Characterization of free parameters for computational modeling of bioreactors for anaerobic manure treatment

Autor: Luiz Tadeu Maranho Bertoldi
Přispěvatelé: José Antonio Rabi, Fernando de Lima Caneppele, Karina Querne de Carvalho Passig, Rogers Ribeiro
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: Tem sido cada vez maior a busca por medidas que possam diminuir ou mesmo acabar com os efeitos indesejáveis dos resíduos orgânicos. O tratamento destes por digestão anaeróbia vem sendo comumente modelado com base no chamado ADM1 - Anaerobic Digestion Model No. 1. Este é um modelo dinâmico composto por equações algébricas e diferenciais ordinárias, com a capacidade de simular a variação das concentrações ao longo do tempo para diferentes espécies químicas presentes no biorreator. O presente trabalho teve como objetivo adaptar o modelo ADM1 original (implementado em ambiente EMSO - Environment for Modeling, Simulation and Optimisation) para a codigestão de esterco com lodo de água residuária em biorreator de fluxo contínuo. Estando o modelo computacional devidamente adaptado e apoiando-se com modelos encontrados na literatura para a validação, o presente trabalho realizou análises de sensibilidade de parâmetros livres do modelo referentes aos fatores de rendimento do produto no substrato. Tais análises consideraram variações de DQO (demanda química de oxigênio) e de vazão de gás metano na saída do biorreator após 50 dias de tratamento. A DQO apresentou diminuição em até 11% em comparação com o valor encontrado utilizando os parâmetros originais do ADM1. Esta diminuição foi obtida quando toda a DQO foi simulada com predomínio numérico de fatores de rendimento inorgânicos. Ao redistribuir numericamente os pesos aos valores de rendimento orgânicos, obteve-se um aumento em até 6,5%. Por sua vez, a vazão de gás metano não se alterou de forma significativa, apresentando variação máxima em torno de 0,15%. Over the years, there has been an increasing search for measures to mitigate or possibly remove undesirable effects from organic wastes. Their treatment via anaerobic digestion has been commonly modeled by relying on the so-called ADM1 - Anaerobic Digestion Model No. 1. This is a dynamic model framework comprising both algebraic and ordinary differential equations, with the ability to simulate time-variation of chemical species concentrations within the bioreactor. The present work aimed at adapting the original ADM1 model (implemented in EMSO - Environment for Modeling, Simulation and Optimisation) to codigestion of manure as mixed with sludge from wastewater within a continuous-flow bioreactor. Once the computational model was properly adapted while relying on models found in the literature for validation, the present work equally aimed at performing sensitivity analyses of free model parameters referring to product performance factors in the substrate. Those analyses considered the influence of such parameters on either COD (chemical oxygen demand) or methane concentrations at bioreactor exit after 50 days of treatment. While COD concentration exhibited relatively higher changes due to extreme variations of aforementioned free model parameters, methane concentration showed minor deviations.
Databáze: OpenAIRE
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