[pt] O biogás é uma energia renovável com grande potencial de produção a partir de resíduos, incluindo resíduos alimentares. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de três modelos distintos usando Redes Neurais Artificiais (RNAs), com a capacidade de prever o volume acumulado de biogás, de metano e a concentração de CH4, respectivamente. Foi construído um banco de dados da literatura com variáveis do processo de biodigestão anaeróbia: tipo de biomassa, tipo de reator/alimentação, teor de sólido volátil, pH, taxa de carga orgânica, tempo de retenção hidráulica, temperatura e volume do reator. Para cada conjunto de modelos, foram desenvolvidas e testadas 24 RNAs utilizando a ferramenta computacional MATLAB. As RNAs foram avaliadas pela sua capacidade de estimação através do coeficiente de determinação (R2 ) e também através da soma do erro quadrático (SSE) obtidos. Após as etapas iniciais, as redes neurais foram usadas para criar superfícies de resposta, buscando regiões ideais para produção de biogás e metano. Contudo, um único modelo não atingiu a representatividade desejada, levando à segmentação dos dados por tipo de biomassa. As RNAs desenvolvidas demonstraram eficácia na estimação dos grupos usados para treinamento, teste e validação. A melhor rede alcançou R2 de 0,9969 para biogás, 0,9963 para metano e 0,9386 para a porcentagem de metano, com SSE de 0,1808, 0,1089 e 11,45, respectivamente. A estratégia de combinar variáveis do processo em superfícies de resposta revelou-se útil para identificar pontos ótimos no processo produtivo. / [en] Biogas is a renewable energy source with significant production potential from various waste materials, including food waste. In this context, this study presents the development of three distinct models using Artificial Neural Networks (ANNs), capable of predicting the cumulative volume of biogas, methane, and CH4 concentration, respectively. A literature-based database was constructed, including variables from anaerobic digestion processes: biomass type, reactor/feed type, volatile solid content, pH, organic loading rate, hydraulic retention time, temperature, and reactor volume. For each set of models, 24 ANNs were developed and tested using the MATLAB computational tool. The ANNs estimation capability was assessed using the coefficient of determination (R2) and the sum of squared errors (SSE). Following initial stages, neural networks were employed to create response surfaces, aiming to identify optimal regions for biogas and methane production. However, a single model failed to achieve the desired representativeness, leading to data segmentation based on biomass type. The developed ANNs demonstrated effectiveness in estimating the groups used for training, testing, and validation. The best network achieved R2 values of 0.9969 for biogas, 0.9963 for methane, and 0.9386 for methane percentage, with SSE values of 0.1808, 0.1089, and 11.45, respectively. The strategy of combining process variables in response surfaces proved valuable in identifying optimal points in the production process.

O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar, e entre os principais subprodutos dessa indústria está o melaço de cana-de-açúcar. Esse substrato é rico em carboidratos, apresentando potencial para ser utilizado na digestão anaeróbia para geração de biogás. Neste estudo, priorizou-se a produção de biogás em condições termofílicas (55°C) com a finalidade de comparação do sistema de duas fases (reator acidogênico seguido de reator metanogênico) e sistema de fase única (acidogênico e metanogênico em uma mesma unidade), utilizando o melaço como substrato. O sistema de duas fases baseou-se na