# Reator biológico

Um reator biológico ou biorreator corresponde a um volume onde decorrem reações biológicas, são muito utilizados na biotecnologia, comumente para a produção de: vacinas, hidrogênio, vinagre, hormônios, bebidas alcoólicas, alimentos fermentados, remédios e muitos outros produtos.

## Tipos de Biorreatores

Existem diversos tipos e classificações para biorreatores, para cada processo há a necessidade de escolher diversos parâmetros e a combinação destes leva a escolha das características do biorreator.
Algumas subdivisões de tipos de biorreatores e suas características são apresentadas a seguir, ressalta-se que o modelo escolhido para cada processo pode vir a ser uma combinação de vários deles:

### Presença de oxigênio

De acordo com a presença de oxigênio, um biorreator pode ser classificado como:
* Aeróbio - quando as reações biológicas decorrem na presença de oxigênio livre ($O_{2}$);
* Anóxico - quando as reações biológicas decorrem somente na presença de oxigênio combinado (e.g.: $NO_{3}$). As bactérias aeróbias têm de romper as ligações do oxigênio com outros elementos para se oxigenar;
* Anaeróbio - quando as reações biológicas decorrem na ausência total de oxigênio. Estas reações biológicas são promovias por bactérias anaeróbias estritas ou bactérias anaeróbias facultativas.

### Modo de funcionamento

* Batelada
* Batelada alimentada
* Contínuo

### Sistema de agitação

* Tanque Agitado
* Fluxo Pistonado
* Escoamento em vórtices de Taylor
* Gotejamento
* Pneumático
* Tipo Wave

### Modelo

* Digestor anaeróbio de fluxo ascendente
* Estado Sólido
* Fibra Oca
* Fotobiorreator
* Leito Fixo
* Leito Fluidizado

## Modelos Hidráulicos

Os reatores biológicos obedecem a diferentes modelos hidráulicos:
* Modelo de fluxo Pistão - A difusão lateral e a mistura podem ser nulos, isto é, uma dada massa do liquido passa através do reator sem que ocorram processos de mistura no seu percurso.
* Modelo de Mistura completa - O conteúdo do reator é homogêneo e igual concentração do efluente.
* Modelo de escoamento disperso - Modelo que tem um comportamento misto entre o de fluxo pistão e mistura completa.
* Batch - Modelo em que o afluente permanece no reator em estágio durante algum tempo e depois é descarregado.

### Modelo de Fluxo Pistão

$S_{e}=S_{a}\cdot e^{-k\cdot t}$
Onde,
* $S_{a}$ - concentração de substrato à entrada do reator, ${\frac {mg}{L}}$;
* $S_{e}$ - concentração de substrato à saída da lagoa, ${\frac {mg}{L}}$;
* t - tempo de retenção hidráulica;

### Modelo de Mistura Completa

$S_{e}={\frac {S_{a}}{1+k\cdot t}}$
Para o caso de reatores em série :
$S_{e}={\frac {S_{a}}{\left(1+k\cdot t\right)^{n}}}$
Onde,
* n - número de reatores iguais em serie;
* t - tempo de retenção hidráulico por reator.

### Modelo de Escoamento Disperso

$S_{e}=S_{a}\cdot \left({\frac {4\cdot a\cdot e^{\frac {1}{2\cdot d}}}{\left(1+a\right)^{2}\cdot e^{\frac {a}{2\cdot d}}-\left(1-a\right)^{2}\cdot e^{-{\frac {a}{2\cdot d}}}}}\right)$
$a={\sqrt {1+4\cdot k\cdot t\cdot d}}$
$d={\frac {D}{U\cdot L}}$
Onde,
* n - número de reatores iguais em serie;
* t - tempo de retenção hidráulico por reator;
Valores típicos de ${\frac {D}{U\cdot L}}$ para diversas unidades de tratamento águas residuais :
* Tanque de sedimentação - ${\frac {D}{U\cdot L}}$ = 0,2-2,0
* Tanques de arejamento de lamas ativadas :
** Longo (plug flow) - ${\frac {D}{U\cdot L}}$ = 0,1-1,0.
** mistura completa - ${\frac {D}{U\cdot L}}$ = 3,0-4,0$ e superior.
Lagoas:
* Tanques em série e tanques longos - ${\frac {D}{U\cdot L}}$ = 0,1-1,0.
* Tanques simples - ${\frac {D}{U\cdot L}}$ = 3,0-4,0 e superior.
Lagoas arejadas:
* Retangulares - ${\frac {D}{U\cdot L}}$ = 0,2-1,0.
* Quadradas - ${\frac {D}{U\cdot L}}$ = 3,0-4,0 e superior.
* Valas de Oxidação - ${\frac {D}{U\cdot L}}$ = 3,0-4,0 e superior.
Critério empírico para estimar o valor do coeficiente de dispersão D:
Para lagoas e tanques com largura superior a 30 m :
* Com separadores, $D=33\cdot L$
* Sem separadores, $D=16,7\cdot L$
Para lagoas e tanques com largura inferior a 10 m :
* Com separadores, $D=11\cdot L^{2}$
* Sem separadores, $D=2\cdot L^{2}$
onde,
* D - Coeficiente de dispersão$\left({\frac {m^{2}}{h}}\right)$
* L - largura, (m)