Modelagem e Controle de pH em Fotobiorreatores de Canal e em Camada Fina para Tratamento de Águas Residuais

Uma das variáveis mais críticas em processos relacionados a microalgas é o pH; ele determina diretamente o desempenho geral do sistema de produção, especialmente ao acoplar-se ao tratamento de águas residuais. Em processos de tratamento de águas residuais relacionados a microalgas, a adequação do pH tem um grande impacto no consórcio de microalgas/bactérias que já se desenvolve nesses sistemas. Por razões de economia, o pH é geralmente controlado por algoritmos clássicos de controle On/Off durante o período diurno, tipicamente sem considerar a dinâmica do sistema e as perturbações no design do sistema de controle. Este artigo apresenta a modelagem e o controle de pH em fotobiorreatores abertos, tanto de canal quanto de camada fina, utilizando controladores avançados. Em ambos os tipos de fotobiorreatores, um controle clássico foi implementado e comparado com um controle Proporcional-Integral (PI), além de avaliar a operação apenas durante o período diurno e o ciclo diário completo. Assim, três variáveis principais já estudadas incluem (i) o tipo de reatores (camadas finas e canais), (ii) o tipo de algoritmo de controle (On/Off e PI), e (iii) o período de controle (durante o dia e ao longo do dia e da noite). Os resultados mostram que o pH foi adequadamente controlado em ambos os fotobiorreatores, embora cada tipo exija algoritmos de controle diferentes, o controle de pH sendo amplamente melhorado ao usar controladores PI, permitindo reduzir os custos totais do processo com a redução das injeções de CO2. Além disso, o controle durante o ciclo diário completo (incluindo a noite) não só não aumenta a quantidade de CO2 a ser injetada, mas também reduz, além de melhorar o desempenho geral do processo de produção. Os sistemas de controle de pH ótimos aqui desenvolvidos são altamente úteis para desenvolver processos de tratamento de águas residuais relacionados a microalgas em grande escala.