Heterogeneous modeling of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR)


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Abstract

The objective of this study was to estimate the first-order intrinsic kinetic constant (k1) and the liquid-phase mass transfer coefficient (kc) in a bench-scale anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR) fed with glucose. A dynamic heterogeneous mathematical model, considering two phases (liquid and solid), was developed through mass balances in the liquid and solid phases. The model was adjusted to experimental data obtained from the ASBBR applied for the treatment of glucose-based synthetic wastewater with approximately 500 mg L−1 of glucose, operating in 8 h batch cycles, at 30 °C and 300 rpm. The values of the parameters obtained were 0.8911 min−1 for k1 and 0.7644 cm min−1 for kc. The model was validated utilizing the estimated parameters with data obtained from the ASBBR operating in 3 h batch cycles, with a good representation of the experimental behavior. The solid-phase mass transfer flux was found to be the limiting step of the overall glucose conversion rate.RésuméCette étude visait à estimer la constante cinétique intrinsèque de premier ordre (k1) et le coefficient de transfert de masse du liquide (kc) dans un réacteur anaérobie séquentiel discontinu à biofilm (ASBBR), alimenté par du glucose et à l'échelle du laboratoire. Un modèle mathématique hétérogène dynamique tenant compte de deux phases (liquide et solide) a été développé par les bilans massiques des phases liquides et solides. Le modèle a été ajusté aux données expérimentales obtenues du réacteur servant au traitement d'eaux usées synthétiques à base de glucose et contenant environ 500 mg L−1 de glucose, fonctionnant en cycles discontinus de huit heures à 30 °C et à 300 tr/min. Les valeurs des paramètres obtenues étaient de 0,8911 min−1 pour k1 et de 0,7644 cm min−1 pour kc. Le modèle a été validé en utilisant les paramètres estimés avec les données obtenues du réacteur fonctionnant en cycles discontinus de trois heures et présentant une bonne corrélation avec le comportement expérimental. Le flux de transfert de masse du solide s'est avéré être l'étape limitatrice du taux de conversion global du glucose.

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