Transferência de massa gás-líquido em coluna de aeração

Abstract

Neste trabalho estuda-se a transferência de massa gás-líquido a partir de bolhas de ar para a água, geradas por um difusor de ar, em uma coluna de aeração, mudando a vazão de ar de 400 L/h a 2000 L/h, o nível de água de 0,50 m a 1,80 m, cujas taxas de aplicação superficial de ar variaram de 3,1 L/m 2 .s a 15,4 L/m 2 .s. Várias características hidrodinâmicas foram medidas, tal como a velocidade ascensional das bolhas de ar e seus diâmetros, fundamentais para verificar o coeficiente de transferência de massa que estão na literatura, usando um equipamento laser para velocimetria não-intrusiva. Após os estudos da transferência de massa, foi concluído que a vazão de ar entre 400 L/h e 800 L/h e o nível de água de 1,80 m apresentou a maior eficiência de transferência de massa, garantindo para estas medidas, dentro da coluna em estudo, maior quantidade de oxigênio dissolvido. PALAVRAS-CHAVE:Aeração, difusor, velocimetria não-intrusiva, equipamento laser, transferência de massa gás-líquido. ABSTRACT INTRODUÇÃONa natureza, caso não houvesse a interferência humana, apenas a área superficial do curso de água, que fica em contato com o ar, e os obstáculos naturais, que aumentam essa área, imporiam as limitações para o desenvolvimento da vida nos diferentes ambientes.Nos dias atuais a realidade é um pouco diferente, onde a autodepuração dos rios não é suficiente para eliminar os poluentes presentes na água, pois as quantidades de esgotos domésticos e industriais lançadas nestes rios são maiores do que a capacidade dos processos naturais de torná-las inertes. As indústrias lançam muitas vezes poluentes não biodegradáveis nos cursos de água (tais como compostos inorgânicos e metais pesados), os quais se acumulam nos ambientes naturais. Os esgotos domésticos, por outro lado, são constituídos geralmente de matéria orgânica, que é biodegradável. Porém, o consumo dessa matéria orgânica é feito por microrganismos presentes na água cuja sobrevivência depende da quantidade de oxigênio dissolvido disponível na água. Portanto, a concentração insuficiente de oxigênio dissolvido implicará em menor crescimento de microrganismos, diminuindo degradação de poluentes na água. Por esse motivo é preciso gerar mecanismos que façam com que a concentração de oxigênio dissolvido na água aumente artificialmente. Os processos de aeração artificial utilizam-se do aumento do transporte turbulento tanto pelo aumento da difusão turbulenta quanto pelo aumento da área da interface de troca entre o ar e a água.Dentre estes métodos destacam-se a agitação mecânica com hélices ou turbinas (Neder, 1994 apud Innocentini, 1996, bolhas ascensionais emitidas por difusores de ar que aumenta a taxa de troca global de massa na interface entre as bolhas e a água (Shiau, 1995 apud Innocentini, 1996, estruturas hidráulicas existentes em reservatórios e rios, tais como remanso hidráulico, ressalto hidráulico e queda livre de água (Gulliver & Rindels, 1993).A eficiente aplicabilidade de aeração artificial em cursos d`água ou em etapa de tratamento de água ou esgoto advé...