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

Processo: 21/01657-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de agosto de 2021
Vigência (Término): 31 de julho de 2023
Área do 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:15/06246-7 - Aplicação do conceito de biorrefinaria a estações de tratamento biológico de águas residuárias: o controle da poluição ambiental aliado à recuperação de matéria e energia, AP.TEM
Assunto(s):Digestão anaeróbia   Modelos matemáticos   Vinhaça

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 alternativapromissora de energia limpa é o tratamento de efluentes domésticos ou industriais usando oprocesso de digestão anaeróbia em biorreatores, em que microrganismos degradam a matériaorgânica complexa e a converte em biogás, hidrogênio ou metano. O hidrogênio, comparadoao metano, tem seu interesse ainda mais acentuado, pois durante seu processo de combustãoproduz apenas água. Nestes biorreatores acidogênicos, microrganismosdegradam diferentes tipos de substrato e produzem hidrogênio e ácidos orgânicos. Contudo, tãoimportante quanto conhecer o processo de produção deste biogás, é importante também realizara 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 AnaerobicDigestion Model Number 1 (ADM1), proposto em 2002 pelo Task Group da International WaterAssociation. Este modelo foi formulado para uma digestão anaeróbia completa, em que o produtofinal é o metano. Porém, foram realizadas modificações em sua estrutura para que este modelofosse 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 simulaçõesde 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 umgrupo de pesquisa sendo nucleado na Universidade de São Paulo para pesquisas direcionadas amodelagem de processos anaeróbios. Portanto, o objetivo deste trabalho é discretizar o ADM1 eincorporar 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)

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