CO2 na coluna de bolhas finas sem enchimento (3,58, 4,13, 6,22,
6,92 e 10,48 h-1 para as taxas de aplicação de 2,12, 5,31, 10,6, 15,91 e 21,22 m³.m-2h
-1
,
respectivamente) e na coluna de bolhas grossas com enchimento (2,71, 7,51, 9,44, 14,53 e 14,93
h
-1 para as taxas de aplicação de 2,12, 5,31, 10,6, 15,91 e 21,22 m³.m-2h
-1
, respectivamente).
Adicionalmente, o aumento da taxa de aplicação acarretou no aumento da capacidade global
de transferência (STR) para a coluna de bolhas finas sem enchimento (0,17, 0,33, 0,51, 0,75 e
1,05 g.h-1 para as taxas de aplicação de 2,12, 5,31, 10,6, 15,91 e 21,22 m³.m-2h
-1
,
respectivamente) e para a coluna de bolhas grossas com enchimento (0,15, 0,68, 0,86, 1,39 e
2,17 para as taxas de aplicação de 2,12, 5,31, 10,6, 15,91 e 21,22 m³.m-2h
-1
, respectivamente).
No entanto, o aumento da taxa de aplicação reduziu, de forma geral, a eficiência de
transferência de massa (STE) 39,2, 29,5, 22,9, 22,6 e 23,7 % para a coluna de bolhas finas sem
enchimento nas taxas de aplicação de 2,12, 5,31, 10,6, 15,91 e 21,22 m³.m-2h
-1
, respectivamente.
Por outro lado, para a coluna de bolhas grossas com enchimento, houve um aumento da STE de
34,33, 61,40, 38,74, 41,53 e 48,75 %, nas taxas de aplicação de 2,12, 5,31, 10,6, 15,91 e 21,22
m³.m-2h
-1
, respectivamente. A altura da coluna de líquido apresentou influência nos parâmetros
de transferência, sendo que o aumento da altura proporcionou maiores valores dos coeficientes
cinéticos. De forma geral, a coluna de bolhas grossas com enchimento apresentou melhor
desempenho que a coluna de bolhas finas sem enchimento. Os resultados sugerem que o
enchimento tenha atuado como anteparo à passagem das bolhas, evitando a coalescência,
quebrando as bolhas em bolhas menores e aumentando o tempo de detenção do gás na coluna.
Por outro lado, as duas colunas apresentaram maiores valores de KLa para o metano com o
aumento da taxa de aplicação, assim como o percentual de perda que variou entre 6,33 a 27,82
%. Apesar de a coluna de bolhas grossas com enchimento ter apresentado maiores valores de
KLa, as duas configurações de colunas apresentaram perdas de metano similares. Estimou-se o
potencial energético do biogás bruto e purificado para cada coluna, e os resultados indicaram
que, para a coluna de bolhas grossas, não foi vantajosa a purificação do biogás devido à alta
absorção de oxigênio e à perda de metano; portanto, a produção máxima de energia foi do
biogás bruto (72, 7W). Por outro lado, para a coluna de bolhas finas, a purificação do biogás
obteve melhores resultados, tendo o seu valor máximo (79,38 W) para a taxa de aplicação de biogás de 2,71 m³.m-2h
-1
. Ainda, para todas as taxas de aplicação testadas em ambas as colunas,
os resultados indicaram um balanço positivo de energia.

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