Alginate/Alginate-Sulfate in Solution

B

A presença de sulfureto de hidrogénio (H2S) no biogás, como anteriormente referido, potência

danos nos circuitos e equipamentos que contactam com o biogás. A combinação da formação de condensados do vapor de água (H2O) com o sulfureto de hidrogénio (H2S) poderá gerar a formação de

ácido sulfúrico (H2SO4) que irá ser responsável pela ação de corrosão. Apesar de parte destes

condensados ficarem retidos em potes de purga ao longo do circuito de biogás, o sulfureto de hidrogénio (H2S) persiste no biogás. Para prevenir estes danos existem algumas estratégias com vista

à redução do teor de sulfureto de hidrogénio no biogás. Para além de estratégias que atuem no biogás também existem outras que atuam mais a montante, por exemplo, no próprio digestor. Na Tabela 2-8, segue-se uma descrição de algumas das estratégias mais usadas.

REVISÃO BIBLIOFRÁFICA 2.11 |ESTRATÉGIAS DE CONTROLO DE SULFURETO DE HIDROGÉNIO (H2S(G)) NO BIOGÁS

44 Tabela 2-8 – Estratégias de redução de sulfureto de hidrogénio no biogás.

Estratégias por métodos físico-químicos

Variação do pH no digestor anaeróbio

Permite que a pH mais elevado a percentagem de ácido sulfídrico (H2S), do

equilíbrio de espécies H2S, HS- e S2-, seja menor. Desta forma existe

diminuição da passagem de H2S da fase líquida para fase gasosa. No

processo de elevação de pH é usual o uso de uma solução de cal apagada (Ca(OH)2). A passagem do pH do digestor de 6,5 para 7,5 já representa uma

grande redução de H2S que passa para o biogás, mas trás custos adicionais

com reagente (McFarlad e Jewell, 1989; Cirne et al, 2008; Metcalf & Eddy, 2014).

Precipitação química

Adição de sais metálicos, ferro (Fe) ou alumínio (Al), ao longo do processo da ETAR, na alimentação de lamas ao digestor ou no próprio digestor. Estes sais retêm o enxofre (S) num precipitado pouco solúvel, FeS ou Al2S3. A adição de

alumínio não é muito indicada devido à possibilidade de causar danos graves na digestão anaeróbia (Novak e Park, 2010). Quanto ao ferro (Fe) é de evitar a adição por sulfato de férrico (Fe2(SO4)3) para não aumentar o teor de sulfatos

(SO42-) no digestor, tornando quase nulo o efeito de adição de reagente (Metcalf

& Eddy, 2014). A razão mais usual no doseamento é de 3 mol de Fe por cada 1 mol de S. Esta estratégia provoca um acréscimo de lamas produzidas e custos associados para transporte a destino final (Cirne et al, 2008; Montalvo et al, 2016).

Outra estratégia atualmente pensada que vai ao encontro do conceito de economia circular é o reaproveitamento de lamas químicas de estações de tratamento de água (ETA) para adicionar no processo da ETAR. Estudos têm sido feitos para avaliar a reutilização destas lamas químicas de FeCl3 como

forma de lhes conferir um novo valor e permitir dar ao ferro, nelas contido, uma segunda utilização (Yuan et al, 2015).

Limalha de ferro ou óxidos de ferro

(Fe2O3)

No circuito de biogás, este passa por uma etapa de contacto com a limalha de ferro que contém ferro (Fe). O ferro (Fe) ao reagir com o sulfureto de hidrogénio (H2S) forma o precipitado de sulfureto ferroso (FeS). Esta

estratégia está limitada à quantidade de ferro (Fe) que vai ficando disponível para reação, chegado ao ponto de saturação será necessária regeneração da limalha ou dos óxidos de ferro. Por vezes os subprodutos da regeneração retomam à obra de entrada, potenciando o acumular de enxofre (S) no processo da ETAR (Charles et al, 2006). Estima-se que para remover 1 g de sulfureto de hidrogénio (H2S) sejam necessários 5 g de óxidos de ferro (Fe2O3)

(Kapdi et al, 2005).

