Publicação
Modelação de um problema de otimização em estações de tratamento de águas residuais usando modelos benchmark
| Resumo: | A procura incessante por água potável devido à sua escassez levou ao interesse crescente na recuperação de recursos em estações de tratamento de águas residuais, o que ao desenvolvimento de estações de tratamento de águas residuais (ETAR) como instalações de reciclagem de recursos hídricos. A modelação matemática tem vindo a ser extremamente importante na implementação, operação e otimização desses processos. A introdução de modelos padrão, incluindo várias subunidades, permitiu uma avaliação objetiva do desempenho das estratégias de controle por simulação de maneira a combater problemas operacionais que geram perdas económicas e ambientais devido ao desequilíbrio nas populações microbianas. Ao longo do tempo foram propostas muitas estratégias de controlo sendo que têm sido usados softwares e benchmarks simulation models para testar e avaliar estratégias, melhorando a operação das ETAR. O modelo de simulação de referência número 2 inclui sedimentadores primários, espessadores de lamas, desaguamento e tratamento de lamas com digestão anaeróbia, ampliando o alcance em comparação com os anteriores, que se focavam principalmente nas lamas ativadas e no sedimentador secundário. Esses avanços são fundamentais para otimizar o tratamento de águas residuais e superar desafios microbiológicos. Este projeto teve como objetivo principal criar um problema de otimização podendo mais tarde ser formulado também como um problema multiobjectivo. Neste estudo, a abordagem híbrida do algoritmo HGPSAL mostrou-se altamente eficaz ao lidar com um modelo mais complexo, o BSM2, sem ultrapassar limites legais nas variáveis críticas. A inclusão de novas variáveis, como fósforo, oxigénio dissolvido, sódio, SNH (composto de enxofre azotado), pH e SNO (composto de azoto nitrado), representou um avanço significativo no tratamento de águas residuais. Em suma, este estudo contribui significativamente para a aplicação de algoritmos de otimização em estações de tratamento de águas residuais, oferecendo soluções adaptáveis e eficazes. Os resultados obtidos representam um avanço importante em direção a soluções mais económicas e sustentáveis no tratamento de águas residuais, com potencial para impactar positivamente a gestão hídrica e ambiental, destacando a importância da recuperação de recursos, a complexidade microbiológica e a necessidade de estratégias inovadoras de controle, bem como o uso de modelos de benchmark para avaliação de desempenho. |
|---|---|
| Autores principais: | Gonçalves, Carina Filipa Araújo |
| Assunto: | Benchmark BSM2 ETAR Modelação Modeling |
| Ano: | 2023 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A procura incessante por água potável devido à sua escassez levou ao interesse crescente na recuperação de recursos em estações de tratamento de águas residuais, o que ao desenvolvimento de estações de tratamento de águas residuais (ETAR) como instalações de reciclagem de recursos hídricos. A modelação matemática tem vindo a ser extremamente importante na implementação, operação e otimização desses processos. A introdução de modelos padrão, incluindo várias subunidades, permitiu uma avaliação objetiva do desempenho das estratégias de controle por simulação de maneira a combater problemas operacionais que geram perdas económicas e ambientais devido ao desequilíbrio nas populações microbianas. Ao longo do tempo foram propostas muitas estratégias de controlo sendo que têm sido usados softwares e benchmarks simulation models para testar e avaliar estratégias, melhorando a operação das ETAR. O modelo de simulação de referência número 2 inclui sedimentadores primários, espessadores de lamas, desaguamento e tratamento de lamas com digestão anaeróbia, ampliando o alcance em comparação com os anteriores, que se focavam principalmente nas lamas ativadas e no sedimentador secundário. Esses avanços são fundamentais para otimizar o tratamento de águas residuais e superar desafios microbiológicos. Este projeto teve como objetivo principal criar um problema de otimização podendo mais tarde ser formulado também como um problema multiobjectivo. Neste estudo, a abordagem híbrida do algoritmo HGPSAL mostrou-se altamente eficaz ao lidar com um modelo mais complexo, o BSM2, sem ultrapassar limites legais nas variáveis críticas. A inclusão de novas variáveis, como fósforo, oxigénio dissolvido, sódio, SNH (composto de enxofre azotado), pH e SNO (composto de azoto nitrado), representou um avanço significativo no tratamento de águas residuais. Em suma, este estudo contribui significativamente para a aplicação de algoritmos de otimização em estações de tratamento de águas residuais, oferecendo soluções adaptáveis e eficazes. Os resultados obtidos representam um avanço importante em direção a soluções mais económicas e sustentáveis no tratamento de águas residuais, com potencial para impactar positivamente a gestão hídrica e ambiental, destacando a importância da recuperação de recursos, a complexidade microbiológica e a necessidade de estratégias inovadoras de controle, bem como o uso de modelos de benchmark para avaliação de desempenho. |
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