Reator biológico

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Biorreator / fermentador de bancada para fermentações e culturas de células em escala laboratorial

Um reactor biológico corresponde a um volume onde decorrem reacções biológicas:

De acordo com a presença de oxigénio pode ser classificado em:

  • Aeróbio - quando as reacções biológicas decorrem na presença de oxigénio livre (O_2);
  • Anóxico - quando as reacções biológicas decorrem somente na presença de oxigénio combinado (e.g.: NO_3). As bactérias aeróbias têm de romper as ligações do oxigénio com outros elementos para se oxigenar;
  • Anaeróbio - quando as reacções biológicas decorrem na ausência total de oxigénio. Estas reacções biológicas são promovias por bactérias anaeróbias estritas ou bactérias anaeróbias facultativas.

Os reactores biológicos obedecem a diferentes modelos hidráulicos:

  • Modelo de fluxo Pistão - A difusão lateral e a mistura podem ser nulos, isto é, uma dada massa do liquido passa através do reactor sem que ocorram processos de mistura no seu percurso (Oliveira, 1995)
  • Modelo de Mistura completa - O conteúdo do reactor é homogéneo e igual concetração do efluente (Oliveira, 1995).
  • Modelo de escoamento disperso - Modelo que tem um comportamento misto entre o de fluxo pistão e mistura completa.
  • Batch - Modelo em que o afluente permanece no reactor em estágio durante algum tempo e depois é descarregado.

Modelo de Fluxo Pistão[editar | editar código-fonte]

S_e = S_a \cdot e^{-k \cdot t}

Onde,

  • S_a - concentração de substracto à entrada do reactor, \frac{mg}{L};
  • S_e - concentração de substracto à saida da lagoa, \frac{mg}{L};
  • t - tempo de retenção hidráulica;

Modelo de Mistura Completa[editar | editar código-fonte]

S_e = \frac{S_a}{1 + k \cdot t}

Para o caso de reactores em série :

S_e = \frac{S_a}{\left(1 + k \cdot t\right)^n}

Onde,

  • n - número de reactores iguais em serie;
  • t - tempo de retenção hidráulico por reactor.

Modelo de Escoamento Disperso[editar | editar código-fonte]

S_e = S_a \cdot \left(\frac{4\cdot a \cdot e^{\frac{1}{2\cdot d}}}{\left(1+a\right)^2\cdot e^{\frac{a}{2\cdot d}}-\left(1-a\right)^2\cdot e^{-\frac{a}{2\cdot d}}}\right)

a=\sqrt{1+4\cdot k \cdot t \cdot d}\end{equation}

d=\frac{D}{U \cdot L}

Onde,

  • n - número de reactores iguais em serie;
  • t - tempo de retenção hidráulico por reactor;

Valores tipicos de \frac{D}{U\cdot L} para diversas unidades de tratamento águas residuais :

  • Tanque de sedimentação - \frac{D}{U\cdot L} = 0,2-2,0
  • Tanques de arejamento de lamas activadas :
    • Longo (plug flow) - \frac{D}{U\cdot L} = 0,1-1,0.
    • mistura completa - \frac{D}{U\cdot L} = 3,0-4,0$ e superior.

Lagoas:

  • Tanques em série e tanques longos - \frac{D}{U\cdot L} = 0,1-1,0.
  • Tanques simples - \frac{D}{U\cdot L} = 3,0-4,0 e superior.

Lagoas arejadas:

  • Rectangulares - \frac{D}{U\cdot L} = 0,2-1,0.
  • Quadrados - \frac{D}{U\cdot L} = 3,0-4,0 e superior.
  • Valas de Oxidação - \frac{D}{U\cdot L} = 3,0-4,0 e superior.

Critério empirico para estimar o valor do coediciente de dispersão D:

Para lagoas e tanques com largura superior a 30 m :

  • Com separadores, D = 33 \cdot L
  • Sem separadores, D = 16,7 \cdot L

Para lagoas e tanques com largura inferior a 10 m :

  • Com separadores, D = 11 \cdot L^2
  • Sem separadores, D = 2 \cdot L^2

Onde,

  • D - Coeficiente de dispersão(\frac{m^2}{h})
  • L - largura, (m)

Fonte[editar | editar código-fonte]

  • Arceivala, S. J. (1981), Wastewater Treatment and Disposal (part I and II), Marcel Dekker, inc.
  • Metcalf & Eddy (2003), Wastewater Engineering - Treatment and Reuse, 4th Edition, MacGraw-Hill Inernatinal Edition.
  • Oliveira, J. F. S. (1995), A Lagunagem em Portugal - Conceitos Básicos e Aplicações Práticas. Edições Universitárias Lusófonas.
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