Modelagem matemática e simulação da remoção simultânea de carbono e nitrogênio em reator anaeróbico-anóxico: uma aplicação do ADM1

Abstract

Esta tese tem como objetivo principal avaliar a remoção simultânea de carbono e nitrogênio (RSCN) em reator anaerobio-anoxico por meio da modelagem matem atica e simulação. Na primeira etapa da pesquisa, o Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1) foi implementado no software Matlab/Simulink e ajustado aos dados experimentais obtidos a partir de um digestor anaerobio utilizado para estabilizaçãao do lodo de esgoto doméstico. Os resultados mostram uma boa concordãncia entre os dados experimentais e os simulados para as concentraçãao de propionato, acetato, produção e composição de biogás e pH, corroborando a potencialidade de utilização do modelo para prever o comportamento dos processos biológicos de digestão anaerobia. Na segunda etapa, foi desenvolvida uma extensão do ADM1 incluindo o processo de desnitricação, para simular o efeito do tempo de detenção hidráulica (TDH) e da relação DQO/NO􀀀 3 na RSCN em um reator anaerobio-anoxico tratando aguas residuárias doméstica. O modelo foi calibrado com dados experimentais previamente publicados e obtidos a partir de ensaios em bateladas. Os experimentos foram conduzidos em reatores operados em bateladas, alimentados com substrato sintético (1500mg DQO.L􀀀1) e inoculados com lodo oculento (500 mg SSV.L􀀀1) proveniente de um reator UASB. Diferentes concentrações de nitrato de potássio foram adicionadas nos reatores a m de obter relações de DQO/NO􀀀 3 de 40 e 150, respectivamente. Adicionalmente, foram realizadas simulações para avaliar a RSCN em um reator anaer obio-an oxico operado em regime contínuo considerando 6 cenários diferentes. Os cenários propostos foram baseados na caracterização afluente típica de águas residuárias doméstica. O modelo foi calibrado satisfatoriamente e os resultados simulados revelaram que o melhor cenário para ocorrência da RSCN foi com a relação DQO/NO􀀀3 e TDH iguais a 10 e 15 horas, respectivamente. Por m na terceira etapa, o modelo ADM1 foi adaptado para avaliar a RSCN em um reator anaerobio-anoxico tratando aguas residuárias sintética simulando efluente de processamento de pescado. O modelo foi calibrado e validado a partir de dados experimentais obtidos em ensaios em bateladas. Os resultados simulados mostraram boa aderência aos dados experimentais, com um erro médio absoluto variando entre 15 e 38% na calibração e 19 e 36% na validação. Os resultados obtidos nessa pesquisa mostraram que as adaptações do ADM1 para RSCN de águas residuárias de origens doméstica e de processamento de pescado podem ser utilizadas como uma ferramenta para melhor compreensão da RSCN, permitindo a definição de melhores condições de operação e processo.