The conventional anaerobic pond-type reactors are widely used for wastewater
treatment, just as in urban areas as in rural areas. This is because of the simplicity and low cost
of deployment. When dimensioning anaerobic pond, it is necessary to adopt a kinetic model of
anaerobic digestion process and a material balance for the reactor. Ideal models, like
continuous-stirred tank reactor (CSTR) or Plug Flow Reactor (PFR), are generally used for
material balance. However, due to the size of the ponds and the inherent hydrodynamics, they
must be provided deviations from ideality. Through the analysis of residence time distribution
(DTR), this research aims to determine the non-ideality of the reactor anaerobic pond-type for
a typical reactor’s geometry, evaluating the effect about residence time project. Also, it was
aimed to propose a model of balance material that incorporates the non-idealities of this system.
For this, it was used the technique of pulse injection tracer (methylene blue) that, with the
measurement of the concentration of it at the output, the DTR function is determined. From
these data sets, it was predicted a model with non-ideality of the reactor. To perform the
experimental runs, it was constructed a wood reactor and internally lined with PVC
geomembrane of 8 mm, with ratio L/D of 2/1, ratio H/D of 1/4, edge inclination 1:2 (D/4:H)
and total useful volume of 0,92 m 3 . The experiments were conducted adopting residence times
project of 3, 6 and 9 days. The experimental normalized values obtained for residence time
medium, variance and asymmetry, raised the chances that (i) there is dead volume in the reactor;
(ii) closest flow of a CSTR in detriment of a PFR; (iii) the flow of this reactor can be represented
by means of CSTR reactors in series. Thus, models were theorized, here classified as (i)
conventional, (ii) bypass and (iii) recycle. From the analytical solution of each one were
obtained the mathematical representations for the DTR that characterize the modeling of non-
idealities reactor. These models were adjusted to the experimental data through the nonlinear
optimization algorithm called Trust-region-reflective optimization algorithm. As a parameter
of comparison, to decide the best model (representation of reactor flow), they were computed
the adjusted coefficient correlation. The best adjust in four sets of experimental data was
obtained with the model of two CSTRs in series with variable volumes and dead volume.
Finally, to the reactor studied, it is proposed a material balance model, able to predict more
accurately the conversion of organic matter from wastewater and, when necessary, biogas
productivity, supporting the dimensioning of such equipment.Reatores anaeróbios convencionais do tipo lagoa são largamente utilizados para
tratamento de efluentes, tanto no meio urbano, como no meio rural. Isto em vista da
simplicidade e baixo custo de implantação. No dimensionamento de lagoas anaeróbias, é
necessário a adoção de um modelo da cinética do processo de biodigestão anaeróbia e um
balanço material para o reator. Para o balanço material geralmente são utilizados os modelos
ideais de reatores – Reator Agitado de Mistura Perfeita (CSTR) ou Reator Tubular (PFR).
Entretanto, devido às dimensões das lagoas e a fluidodinâmica inerente, devem ser previstos
desvios da idealidade. Através da análise da Distribuição de Tempos de Residência (DTR), este
trabalho visa determinar a não idealidade dos reatores tipo lagoa anaeróbia para uma geometria
típica de reator, avaliando o efeito do tempo de residência de projeto. Ainda, objetivou-se a
proposição de um modelo de balanço material que incorpore as não-idealidades do sistema.
Para isso foi utilizada a técnica da injeção pulso de traçador (azul de metileno) que, com a
mensuração da concentração do mesmo na saída, a função DTR é determinada. A partir desses
dados, foi ajustado um modelo para prever a não-idealidade do reator. Para realização das
corridas experimentais foi construído um reator de madeira revestido internamente com
geomembrana de PVC de 8 mm, apresentando razão L/D 2/1, razão H/D 1/4, inclinação das
bordas de 1:2 (D/4:H) e volume útil total de 0,92 m 3 . Foram realizados experimentos adotando-
se tempos de residência de projeto de 3, 6 e 9 dias. Os valores experimentais normalizados
obtidos para tempo de residência médio, variância e assimetria, levantaram as hipóteses de que
(i) há volume morto no reator; (ii) escoamento mais próximo a um CSTR em detrimento de um
PFR; (iii) o escoamento no reator pode ser representado por meio de reatores CSTR em série.
Assim, foram teorizados modelos, aqui classificados como (i) convencionais, (ii) de by-pass e
(iii) de reciclo. A partir da solução analítica de cada um deles foram obtidas representações
matemáticas para a DTR, que caracterizam a modelagem das não-idealidades do reator. Estes
modelos foram ajustados aos dados experimentais através do algoritmo de otimização não linear
Trust-region-reflective optimization algorithm. Como parâmetro de comparação, para decisão
do melhor modelo (representação do escoamento do reator), foram computados os coeficientes
de correlação ajustado. O melhor ajuste nos quatro conjuntos de dados experimentais foi obtido
com o modelo de dois CSTRs em série com volumes variáveis e volume morto. Por fim, para
o reator estudado, apresenta-se um modelo de balanço material capaz de predizer de forma mais
exata a conversão da matéria orgânica de efluentes e, quando for o caso, a produtividade de
biogás, auxiliando no dimensionamento destes equipamentos
