Modelagem, simulação e otimização de reatores anaeróbios acidogênicos com regime de operação contínuo e escoamento pistonado

• Processo: 21/01657-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
• Pesquisador responsável: Marcelo Zaiat
• Beneficiário: Pamela Talita do Couto
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/10615-1 - Consolidação do conceito de biorrefinaria aplicado ao tratamento biológico de águas residuárias e de resíduos sólidos, AP.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/00398-3 - Modelagem, simulação e otimização de um reator de fluxo pistonado, BE.EP.PD
• Assunto(s): Modelos matemáticos Reatores anaeróbios Tratamento anaeróbio Escoamento Digestão anaeróbia Reatores biológicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Adm1 | Digestão Anaeróbia | modelagem matematica | reatores com escoamento pistonado | validação estatística | vinhaça | Modelagem matemática

Resumo

As pesquisas por fontes de energia renováveis estão cada vez mais crescentes atualmente, devido a uma possível escassez de combustíveis fósseis no futuro. Neste sentido, uma alternativa promissora de energia limpa é o tratamento de efluentes domésticos ou industriais usando o processo de digestão anaeróbia em biorreatores, em que microrganismos degradam a matéria orgânica complexa e a converte em biogás, hidrogênio ou metano. O hidrogênio, comparado ao metano, tem seu interesse ainda mais acentuado, pois durante seu processo de combustão produz apenas água. Nestes biorreatores acidogênicos, microrganismos degradam diferentes tipos de substrato e produzem hidrogênio e ácidos orgânicos. Contudo, tão importante quanto conhecer o processo de produção deste biogás, é importante também realizar a modelagem matemática do processo para simulação em outros cenários e aumento de escala. O modelo mais amplamente usado para modelagem de processos anaeróbios é o Anaerobic Digestion Model Number 1 (ADM1), proposto em 2002 pelo Task Group da International Water Association. Este modelo foi formulado para uma digestão anaeróbia completa, em que o produto final é o metano. Porém, foram realizadas modificações em sua estrutura para que este modelo fosse capaz de simular o processamento em reatores acidogênicos em batelada. Sendo assim, novos estudos são requeridos para que este modelo possa também ser usado em simulações de biorreatores operados de forma contínua e com escoamento pistonado. Consequentemente, há muito a se avançar nesta área no mundo e, principalmente, no Brasil onde há apenas um grupo de pesquisa sendo nucleado na Universidade de São Paulo para pesquisas direcionadas a modelagem de processos anaeróbios. Portanto, o objetivo deste trabalho é discretizar o ADM1 e incorporar equações de transferência de massa gás-líquido para simulação dos reatores AnTR (Anaerobic Tubular Reactor), AnSTBR (Anaerobic Structured Bed Reactor) e AnPBR (Anaerobicpacked Bed Reactor). (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

REZENDE, E. G. F.; OLIVEIRA, G. H. D.; COUTO, P. T.; ZAIAT, M.; RIBEIRO, R.. Modeling polyhydroxyalkanoates production from sugarcane vinasse by mixed microbial cultures. JOURNAL OF WATER PROCESS ENGINEERING, v. 53, p. 13-pg., 2023-05-02. (21/01657-0, 22/00398-3, 16/01253-8)

NINASIVINCHA, B. E. JORGE; COUTO, P. T.; DIAS, M. E.; HUACCHA, K.; TOMMASO, G.; RIBEIRO, R.. Anaerobic digestion model number 1 applied to the modeling of anaerobic digestion of residues generated in soluble coffee processing. Biochemical Engineering Journal, v. 209, p. 13-pg., 2024-06-15. (21/01657-0, 22/10615-1, 20/07737-2)

COUTO, P. T.; CAPSON-TOJO, G.; ESCUDIE, R.; LIMA, D. M. F.; MOREIRA, W. K.; RIBEIRO, R.; TRABLY, E.; ZAIAT, M.; STEYER, J. -P.. Dynamic modelling of mono- and disaccharide fermentation in an anaerobic fixed-bed reactor. RENEWABLE ENERGY, v. 243, p. 11-pg., 2025-04-15. (15/06246-7, 22/00398-3, 21/01657-0)