Tobo, Y.M., Bartacek, J., Nopens, I. (2020). Linking CFD and Kinetic Models in Anaerobic Digestion Using a Compartmental Model Approach. Processes 8, 703. (link)

Título

Linking CFD and Kinetic Models in Anaerobic Digestion Using a Compartmental Model Approach

(Vinculando CFD e modelos cinéticos na digestão anaeróbica usando uma abordagem de modelo compartimental)

Resumo

Understanding mixing behavior and its impact on conversion processes is essential for the operational stability and conversion efficiency of anaerobic digestion (AD). Mathematical modelling is a powerful tool to achieve this. Direct linkage of Computational Fluid Dynamics (CFD) and the kinetic model is, however, computationally expensive, given the stiffness of the kinetic model. Therefore, this paper proposes a compartmental model (CM) approach, which is derived from a converged CFD solution to understand the performance of AD under non-ideal mixing conditions and with spatial variation of substrates, biomass, pH, and specific biogas and methane production. To quantify the effect of non-uniformity on the reactor performance, the CM implements the Anaerobic Digestion Model 1 (ADM1) in each compartment. It is demonstrated that the performance and spatial variation of the biochemical process in a CM are significantly different from a continuously stirred tank reactor (CSTR) assumption. Hence, the assumption of complete mixed conditions needs attention concerning the AD performance prediction and biochemical process non-uniformities.

TRADUÇÃO LIVRE

Compreender o comportamento da mistura e seu impacto nos processos de conversão é essencial para a estabilidade operacional e eficiência de conversão da digestão anaeróbica (AD). A modelagem matemática é uma ferramenta poderosa para conseguir isso. A ligação direta da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) e o modelo cinético é, no entanto, computacionalmente cara, dada a rigidez do modelo cinético. Portanto, este artigo propõe uma abordagem de modelo compartimental (CM), que é derivada de uma solução de CFD convergente para entender o desempenho do AD sob condições de mistura não ideais e com variação espacial de substratos, biomassa, pH e produção específica de biogás e metano . Para quantificar o efeito da não uniformidade no desempenho do reator, o CM implementa o Modelo de Digestão Anaeróbia 1 (ADM1) em cada compartimento. É demonstrado que o desempenho e a variação espacial do processo bioquímico em um CM são significativamente diferentes da suposição de um reator de tanque agitado continuamente (CSTR). Portanto, a suposição de condições de mistura completa precisa de atenção em relação à previsão de desempenho do AD e não uniformidades do processo bioquímico.

Artigo publicado no site MDPI, no Journal Water.