Resumo da Qualificação:

O monitoramento da produção de biogás em reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB), por muitos anos, não era considerado relevante nas etapas de projeto, construção e operação. No entanto, a busca por fontes alternativas de energia e a necessidade de atendimento a requisitos de sustentabilidade dispertou o interesse por esse gás. Esta pesquisa busca investigar, por meio de um estudo teórico-experimental, a produção de biogás em reatores UASB, com diferentes configurações do elemento de separação de fases, tratando águas residuárias industriais e submetidos a diferentes cargas biológicas. Para alcançar tal objetivo, a metodologia adotada nesta pesquisa foi dividida em duas etapas, sendo a primeira experimental e a segunda, teórica, via simulação numérica. Para a etapa experimental, foram construídos dois reatores UASB com diferentes configurações do elemento de separação de fases: um do tipo convencional (R1) e outro em formato Y (R2). Estes reatores foram monitorados para se determinar as estabilidades e os desempenhos operacionais, por meio das análises de temperatura, pH, alcalinidade devido aos bicarbonatos e aos ácidos graxos voláteis, matária orgânica, sólidos; além das determinações das vazões e das composições do biogás gerados nos reatores. Na etapa numérica foram realizadas as seguintes etapas: discretização dos domínios físicos dos reatores por meio de técnicas CFD, desenvolvimento da modelagem matemática e da solução numérica capaz de descrever a dinâmica de escoamento em reatores UASB e utilização do software ANSYS CFX 15.0 para solucionar as equações diferenciais que governam os fenômenos envolvidos, considerando escoamentos trifásicos. Os resultados numéricos serão validados a partir dos resultados experimentais. Dos resultados da fase experimental depreende-se que os dois reatores apresentaram satisfatória estabilidade operacional, uma vez que os valores de pH mantiveram-se na faixa neutra. Este resultado foi corroborado pela boa eficiência de remoção de matéria orgânica, já que foram obtidos percentuais médios de 74 e 73% no R1 e no R2, respectivamente, e pela elevada produção de biogás com alto teor de metano. Em média foram obtidas vazões de biogás, no R1, de 0,054 e 0,066 m³/d (ambas com teor de metano de 79,2%), para as faixas de carga biológica de 0,1 a 0,3 kgDQO/kgSTV.d e de 0,31 a 0,5 kgDQO/kgSTV.d, respectivamente. No R2, foram obtidas vazões de biogás de 0,056 m³/d (com teor de metano de 78,8%), para cargas biológicas variando de 0,1 a 0,3 kgDQO/kgSTV.d,  e de 0,067 m³/d (com teor de metano de 79,7%) para faixas de cargas biológicas de 0,31 a 0,5 kgDQO/kgSTV.d. No que tange a etapa numérica, foram selecionadas, após estudo de dependência e refinamento das malhas geradas, para

representar o R1, uma malha constituída por 57008 elementos hexaédricos. Para representar o R2, foi selecionada a malha com 257208 elementos hexaédricos. As condições de fronteira representativas dos comportamentos dos reatores também já foram estabelecidas. A próxima fase da etapa númerica consiste nas simulações dos compotamentos hidrodinâmicos no interior dos reatores UASB. Espera-se que a análise comparativa dos resultados destas simulações com os resultados experimentais apresentem resultados satisfatórios.