separação da acidogênese e metanogênese. O reator acidogênico (ASTBR – A) foi operado com carga orgânica volumétrica (COV) de 60,0 g L-1d-1 e tempo de detenção hidráulico (TDH) de 4 horas. O reator metanogênico, sequencial ao acidogênico (ASTBR – M II) foi operado em dez fases, com COV variando de 0,6 a 10,0 g L-1d-1 e TDH de 40 e 24 horas. O sistema de fase única foi composto por um reator metanogênico (ASTBR – M I) operado em nove fases com COV entre 2,5 e 10,0 g L-1d-1 e TDH de 28 h. Bicarbonato de sódio (NaHCO3) foi adicionado na proporção de 1,00 g NaHCO3 g-1DQO para todas as fases do ASTBR M II. Para o ASTBR – M I, variou-se a concentração de 1,00 a 0,00 g NaHCO3 g-1 DQO no reator. Para o ASTBR A a porcentagem de hidrogênio (H2) no biogás foi de 51%, a produção volumétrica de hidrogênio (PVH) de 88,0 mL H2 L-1 h-1 e o rendimento de hidrogênio (HY) de 1,18 mol H2 molcarboidratos-1. O microrganismo predominante nesse reator foi o Thermoanaerobacterium, e a principal rota a do ácido lático. O reator ASTBR – M I sofreu acidificação após a retirada completa de alcalinizante, permitindo a detecção de H2 no biogás. Porém, a retomada da adição de NaHCO3 favoreceu o crescimento das arqueias, principalmente metanogênicas hidrogenotróficas. A comparação dos reatores metanogênicos foi realizada para fases com condições semelhantes (COV de 10 g L-1d-1 e 1,00 g NaHCO3 g-1DQO) e permitiu verificar melhor desempenho na produção de CH4 do ASTBR – M II. Em relação ao MY, a eficiência do ASTBR – M II foi 44% superior ao ASTBR M – I. / Brazil is the largest producer of sugarcane and one of the main sub-products of this industry is the molasses, which is rich in carbohydrates and can be used as a substrate for biogas production in anaerobic digestion. In this study, biogas production was evaluated under thermophilic conditions (55 °C) in a two-phases system (acidogenic reactor followed by methanogenic reactor) based on phase separation and a single-phase system (acidogenic and methanogenic microorganisms in a single unit) using molasses as the substrate. The acidogenic reactor (ASTBR-A) was operated under the organic loading rate (OLR) of 60.0 g L-1d-1 and hydraulic retention time (HRT) of 4 hours. The methanogenic reactor (ASTBR M II), which was sequential to acidogenic one, was operated in ten phases with OLR ranging from 0.6 to 10.0 g L-1d-1 and HRT of 40 and 24 hours. The single-phase reactor was composed of a methanogenic reactor (ASTBR -– M I) operated in nine phases with increasing OLR from 2.5 to 10.0 g L-1d-1 and HRT of 28 hours. Sodium bicarbonate (NaHCO3) was added in the ratio of 1.00 g NaHCO3 g-1COD in all phases of ASTBR – M II. For the ASTBR – M I, the concentration varied between 1.00 to 0.00 g NaHCO3 g-1COD. In the ASTBR – A, the percentage of hydrogen (H2) in the biogas was 51%, the volumetric hydrogen production (VHP) was 88.0 mL H2 L-1 h-1 and the hydrogen yield (HY) was 1.18 mol H2 molar-1carbohydrate. The predominant microorganism in this reactor was the Thermoanaerobacterium and the main metabolite route was the lactic acid. The ASTBR – M I suffered acidification after the complete removal of the alkalinizer allowing the detection of hydrogen in the biogas. However, the use of the alkalinizer after its complete removal from the system favored the growth of Archaeas, mainly the hydrogenotrophic methanogens. The comparison of the methanogenic reactors was carried out for phases with similar conditions (OLR of 10 g L-1d-1 and 1.00 g NaHCO3 g-1COD) and allowed to verify a better performance in the methane (CH4) production in the ASTBR – M II. Regarding the methane yield (MY), the efficiency of ASTBR – M II was 44% higher than ASTBR M – I.

