Estudo da utilização do ADM1 como plataforma de modelagem para reatores em batelada empregados no processamento anaeróbio da vinhaça de cana-de-açúcar

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Couto, Pâmela Talita do
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: análise de sensibilidade; AnSBBR; hidrogênio; hydrogen; MCMC; metano; methane; sensitivity analysis
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-27012023-095247/

A modelagem de reatores biológicos empregados no tratamento de águas residuárias tem ganhado destaque nos últimos anos devido a possibilidade de realização de inúmeras simulações, em diferentes cenários, dispendendo menos recursos financeiros e de tempo em comparação com a realização de experimentos laboratoriais. Estes modelos matemáticos, descrevem os processos físicos, físico-químicos e as reações biológicas que ocorrem nos reatores, possibilitando a simulação do consumo de substratos, crescimento dos microrganismos e formação de novos produtos ao longo do tempo. O modelo mais amplamente usado na simulação de processos envolvendo digestão anaeróbia é o Anaerobic Digestion Model Number 1 (ADM1), o qual foi estruturado para um reator de mistura completa sem reciclo de células e para um processo de digestão anaeróbia completo, desde a desintegração e hidrólise de compostos orgânicos complexos até a produção de metano e carbono inorgânico. Porém, ao descrever o processamento de águas residuárias específicas ou a aplicação de outros tipo de reatores, o ADM1 deve ser alterado para levar em conta as particularidades de cada sistema. Sendo assim, neste trabalho o ADM1 foi modificado para simular o processamento anaeróbio de vinhaça de cana-de-açúcar em um reator metanogênico e em um acidogênico, ambos com regime de operação em batelada. Em ambas as simulações, hipóteses foram propostas baseadas no tipo de escoamento e nas rotas metabólicas envolvidas no processo. Para o reator metanogênico Anaerobic Sequencing Batch Biofilm Reactor (AnSBBR), considerou-se apenas a rota de degradação de açúcar para a formação de metano. As rotas de formação de metano a partir de ácidos graxos de cadeia longa e aminoácidos foram desconsideradas em função das baixas concentrações ou ausência dos compostos precursores das respectivas rotas metabólicas. Já para o reator em batelada acidogênico, mudanças estruturais no ADM1 foram feitas, com eliminação de algumas rotas e incorporação de outras. Assumiu-se a ausência de metanogênese e acetogênese no reator acidogênico e foram incluídas as seguintes rotas metabólicas: Lactato + Acetato → Butirato + Hidrogênio, Glicerol → Butirato + Hidrogênio; e Lactato → Acetato + Propionato, sendo esta última incorporada ao modelo para descrever o processamento de vinhaça em reator em batelada para concentrações inferiores a 30kgDQOm-3. Todo o processo de modelagem foi realizado no software Matlab R2015a e foram usados o método de minimização BoxDraper e o método de simulação Monte Carlo e Cadeia de Markov para determinação dos parâmetros livres. Além disso, estes modelos foram submetidos a testes estatísticos para avaliar sua confiabilidade, tais com o método Geweke e o Critério de Informação Akaike. O reator acidogênico, também com o intuito de validar suas rotas metabólicas foi submetido a análises de biologia molecular, que permitiu a classificação dos microrganismos atuantes no sistema. Finalmente, concluiu-se com este trabalho que a junção de todas estas técnicas envolvidas no processo de modelagem fizeram com que os modelos descrevessem de forma fidedigna os sistemas analisados.