Preliminary simulation of kinetic parameters in biological reactors treating vinasse
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Anaerobic digestion is shown as a solution to meet the demand for wastewater treatment and generate electricity indirectly through hydrogen gas and methane. Therefore, this study performed a kinetic analysis by calculating the kinetic constants and subsequent simulation of mathematical models, in two Anaerobic Fluidized Bed Reactors (AFBR) in series: one acidogenic (AFBR1) and the other methanogenic (AFBR2), treating agroindustrial waste from sugar cane (vinasse) for the production of hydrogen and methane. Vensim PLE ® software was used to simulate the adapted models. For each reactor and variable analyzed (COD, butyric acid, acetic acid, and propionic acid) the hydraulic behavior of plug flow and complete mixing were considered, and reaction orders 1 for COD and 1 and 2 for the others, for comparison between simulated and experimental data. Such considerations were also compared with experimental data obtained under the different operational conditions (TDHs of 12 and 16 for RALF1; 12, 6, and 4 for RALF2). The adherence of the curves generated through the simulations was analyzed through Pearson's correlation coefficient (r), with values between 0.90 and 1.0, corresponding to a strong correlation, especially for the degradation of organic matter in terms of Chemical Oxygen Demand (COD). For this condition, the highest value of the kinetic constant was obtained for the consideration of the complete mixing regime in RALF2 operating with a TDH of 12 hours (KDQOM = 0.0419 ± 0.007 h-1). Regarding the simulation of organic acids, the order 2 perfect mixing flow model best represented the behavior for the experimental conditions of the research. The results found to confirm that simulation under conditions that satisfactorily represent the treatment unit behavior can compose operational benefits for biological systems.
Article Details
References
Aquino, S. F. D., & Chernicharo, C. A. (2005). Acúmulo de ácidos graxos voláteis (AGVs) em reatores anaeróbios sob estresse: causas e estratégias de controle. Engenharia Sanitária e Ambiental, 10, 152-161.
Barros, V. G. D. (2017). Produção de metano de vinhaça com suplementação de torta de filtro em reatores UASB em série, mesofílicos e termofílicos: desempenho do processo e diversidade microbiana [Tese de Doutorado]. Universidade Estadual Paulista.
Bułkowska, K., Białobrzewski, I., Klimiuk, E., & Pokoj, T. (2018). Parâmetros cinéticos de absorção de ácidos graxos voláteis no ADM1 como fatores-chave para modelar a codigestão de silagens com esterco suíno, vinhaça rala e fase glicerinada. Energia Renovável, 126, 163-176. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.03.038
Bayu, A. I., Lestary, R. A., Dewayanto, N., Mellyanawaty, M., Wicaksono, A., Kartika, R. W. A., Sakka, D. F., Azis, M. M., Budhijanto, W. (2022). Results in Engineering, 14(9), 100432. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100432
Chernicharo, C. D. L. (2007). Princípios do tratamento biológico de águas residuárias: reatores anaeróbios. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 5, 379.
Dancey, C., & Reidy, J. (2018). Estatística Sem Matemática para Psicologia-7. Penso Editora.
Ebrahimi, A., Hashemi, H., Eslami, H., Fallahzadeh, R. A., Khosravi R., Askari, R. & Ghahramani E. (2018). Cinética da produção de biogás e da remoção da demanda química de oxigênio do composto de lixiviado num reactor anaeróbio de manta migratória. Journal of Environmental Management, 206(8), 707-714. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.10.038
Foresti, E. et al. (1999). Fundamentos do tratamento anaeróbio. In: CAMPOS, J.R. (coord.) Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e disposição controlada no solo. Rio de Janeiro: PROSAB. Cap. 2, 29-52. https://doi.org/10.1016/j.dib.2020.105212
Gois, G. N. S. B. (2017). Produção de hidrogênio e metano a partir da vinhaça de cana-de-açúcar em reatores anaeróbios de leito fluidizado, Tese de mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal de Alagoas, 92p.
Guellout, Z., Francois-Lopez, E., Benguerba, Y., Dumas, C., Yadav, K. K., Fallatah, A. M., Pugazhendhi, A. & Ernst, B. (2022). Produção de biohidrogénio por fermentação escura a partir de biomassa de vinícola sem inóculo exógeno num reator semi-batelada: Um estudo cinético. Journal of Environmental Management, 305(13), 114393. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.114393
Mao, C., Feng, Y., Wang, X., & Ren, G. (2015). Revisão sobre os resultados da pesquisa de biogás da digestão anaeróbica. Revisões de energia renovável e sustentável, 45, 540-555. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.032
Ribas, M. M. F. (2006). Tratamento de Vinhaça em reator anaeróbio operando em batelada sequencial contendo biomassa imobilizada sob condições termofílicas e mesofílicas, Tese de doutorado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia, Universidade de São Paulo, 198p.
Sant'Anna Jr, G. L. (2011). Tratamento biológico de efluentes: fundamentos e aplicações. Engenharia Sanitária e Ambiental, 16, IV-IV.
Soares M. G. (2015). Efeito da suplementação de cobalto na biodigestão anaeróbia de vinhaça de cana-de-açúcar em reator termofílico de leito estruturado, Tese de mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Alfenas, 86p.
Zhao, X., Li, L., Wu, D., Xiao, T., Ma, Y., & Peng, X. (2019). Modelo No. 1 de Digestão Anaeróbica Modificado para modelar a produção de metano a partir de resíduos alimentares em digestões anaeróbicas semi-contínuas e descontínuas. Bioresource technology, 271, 109-117. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.091
Woiciechowski, A. L., Carvalho, J. C., Spier, M. R., & Soccol, C. (2013). Emprego de resíduos agroindustriais em bioprocessos alimentares. Biotecnologia de alimentos. Atheneu Editora, 143-171.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.