O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar, e entre os principais subprodutos dessa indústria está o melaço de cana-de-açúcar. Esse substrato é rico em carboidratos, apresentando potencial para ser utilizado na digestão anaeróbia para geração de biogás. Neste estudo, priorizou-se a produção de biogás em condições termofílicas (55°C) com a finalidade de comparação do sistema de duas fases (reator acidogênico seguido de reator metanogênico) e sistema de fase única (acidogênico e metanogênico em uma mesma unidade), utilizando o melaço como substrato. O sistema de duas fases baseou-se na separação da acidogênese e metanogênese. O reator acidogênico (ASTBR – A) foi operado com carga orgânica volumétrica (COV) de 60,0 g L-1d-1 e tempo de detenção hidráulico (TDH) de 4 horas. O reator metanogênico, sequencial ao acidogênico (ASTBR – M II) foi operado em dez fases, com COV variando de 0,6 a 10,0 g L-1d-1 e TDH de 40 e 24 horas. O sistema de fase única foi composto por um reator metanogênico (ASTBR – M I) operado em nove fases com COV entre 2,5 e 10,0 g L-1d-1 e TDH de 28 h. Bicarbonato de sódio (NaHCO3) foi adicionado na proporção de 1,00 g NaHCO3 g-1DQO para todas as fases do ASTBR M II. Para o ASTBR – M I, variou-se a concentração de 1,00 a 0,00 g NaHCO3 g-1 DQO no reator. Para o ASTBR A a porcentagem de hidrogênio (H2) no biogás foi de 51%, a produção volumétrica de hidrogênio (PVH) de 88,0 mL H2 L-1 h-1 e o rendimento de hidrogênio (HY) de 1,18 mol H2 molcarboidratos-1. O microrganismo predominante nesse reator foi o Thermoanaerobacterium, e a principal rota a do ácido lático. O reator ASTBR – M I sofreu acidificação após a retirada completa de alcalinizante, permitindo a detecção de H2 no biogás. Porém, a retomada da adição de NaHCO3 favoreceu o crescimento das arqueias, principalmente metanogênicas hidrogenotróficas. A comparação dos reatores metanogênicos foi realizada para fases com condições semelhantes (COV de 10 g L-1d-1 e 1,00 g NaHCO3 g-1DQO) e permitiu verificar melhor desempenho na produção de CH4 do ASTBR – M II. Em relação ao MY, a eficiência do ASTBR – M II foi 44% superior ao ASTBR M – I. / Brazil is the largest producer of sugarcane and one of the main sub-products of this industry is the molasses, which is rich in carbohydrates and can be used as a substrate for biogas production in anaerobic digestion. In this study, biogas production was evaluated under thermophilic conditions (55 °C) in a two-phases system (acidogenic reactor followed by methanogenic reactor) based on phase separation and a single-phase system (acidogenic and methanogenic microorganisms in a single unit) using molasses as the substrate. The acidogenic reactor (ASTBR-A) was operated under the organic loading rate (OLR) of 60.0 g L-1d-1 and hydraulic retention time (HRT) of 4 hours. The methanogenic reactor (ASTBR M II), which was sequential to acidogenic one, was operated in ten phases with OLR ranging from 0.6 to 10.0 g L-1d-1 and HRT of 40 and 24 hours. The single-phase reactor was composed of a methanogenic reactor (ASTBR -– M I) operated in nine phases with increasing OLR from 2.5 to 10.0 g L-1d-1 and HRT of 28 hours. Sodium bicarbonate (NaHCO3) was added in the ratio of 1.00 g NaHCO3 g-1COD in all phases of ASTBR – M II. For the ASTBR – M I, the concentration varied between 1.00 to 0.00 g NaHCO3 g-1COD. In the ASTBR – A, the percentage of hydrogen (H2) in the biogas was 51%, the volumetric hydrogen production (VHP) was 88.0 mL H2 L-1 h-1 and the hydrogen yield (HY) was 1.18 mol H2 molar-1carbohydrate. The predominant microorganism in this reactor was the Thermoanaerobacterium and the main metabolite route was the lactic acid. The ASTBR – M I suffered acidification after the complete removal of the alkalinizer allowing the detection of hydrogen in the biogas. However, the use of the alkalinizer after its complete removal from the system favored the growth of Archaeas, mainly the hydrogenotrophic methanogens. The comparison of the methanogenic reactors was carried out for phases with similar conditions (OLR of 10 g L-1d-1 and 1.00 g NaHCO3 g-1COD) and allowed to verify a better performance in the methane (CH4) production in the ASTBR – M II. Regarding the methane yield (MY), the efficiency of ASTBR – M II was 44% higher than ASTBR M – I.

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