Autor(es):
Silva, Flávio Gonzaga Castro Santos 
Data: 2007
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/548
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia do ambiente; Efluentes líquidos; Efluentes industriais; Tratamento anaeróbico
Descrição
O presente trabalho propõe a aplicação de um modelo dinâmico para
descrever o processo de tratamento anaeróbio, baseado no modelo ADM1. O
estudo de modelização compreendeu a designação de variáveis implicadas no
processo biológico, a implementação computacional, em duas plataformas
informáticas distintas, das equações cinéticas que o descrevem e ainda a
verificação do seu desempenho através de simulações para diferentes
cenários, entre os quais um ensaio laboratorial semi-contínuo estudando a
degradação anaeróbia de um efluente específico gerado numa indústria de
pasta de papel pelo processo ao sulfito. Uma análise de incerteza efectuada
ao modelo permitiu identificar os parâmetros que mais influenciam o
comportamento das variáveis simuladas: a taxa máxima de degradação de
acetato (km_ac), o factor de conversão de acetato em biomassa (Y_ac) e a
constante de semi-saturação de degradação do acetato (Ks_ac).
Após uma estimação destes parâmetros, o modelo foi validado com base no
ajuste das simulações a resultados experimentais resultantes da operação
laboratorial de um segundo reactor anaeróbio semi-contínuo, utilizado para o
estudo de uma condição alimentada distinta – a degradação anaeróbia do
mesmo efluente, com adição suplementar de uma fonte de carbono externa.
Conclui-se que o modelo simula relativamente bem a maioria das variáveis
implicadas no processo específico de degradação – eficiência de remoção de
matéria orgânica, produção de metano, etc. -, apesar destas revelarem alguma
sensibilidade a alguns dos parâmetros especificados nas equações do
processo anaeróbio. Em geral, nas cargas orgânicas mais elevadas, o modelo
desenvolvido tende a desviar-se ligeiramente dos valores de algumas variáveis
de estado, subestimando a eficiência de remoção de matéria orgânica. Será
necessário proceder a uma calibração mais exacta para tornar possível a
aplicação prática das simulações, recorrendo a dados reais.
O esforço de modelização constitui assim uma ferramenta que pode ser
utilizada na previsão do desempenho de operações de tratamento anaeróbio à
escala industrial, quer em condições estacionárias, quer em condições de
elevada variação de carga orgânica. Através da simulação é possível
desenvolver prognósticos detalhados e estratégias de controlo de reactores
anaeróbios que, de outra forma, só poderiam ser determinadas por medições
experimentais dispendiosas e demoradas.
ABSTRACT: This work presents the application of a dynamic model describing the
anaerobic treatment process, based on ADM1 model. The modelling study
consisted of setting the biological process variables, the computational
implementation of its kinetic equations into two different software applications,
as well as model verification by simulating it for different frameworks, one of
those was the laboratorial operation of a semi-continuous assay testing the
anaerobic degradation of an effluent generated in a sulphite pulp mill. An
uncertainty analysis permitted the identification of the most influential
parameters on the behaviour of simulated variables: maximum specific acetate
uptake rate (km_ac), yield of biomass on acetate (Y_ac) and half-saturation
constant for acetate uptake (Ks_ac).
After parameter estimation, the model was validated by means of the
simulation fitting to experimental data sets from the laboratorial operation of a
second semi-continuous reactor, used for studying a different feed condition –
the anaerobic degradation of the same effluent using an external carbon source
addition.
It was concluded that the model simulates quite well some of the variables
implied on the specific degradation process – organic matter removal, methane
production, etc. -, although they revealed some sensitivity to a large number of
parameters embedded on the anaerobic process equations. In general, in the
higher organic loads, the implemented model trends to deviate slightly the
values for several state variables, underestimating the organic matter removal
efficiency. It is then necessary to accurately calibrate the mathematical model
on existing real data in order to be possible the application of the simulation
results in practice.
The modelling efforts can be a valuable tool predicting the performance at fullscale
treatment operations, either in steady-state conditions, or in changeable
organic load conditions. Through simulation it is then possible to develop
detailed prognosis and control strategies for several influent characteristics and
operation conditions in the anaerobic reactors, which otherwise could only be
determined by time-consuming and expensive measurement phases. Mestrado em Engenharia do Ambiente
