No processamento do lodo em Estações de Tratamento de Esgoto...
No processamento do lodo em Estações de Tratamento de Esgoto, é comum o uso de digestores anaeróbios. Nesse reator, além da estabilização da matéria orgânica, ocorre a geração de metano, que pode ser aproveitado para geração de energia em microturbinas ou motores de combustão interna. Uma das formas de se estimar a produção de metano, a partir de um composto orgânico, é através da equação de Buswell e Mueller (1952):
CnHaOb + (n – a/4 – b/2) H2O → (n/2 + a/8 – b/4) CH4 + (n/2 – a/8 + b/4) CO2
Em um reator anaeróbio que recebe uma vazão de 250 m3 /d, com uma concentração de glicerol (C3H8O3 ) de 400 mg/L, usando a equação de Buswell e Mueller, qual a estimativa de produção diária de metano, em kg/d, devido à decomposição do glicerol?
Dado
C = 12
g H = 1
g
O = 16 g
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Alternativa Correta: C - 30,43
Tema da Questão: A questão aborda o processamento de lodo em Estações de Tratamento de Esgoto utilizando digestores anaeróbios. Esses digestores não somente estabilizam a matéria orgânica, mas também geram metano, que pode ser aproveitado para geração de energia. A equação de Buswell e Mueller é um método para estimar a produção de metano a partir de compostos orgânicos.
Conhecimentos Necessários: Para resolver a questão, é essencial compreender os seguintes tópicos:
- Digestores Anaeróbios: Reatores que operam sem a presença de oxigênio, decompondo matéria orgânica e produzindo metano.
- Equação de Buswell e Mueller: Fórmula que permite calcular a produção de metano a partir de um composto orgânico específico.
- Estequiometria: Conceitos básicos de química para balancear a equação e determinar a quantidade de metano produzido.
- Conversão de Unidades: Capacidade de converter entre diferentes unidades de medida, como mg/L para kg/d.
Justificativa da Alternativa Correta:
Vamos calcular a produção diária de metano usando o glicerol (C3H8O3) como exemplo:
Passo 1: Aplicar a Equação de Buswell e Mueller:
C3H8O3 + (3 – 8/4 – 3/2) H2O → (3/2 + 8/8 - 3/4) CH4 + (3/2 - 8/8 + 3/4) CO2
Simplificando, temos:
C3H8O3 + 0 H2O → 1.75 CH4 + 1.25 CO2
Passo 2: Determinar a Massa Molecular:
Massa molecular do glicerol (C3H8O3):
- C: 12 g/mol × 3 = 36 g/mol
- H: 1 g/mol × 8 = 8 g/mol
- O: 16 g/mol × 3 = 48 g/mol
Massa molecular total: 36 + 8 + 48 = 92 g/mol
Passo 3: Calcular a Produção de Metano:
Concentração de glicerol: 400 mg/L = 0.4 g/L
Vazão: 250 m3/d = 250,000 L/d
Massa de glicerol por dia: 0.4 g/L × 250,000 L/d = 100,000 g/d = 100 kg/d
Produção de metano: 1.75 mol de CH4 por 92 g de glicerol
Massa de metano por dia: (1.75 mol/92 g) × 100,000 g/d × 16 g/mol = 30.43 kg/d
Portanto, a produção diária de metano é 30,43 kg/d, confirmando que a alternativa correta é C.
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Usando a equação de Buswell e Mueller (CnHaOb + (n – a/4 – b/2) H2O → (n/2 + a/8 – b/4) CH4 + (n/2 – a/8 + b/4) CO2) para o Glicerol (C3H8O3), conclui-se que, para cada 1 Mol de Glicerol, produz-se 1,75 Mols de Metano (CH4).
Produção diária de Glicerol = 250 (m3/dia) X 400 (mg/L) (1000L/1m3) X (1Kg/1.000.000mg) = 100 kg/dia de Glicerol
massa de 1 mol de glicerol (C3H8O3) = 3*C+8*H+3*O = 3*12+8*1+3*16 = 92 g/mol
massa de 1 mol de Metano (CH4) = 1*C+4*H = 1*12+4*1 = 16 g/mol
lembrando que para 1 mol de glicerol é produzido 1,75 mols de metano.
Então, 92 g de glicerol produz 1,75 x 16 = 28 g de metano.
Se são produzidos 100 kg/dia de Glicerol, então a produção diária de metano é (28/92)*100 = 30,43478 kg/dia
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