Determinação da não-idealidades de biorreatores tipo lagoa anaeróbia

• Autor(a) principal: Mumbach, Guilherme Davi
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFFS (Repositório Digital da UFFS)
• Texto Completo: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/631
• topic: Reatores anaeróbios; Lagoas anaeróbias; Biorreatores; Distribuição de Tempos de Residência; Tratamento de efluentes

Reatores anaeróbios convencionais do tipo lagoa são largamente utilizados para tratamento de efluentes, tanto no meio urbano, como no meio rural. Isto em vista da simplicidade e baixo custo de implantação. No dimensionamento de lagoas anaeróbias, é necessário a adoção de um modelo da cinética do processo de biodigestão anaeróbia e um balanço material para o reator. Para o balanço material geralmente são utilizados os modelos ideais de reatores – Reator Agitado de Mistura Perfeita (CSTR) ou Reator Tubular (PFR). Entretanto, devido às dimensões das lagoas e a fluidodinâmica inerente, devem ser previstos desvios da idealidade. Através da análise da Distribuição de Tempos de Residência (DTR), este trabalho visa determinar a não idealidade dos reatores tipo lagoa anaeróbia para uma geometria típica de reator, avaliando o efeito do tempo de residência de projeto. Ainda, objetivou-se a proposição de um modelo de balanço material que incorpore as não-idealidades do sistema. Para isso foi utilizada a técnica da injeção pulso de traçador (azul de metileno) que, com a mensuração da concentração do mesmo na saída, a função DTR é determinada. A partir desses dados, foi ajustado um modelo para prever a não-idealidade do reator. Para realização das corridas experimentais foi construído um reator de madeira revestido internamente com geomembrana de PVC de 8 mm, apresentando razão L/D 2/1, razão H/D 1/4, inclinação das bordas de 1:2 (D/4:H) e volume útil total de 0,92 m 3 . Foram realizados experimentos adotando- se tempos de residência de projeto de 3, 6 e 9 dias. Os valores experimentais normalizados obtidos para tempo de residência médio, variância e assimetria, levantaram as hipóteses de que (i) há volume morto no reator; (ii) escoamento mais próximo a um CSTR em detrimento de um PFR; (iii) o escoamento no reator pode ser representado por meio de reatores CSTR em série. Assim, foram teorizados modelos, aqui classificados como (i) convencionais, (ii) de by-pass e (iii) de reciclo. A partir da solução analítica de cada um deles foram obtidas representações matemáticas para a DTR, que caracterizam a modelagem das não-idealidades do reator. Estes modelos foram ajustados aos dados experimentais através do algoritmo de otimização não linear Trust-region-reflective optimization algorithm. Como parâmetro de comparação, para decisão do melhor modelo (representação do escoamento do reator), foram computados os coeficientes de correlação ajustado. O melhor ajuste nos quatro conjuntos de dados experimentais foi obtido com o modelo de dois CSTRs em série com volumes variáveis e volume morto. Por fim, para o reator estudado, apresenta-se um modelo de balanço material capaz de predizer de forma mais exata a conversão da matéria orgânica de efluentes e, quando for o caso, a produtividade de biogás, auxiliando no dimensionamento destes equipamentos.