Biorremediação de efluentes por microalgas: uma análise matemática-estatística.
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Data
2021-10-29
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O descarte incorreto de resíduos promove e/ou intensifica diversos problemas ambientais, tais como a eutrofização e a contaminação de recursos hídricos. Para reduzir os impactos destes e outros problemas de cunho ambiental, a biorremediação de efluentes por microalgas é uma biotecnologia sustentável frequentemente empregada com a finalidade de auxiliar na remoção de nutrientes, na redução da carga orgânica de um efluente e na absorção de metais pesados. Com o intuito de obter informações sobre o bioprocesso em análise, propõe-se aqui um modelo matemático, que consiste em um Sistema de Equações Diferenciais Ordinárias Estocásticas, para descrever a dinâmica da biorremediação de efluentes domésticos por microalgas. Também foi formulado um modelo matemático para determinar a razão nitrogênio/fósforo inicial ótima para maximizar a remoção de fósforo associada à biorremediação do efluente. Além disto, foi proposto um procedimento para estimar os parâmetros do modelo desenvolvido utilizando um conjunto de dados referente à biorremediação de um efluente doméstico contaminado com fármacos, sob a ação da microalga Chlorella sorokiniana em modo de condução batelada. Análises matemática-estatísticas e simulações numéricas do modelo matemático proposto neste trabalho, implementado com os valores dos parâmetros estimados, evidenciaram o potencial das metodologias desenvolvidas nesta pesquisa para a descrição da biorremediação de efluentes domésticos contaminados com fármacos, auxiliando nas tomadas de decisão acerca do planejamento, da predição de cenários, da otimização e do controle do bioprocesso.
The improper discharge of residuals leads and/or intensifies several environmental problems, such as eutrophication and water sources contamination. To reduce the impacts of these and other environmental problems, bioremediation of effluents via microalgae is a sustainable biotechnology frequently employed to assist in the recovery of nutrients, the decreasing of organic load in water resources and the absorption of heavy metals. In order to provide insights with respect to this bioprocess, here it is proposed a mathematical model, consisted of a System of Stochastic Ordinary Differential Equations, that describes the dynamics of bioremediation of a domestic effluent via microalgae. It was also proposed a mathematical model to determine the optimal initial nitrogen/phosphorus ratio to maximize phosphorus removal associated with bioremediation of domestic wastewater. Moreover, it was proposed a procedure to estimate the parameters values of the proposed model from a data set concerning the bioremediation of domestic effluents contaminated with pharmaceuticals, mediated by Chlorella sorokiniana and carried out in batch mode. Mathematical-statistical analyses and numerical simulations of the proposed model, implemented with the estimated parameters values, highlighted the potential of the developed methodologies here to describe the bioremediation of domestic effluent contaminated with pharmaceuticals, assisting in the decision-making process in regards to planning, prediction of scenarios, optimization and control of the bioprocess.
The improper discharge of residuals leads and/or intensifies several environmental problems, such as eutrophication and water sources contamination. To reduce the impacts of these and other environmental problems, bioremediation of effluents via microalgae is a sustainable biotechnology frequently employed to assist in the recovery of nutrients, the decreasing of organic load in water resources and the absorption of heavy metals. In order to provide insights with respect to this bioprocess, here it is proposed a mathematical model, consisted of a System of Stochastic Ordinary Differential Equations, that describes the dynamics of bioremediation of a domestic effluent via microalgae. It was also proposed a mathematical model to determine the optimal initial nitrogen/phosphorus ratio to maximize phosphorus removal associated with bioremediation of domestic wastewater. Moreover, it was proposed a procedure to estimate the parameters values of the proposed model from a data set concerning the bioremediation of domestic effluents contaminated with pharmaceuticals, mediated by Chlorella sorokiniana and carried out in batch mode. Mathematical-statistical analyses and numerical simulations of the proposed model, implemented with the estimated parameters values, highlighted the potential of the developed methodologies here to describe the bioremediation of domestic effluent contaminated with pharmaceuticals, assisting in the decision-making process in regards to planning, prediction of scenarios, optimization and control of the bioprocess.
Descrição
Palavras-chave
Biorremediação, Chlorella sorokiniana, Análise de Estabilidade, Equações diferenciais estocásticas, Estimativa de parâmetros, Bioremediation, Chlorella sorokiniana, System of stochastic ordinary differential equations, Parameter estimation, Stability analysis