Van Hulle, S.W.H., Vesvikar, M., Poutiainen, H., Nopens, I. (2014). Importance of scale and hydrodynamics for modeling anaerobic digester performance. Chemical Engineering Journal 255, 71–77. (link)

Título

Importance of scale and hydrodynamics for modeling anaerobic digester performance

(Importância da escala e da hidrodinâmica para modelar o desempenho do digestor anaeróbico)

Resumo

In this study it is demonstrated that a correct description of the mixing behavior of an anaerobic digester is necessary to accurately model and predict the reactor performance, especially at a larger scale operation. A lab-scale (3.78 l) and a pilot-scale (120 l) anaerobic digester were operated at both mixing and non-mixing conditions. At lab-scale no significant difference in performance was found between these conditions. In each case about 0.25 lCH4/lreactor/d of biogas was produced. The model predictions were in close agreement with measured values. At pilot-scale, however, the influence of mixing became important. A reduction of about 10% of methane production occurred during unmixed conditions. Furthermore also a build-up of volatile fatty acids (up to 3 gCOD/l) prevailed. This behavior could not be predicted by using a CSTR approach. In contrast, it was accurately predicted with the proposed model, which includes a more rigorous mixing next to common reaction kinetics. Prediction of the daily biogas production assuming a perfectly mixed reactor revealed an overestimation of the biogas production by 10%. It is therefore recommended to use more accurate mixing models in order to predict biogas production from anaerobic digesters.

TRADUÇÃO LIVRE

Neste estudo é demonstrado que uma descrição correta do comportamento de mistura de um digestor anaeróbio é necessária para modelar e prever com precisão o desempenho do reator, especialmente em operação em larga escala. Um digestor anaeróbico em escala de laboratório (3,78 l) e um em escala piloto (120 l) foram operados em condições de mistura e não mistura. Em escala de laboratório, nenhuma diferença significativa no desempenho foi encontrada entre essas condições. Em cada caso, cerca de 0,25 lCH 4 /l reator /d de biogásfoi produzido. As previsões do modelo estavam de acordo com os valores medidos. Em escala piloto, no entanto, a influência da mixagem tornou-se importante. Uma redução de cerca de 10% da produção de metano ocorreu durante as condições não misturadas. Além disso, também prevaleceu um acúmulo de ácidos graxos voláteis (até 3 gCOD/l). Esse comportamento não pôde ser previsto usando uma abordagem CSTR. Em contraste, foi previsto com precisão com o modelo proposto, que inclui uma mistura mais rigorosa próxima à cinética de reação comum. A previsão da produção diária de biogás assumindo um reator perfeitamente misturado revelou uma superestimação da produção de biogás em 10%. Portanto, recomenda-se o uso de modelos de mistura mais precisos para prever a produção de biogás de digestores anaeróbicos.

Artigo publicado no site ScienceDirect, no Chemical Engineering Journal (CEJ).