Brouckaert, C.J., Ekama, G.A., Brouckaert, B.M., Ikumi, D.S. (2021). Integration of complete elemental mass-balanced stoichiometry and aqueous-phase chemistry for bioprocess modelling of liquid and solid waste treatment systems − Part 2: Bioprocess stoichiometry. Water SA 47(3), 289– 308. (link)

Título

Integration of complete elemental mass-balanced stoichiometry and aqueous-phase chemistry for bioprocess modelling of liquid and solid waste treatment systems − Part 2: Bioprocess stoichiometry

(Integração de estequiometria completa de balanceamento de massa elementar e química de fase aquosa para modelagem de bioprocessos de sistemas de tratamento de resíduos líquidos e sólidos − Parte 2: Estequiometria de bioprocessos)

Resumo

Bioprocesses interact with the aqueous environment in which they take place. Integrated bioprocess and threephase (aqueous−gas−solid) multiple strong and weak acid/base system models are currently being developed for a range of wastewater treatment applications including anaerobic digestion, biological sulphate reduction, autotrophic denitrification, biological desulphurization and plant-wide water and resource recovery facilities. In order to model, measure and control such integrated systems, a thorough understanding of the interactions between the bioprocesses and aqueous phase multiple strong and weak acid/bases are required. In the first of this series of five papers, the generalized procedure for deriving bioprocess stoichiometric equations was explained. This second paper presents the stoichiometric equations for the major biological processes and shows how their structure can be analysed to provide insight into how bioprocesses interact with the aqueous environment. Such insight is essential for confident, effective and reliable use of model development protocols and algorithms. It shows that the composite parameters, total oxygen demand (TOD, electron donating capacity) and alkalinity (proton accepting capacity), are conserved in bioprocess stoichiometry and their changes in the aqueous phase can be calculated from the bioprocess components. In the third paper, the measurement of the organics composition is presented. The link between the modelling and measurement frameworks of the aqueous phase, which uses the composite parameter alkalinity, is described in the fourth paper. Aqueous ionic speciation modelling is described in detail in the fifth.

TRADUÇÃO LIVRE

Os bioprocessos interagem com o ambiente aquoso em que ocorrem. Atualmente, estão sendo desenvolvidos modelos integrados de bioprocessos e sistemas trifásicos (aquosos-gás-sólidos) de ácidos/bases fortes e fracos para uma variedade de aplicações de tratamento de águas residuais, incluindo digestão anaeróbica, redução biológica de sulfato, desnitrificação autotrófica, dessulfuração biológica e tratamento de água e instalações de recuperação de recursos. Para modelar, medir e controlar tais sistemas integrados, é necessário um entendimento completo das interações entre os bioprocessos e a fase aquosa de múltiplos ácidos/bases fortes e fracos. No primeiro desta série de cinco artigos, foi explicado o procedimento generalizado para derivar equações estequiométricas de bioprocessos. Este segundo artigo apresenta as equações estequiométricas para os principais processos biológicos e mostra como sua estrutura pode ser analisada para fornecer informações sobre como os bioprocessos interagem com o ambiente aquoso. Essa percepção é essencial para o uso confiável, eficaz e confiável de protocolos e algoritmos de desenvolvimento de modelos. Ele mostra que os parâmetros compostos, demanda total de oxigênio (TOD, capacidade de doação de elétrons) e alcalinidade (capacidade de aceitação de prótons) são conservados na estequiometria do bioprocesso e suas mudanças na fase aquosa podem ser calculadas a partir dos componentes do bioprocesso. No terceiro artigo, é apresentada a medição da composição orgânica. A ligação entre as estruturas de modelagem e medição da fase aquosa, que usa o parâmetro composto alcalinidade, é descrita no quarto artigo.

Artigo publicado no site African Journals Online (AJOL), no Journal Water SA.