Estudo da utilização do ADM1 como plataforma de modelagem para reatores em batelada empregados no processamento anaeróbio da vinhaça de cana-de-açúcar (2021)
- Authors:
- Autor USP: COUTO, PÂMELA TALITA DO - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SHS
- DOI: 10.11606/T.18.2021.tde-27012023-095247
- Subjects: DIGESTÃO ANAERÓBIA; REATORES ANAERÓBIOS; TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS; HIDROGÊNIO; METANO
- Keywords: Análise de sensibilidade
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: 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 reatormetanogênico 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-secom 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
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- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2021
- Data da defesa: 21.05.2021
- Este periódico é de acesso aberto
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- Cor do Acesso Aberto: gold
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ABNT
COUTO, Pâmela Talita do. Estudo da utilização do ADM1 como plataforma de modelagem para reatores em batelada empregados no processamento anaeróbio da vinhaça de cana-de-açúcar. 2021. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-27012023-095247/. Acesso em: 31 dez. 2025. -
APA
Couto, P. T. do. (2021). Estudo da utilização do ADM1 como plataforma de modelagem para reatores em batelada empregados no processamento anaeróbio da vinhaça de cana-de-açúcar (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-27012023-095247/ -
NLM
Couto PT do. Estudo da utilização do ADM1 como plataforma de modelagem para reatores em batelada empregados no processamento anaeróbio da vinhaça de cana-de-açúcar [Internet]. 2021 ;[citado 2025 dez. 31 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-27012023-095247/ -
Vancouver
Couto PT do. Estudo da utilização do ADM1 como plataforma de modelagem para reatores em batelada empregados no processamento anaeróbio da vinhaça de cana-de-açúcar [Internet]. 2021 ;[citado 2025 dez. 31 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-27012023-095247/ - Modelling sugarcane vinasse processing in an acidogenic reactor to produce hydrogen with an ADM1-based model
- Using hypothesis testing on the mass-transfer effect with sulfate removal as an application
- Calibration of ADM1 using the Monte Carlo Markov Chain for modeling of anaerobic biodigestion of sugarcane vinasse in an AnSBBR
- Modeling sulfate reduction using ethanol as an electron donor in an anaerobic squencing batch biofilm reactor
- Biological neutralization of acidic effluent from a decommissioned uranium mine through sulfidogenesis: Precipitation of metals and rare earth elements
- Fixed bed in dark fermentative reactors: is it imperative for enhanced biomass retention, biohydrogen evolution and substrate conversion?
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.18.2021.tde-27012023-095247 (Fonte: oaDOI API)
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