Esta pesquisa relatou a aplicação de uma nova configuração de reator, com o meio suporte verticalmente estruturado, chamado de FVR como alternativa aos reatores convencionais de leito compactado (PBRs) para a digestão anaeróbia de vinhaça de cana-de-açúcar. A utilização do FVR impediu a acumulação de sólidos dentro do reator, mantendo as vantagens da imobilização da biomassa. Foi avaliada a operação (330 dias) de um FVR e um PBR na digestão de vinhaça sob cargas orgânicas crescentes (2,4–18,0 kgDQO m^-3 dia^-1), com foco na eficiência, cinética aparente e nos impactos dos diferentes arranjos de meio suporte sobre a produção e retenção de biomassa. Ambos os sistemas apresentaram bons resultados até a COVa de 15 kgDQO m^-3 d ^-1 , com médias de remoção de DQO solúvel iguais a 75% e 70%, e Y_CH4 iguais a 0,3 e 0,22 L_CH4 g ^-1 DQO_removida, respectivamente. O valor máximo de r^ap foi aproximadamente cinco vezes maior no FVR (13,2 g de DQO L^-1 h^-1), mesmo em uma COVa aproximadamente duas vezes maior do que o valor ótimo observado para o PBR (15 vs 6,4 kg D QO m^-3 d ^-1. Um modelo cinético de primeira ordem com residual de matéria orgânica se ajustou bem aos dados experimentais indicando sempre maiores valores de k₁^aps para o FVR, o que corroborou o melhor desempenho e estabilidade operacional deste sistema. Os valores de COV e s variaram entre 0,15-0,49 g DQO g^-1 SSV dia ^-1 e 0,05-0,30 g DQO g^-1 SSV dia^-1 no FVR e PBR, respectivamente Estes valores comprovaram a maior robustez do FVR, dado sua capacidade de manter maior eficiência e velocidade aparente de degradação, com uma menor quantidade de biomassa Isto foi consequência da maior capacidade de interação entre a biomassa e a vinhaça neste reator, fator este que esteve fortemente relacionado à maior porosidade do leito no FVR (92,6%) em relação ao PBR (72,3%) Apesar das condições operacionais equivalentes, o rendimento de crescimento da biomassa (Y_x/s) foi diferente em ambos os reatores, sendo 0,095 gSSV g^-1DQO (FVR) e 0,066 gVSS g^-1DQO (PBR), indicando um controle claro do arranjo do leito sobre a produção de biomassa em reatores.

This study reports on the application of an innovative structured-bed reactor (FVR) as an alternative to conventional packed-bed reactors (PBRs) for the anaerobic digestion of sugarcane vinasse. Using the FVR prevents solids from accumulating within the fixed-bed, while maintaining the advantages of the biomass immobilization. The long-term operation (330 days) of a FVR and a PBR applied to sugarcane vinasse under increasing organic loads (2.4–18.0 kgCOD m^-3day^-1) was evaluated, focusing on the efficiency, apparent kinetics and impacts of the different media arrangements over the production and retention of biomass. Both systems showed good results up to OLR of 15 kg COD m^-3d^-1, with a mean removal of soluble COD equal to 75% and 70%, and Y_CH4 equal to 0,3 and 0,22 L_CH4 g^-1, respectively. The maximum r^app was approximately 5-fold higher in the FVR (13.2 g COD L^-1 h^-1), even at an OLR approximately 2-fold higher than the optimum value observed for the PBR (15.0 vs. 6.4 kg COD m^-3 day^-1). The first-order-kinetic model with residual organic matter concentration fitted well to the experimental data, indicating always higher values of k₁^aps for the FVR, which corroborated the better performance and operational stability of this system. SOLR values ranged between 0.15–0.49 g COD g^-1VSS day^-1 and 0.05–0.30 g COD g^-1VSS day^-1 in the FVR and PBR, respectively. These values proved the greater robustness of the FVR, given its ability to maintain greater efficiency and apparent kinetics of degradation, with alower amount of biomass. This was a consequence of the higher capacity of contactbetween the biomass and the vinasse in this reactor, which was strongly associatedto the higher porosity of the bed in the FVR(92.6%) comparedto the PBR (72.3%). Despite the equivalent operating conditions, the biomass growth yield (Y_x/s) was different in both reactors, i.e. 0.095 gSSV g^-1COD(FVR) and 0.066 gVSS g^-1COD(PBR), indicating a clear control over the biomass production in fixed-bed reactors.