Injeção de oxigénio A introdução do oxigénio (O2) na fase gasosa do digestor pode ser pelo uso de ar ou por oxigénio puro (O2). A quantidade de oxigénio a usar encontra-se

REVISÃO BIBLIOFRÁFICA 2.11 |ESTRATÉGIAS DE CONTROLO DE SULFURETO DE HIDROGÉNIO (H2S(G)) NO BIOGÁS

45 Tabela 2-8 – Estratégias de redução de sulfureto de hidrogénio no biogás.

ou micro arejamento

(O2)

entre [2 – 6] % (vO2/vtotal biogás). A quantidade é reduzida de modo a não afetar as características do biogás, e também pelas características explosivas do mesmo (Kapdi et al, 2005). Este processo gera enxofre na sua forma elementar (S0_{) que poderá ser visível na parte superior da interfase atmosfera-}

líquido com uma tonalidade amarelada. O acumular do enxofre elementar oxidado pelo oxigénio na zona da interface poderá voltar a entrar em solução no digestor. O processo de micro arejamento poderá remover 90 % do sulfureto de hidrogénio (H2S) ou reduzir o seu teor para valores < 50 ppm H2S

(Kapdi et al, 2005; Montalvo et al, 2016).

2 H2S + O2 → 2 S0 + 2 H2O (2-25)

(Kapdi et al, 2005; Montalvo et al, 2016) Muitos aspetos ainda estão em estudo. A introdução de oxigénio no digestor anaeróbio pode levar a dissolução de algum O2 na fase líquida e oxidar a

espécie HS- _{a sulfato (SO} 4 2-_):

HS- + 2 O2 → SO42- + H+ (2-26)

(Cirne et al, 2008) A presença constante de oxigénio, de humidade e de microrganismos poderá criar danos na estrutura do digestor anaeróbio pela formação de ácido sulfúrico (H2SO4) como demonstrado pela expressão:

H2S + 2 O2 bactérias→ H2SO4 (2-27)

(McGhee, 1991; Talaiekhozani et al, 2016)

Adsorção por carvão ativado

No circuito do biogás, através do contacto com o carvão ativado consegue-se diminuir o teor de alguns componentes, como por exemplo, o sulfureto de hidrogénio (H2S). Quando atingida a capacidade máxima de tratamento o

carvão ativado terá de ser substituído ou regenerado (Metcalf & Eddy, 2014).

Torres de depuração (scrubbers)

Passagem do biogás por uma solução alcalina com pH no intervalo [10 – 12], geralmente de hidróxido de sódio (NaOH). Este método acarreta custos muito elevados quando o teor de dióxido de carbono (CO2) é muito elevado. Isto

deve-se a uma reação secundária com o CO2 que promove um gasto extra

em reagente. O uso de hidróxido de sódio (NaOH) deverá ser equacionado quando a concentração de sulfureto de hidrogénio (H2S) é reduzida (Kapdi et al, 2005).

H2S + 2 NaOH → Na2S + 2 H2O (2-28)

(Kapdi et al, 2005) CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + 2 H2O (2-29)

REVISÃO BIBLIOFRÁFICA 2.12 |DOSEAMENTO DE CLORETO FÉRRICO (FECL3)

46 Tabela 2-8 – Estratégias de redução de sulfureto de hidrogénio no biogás.

Outro reagente usado é uma solução de cloreto férrico (FeCl3) ou cloreto

ferroso (FeCl2), que geram um precipitado insolúvel de sulfureto ferroso (FeS).

Os problemas advêm da rejeição ou regeneração desta solução (Metcalf & Eddy, 2014).

Estratégias por métodos biológicos

Torres de depuração biológica ou

biofiltro (bioscrubbers)

A biomassa anaeróbia é responsável pela oxidação do sulfureto de hidrogénio (H2S) a sulfato (SO₄2-). É gerado um concentrado com alto teor de sulfatos

(SO42-) que é geralmente enviado para a obra de entrada, potenciando um

acumular de sulfatos (SO42-) no processo da ETAR. Em último caso, devido à

acumulação, poderá gerar um aumento de sulfureto de hidrogénio (H2S) no

biogás.

Estratégias biológicas são mais baratas de manter, mas requerem mais área e estão dependentes do comportamento da biomassa e dos fatores ambientais inerentes (nutrientes, temperatura, toxicidade, …)