Aplicação de modelos cinéticos a testes do potencial de biometanização de substratos orgânicos diversos

Abstract

O processo de digestão anaeróbia (DA) é uma das melhores alternativas para o aproveitamento energético dos resíduos, transformando um problema em solução. Com vista à otimização deste processo e reduzir seu custo, a modelagem do processo de digestão anaeróbia tem sido aplicada. Ensaios laboratoriais tais como o potencial de biometanização (BMP) permitem avaliar o potencial e as taxas de produção de biogás de um determinado substrato bem como o tempo de adaptação dos microrganismos no reator de forma prática antes da implementação de um projeto em escala real. Assim modelos cinéticos foram aplicados a testes BMP, por forma a descrever a cinética do processo de digestão anaeróbia de diversos substratos orgânicos. Foi feita uma avaliação da aplicabilidade dos modelos de primeira-ordem, função transferência e logístico ao teste BMP da Fração Orgânica de Resíduos Sólidos Urbanos Domésticos padronizada (FORSUDp) com presença de nanopartículas de prata (NPAg), no qual conclui-se que o modelo logístico ajustou melhor os resultados experimentais e, consequentemente, forneceu melhores parâmetros para a descrição cinética daquele processo de DA. Em um outro teste BMP, desta feita do lodo aeróbio solubilizado por enzimas e a associação em série com o pré-tratamento térmico, foram aplicados os modelos primeira-ordem e função transferência, determinando-se os seus parâmetros e erros associados bem como os intervalos de confiança a partir da Simulação de Monte Carlo, concluindo-se que ambos os modelos ajustam bem os resultados experimentais e que o seus usos combinados favorecem a descrição dos resultados e a obtenção dos parâmetros cinéticos. Assim a aplicação dos modelos cinéticos a testes BMP se mostrou benéfica para a agilização do processo de tomada de decisão quanto as melhores alternativas de bioconversão de resíduos em energia.

Abstract: The anaerobic digestion (AD) process is one of the best alternatives for energy recovery from wastes, transforming a problem into a solution. To optimize this process and reduce its cost, modeling of the anaerobic digestion process has been applied. Laboratory tests such as Biochemical Methane Potential (BMP) allow to evaluate the potential and the rates of biogas production of a given substrate as well as the adaptation time of the microorganisms in the reactor, in a practical way, before the implementation of some project in full scale. Thus, kinetic models were applied to BMP tests, to describe the kinetics of the anaerobic digestion process of several organic substrates. An evaluation of the applicability of the first-order, transfer function, and logistic models were performed to the BMP test of Organic Fraction of Domestic Municipal Solid Waste standardized (OFDMSWs) with the presence of silver nanoparticles (AgNP), in which it is concluded that the logistic model adjusted better the experimental results and, consequently, provided better parameters for the kinetic description of that AD process. In another BMP test, the aerobic sludge solubilized by enzymes and the association in series with the thermal pretreatment, the first-order and transfer function models were applied, determining its parameters and associated errors as well as the confidence intervals through Monte Carlo Simulation, concluding that both models fit the experimental results well and that their combined uses favor the description of the results and the obtaining of kinetic parameters. Thus, the application of kinetic models to BMP tests proved to be beneficial for streamlining the decision-making process regarding the best alternatives for bioconversion of waste into energy.