Avaliação dos modelos matemáticos ASM1 e ASM3 calibrados com dados de monitoramento padrão de um sistema de lodos ativados

Abstract

O uso de modelos matemáticos de lodos ativados combinados com softwares computacionais tem sido amplamente empregado nas últimas décadas. Essa é uma ferramenta que possibilita avaliar condições de operação do tratamento e identificar pontos críticos do sistema de lodos ativados, que podem ser otimizados. Existem numerosos softwares disponíveis para modelagem e simulação de plantas de lodos ativados, entretanto a aplicação prática dessas ferramentas é bastante limitada. Uma das principais razões para tal situação é a dificuldade do processo de calibração dos modelos, que requer dados não incluídos no plano de monitoramento padrão de Estações de Tratamento de Esgoto – ETE. Como exemplo, caracterização detalhada e dados de monitoramento afluente e efluente de cada etapa do tratamento, fracionamento das concentrações de Demanda Química de Oxigênio – DQO e Nitrogênio – N, além de caracterização de parâmetros cinéticos e estequiométricos. Nesse cenário, a finalidade deste trabalho consistiu em avaliar a aplicabilidade dos modelos matemáticos ASM1 e ASM3 calibrados com dados de monitoramento padrão de um sistema de lodos ativados. O software de simulação computacional Stoat 5.0 foi utilizado para estruturar um sistema de lodos ativados, que opera com capacidade para tratar 444 L/s, aos modelos matemáticos a ASM1 e ASM3. Os modelos foram estruturados utilizando informações do projeto hidráulico e operação da ETE. Com os modelos estruturados e calibrados, a qualidade do efluente tratado foi simulada em resposta a variação da razão de retorno do lodo, de descarte do lodo, e temperatura. Os resultados demonstram que o conjunto de dados de monitoramento padrão disponíveis da ETE foi suficiente para calibrar os modelos e simular o desempenho do sistema considerando condições de operação em estado estacionário. Sendo assim, pode ser útil para diferentes finalidades, incluindo: treinamento de operadores da ETE, observação da resposta da planta às mudanças nos parâmetros operacionais básicos como: fluxos de retorno e vazão de descarte do lodo, e resposta em função da variação de fatores externos, como a temperatura. Os modelos ASM1 e ASM3, após serem calibrados, responderam de forma similar nos cenários analisados. A calibração estática dos modelos matemáticos ASM1 e ASM3 aplicados em simuladores computacionais são ferramentas que podem ter elevado utilidade na gestão de sistemas de lodos ativados.

The use of mathematical models of activated sludge process combined with computational softwares has been widely used in recent decades. This is a tool that allows you to evaluate the operating conditions of the treatment and identify the critical points of the activated sludge system, which can be optimized. There is numerous software available for modeling and simulation of activated sludge plants, however, the application of these tools is quite limited. One of the main reasons for this situation is the difficulty in the model calibration process, which requires data not included in the standard monitoring plan for Wastewater Treatment Plants - WWTPs. As an example, detailed characterization and data of the monitoring influents and effluents from each treatment unit process, Chemical Oxygen Demand - COD and Nitrogen – N fractions, in addition to characterization of kinetic and stoichiometric parameters. In this scenario, the purpose of this paper was to evaluate the applicability of the mathematical models ASM1 and ASM3 calibrated with standard monitoring data from an activated sludge system. The computer simulation software Stoat 5.0 was used to structure a system of activated sludge, which operates with the capacity to treat 444 L / s, using the mathematical models ASM1 and ASM3. The models were structured using information from the WWTP hydraulic project and operation. With the structured and calibrated models, the quality of the effluent was simulated in response to the variation of the sludge return rate, sludge wastage, and temperature. The results demonstrate that the standard monitoring data available from the WWTP was enough to calibrate the models and simulate the performance of the system considering operating conditions in steady state. Therefore, it can be useful for different purposes, including: training of WWTP operators, observation of the plant's response to changes in basic operating parameters such as: return flows and sludge wastage flow, and response depending on the variation of external factors , such as temperature. The ASM1 and ASM3 models, after being calibrated, responded similarly in the analyzed scenarios. Static calibration of the mathematical models ASM1 and ASM3 applied in computer simulators are tools that can be highly useful in the management of activated sludge systems.