Estudo numérico da conversão biológica de carbono e nitrogênio em reator de leito fixo

Abstract

As condições operacionais de reatores biológicos são regidas por excessivo empirismo, o que dificulta a assertividade em sua otimização. Nesse sentido, a problemática tratada por essa pesquisa foi a obtenção de bases matemáticas que colaborem com a previsão do desempenho de reatores biológicos frente a perturbações nas condições de entrada. Para isso, o presente trabalho contou com o desenvolvimento de uma rotina com a implementação de um modelo matemático em Python para a previsão da conversão biológica de Nitrogênio e Carbono. Os dados obtidos foram comparados com dados operacionais reais de um reator em escala piloto, construído em fibra de vidro, com 5,65 m³ de volume útil, diâmetro de 1,5 m e altura de 3,2 m, com 3 compartimentos distintos, sendo eles o leito de mistura, leito de Biobob® e saída do efluente. Por meio da variação das condições de entrada e observando o comportamento do reator nessas variações, com os resultados obtidos pela modelagem e através da comparação com os dados empíricos, pretendeu-se entender quais as condições de melhor comportamento e eficiência do biorreator, e os resultados servirão de subsídios para futuros testes laboratoriais. Os resultados foram compatíveis com a realidade e mostrou que nem sempre aumentar a complexidade do reator é a melhor opção.

The operating conditions of biological reactors are governed by excessive empiricism, which hinders assertiveness in their optimization. In this sense, the problem addressed by this research was to obtain mathematical bases to collaborate with the prediction of biological reactors performance against perturbations in the input conditions. A mathematical model was written in Phyton computacional language to predict biological conversion of carbon and nitrogen. The mathematical results were compared with real operational data from a pilot scale reactor, built in fiberglass, with 5.65 m³ of usable volume, 1.5 m diameter and 3.2 m height, with 3 distinct compartments, which are the mixing bed, the Biobob® bed and the effluent outlet. By changing inlet conditions and observing the behavior of the reactor in these variations, with the results obtained by modeling and through comparison with empirical data, it was intended to understand which are the conditions of best behavior and efficiency of the bioreactor, and the results will serve as subsidies for future laboratory tests. The results were compatible with reality and showed that increasing the complexity of the reactor is not always the best option.