Eficiência energética no tratamento de águas residuais

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ção de 25% dos consumos em 5 anos (2008-2012) num payback estimado de 10 anos (claramente justificável num horizonte de concessões a 40 ou 50 anos) ou a Holanda com um objetivo de redução de 2% ao ano até um máximo de 15%. Para Portugal e apenas analisando o setor público, a estimativa é de uma redução dos custos operacionais em 15%.

Pedro Santos Gestor de Produto Ambiente na F.Fonseca.

F.Fonseca, S.A. Tel.: +351 234 303 900 · Fax: +351 234 303 910 ffonseca@ffonseca.com · www.ffonseca.com /FFonseca.SA.Solucoes.de.Vanguarda

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Eficiência energética no tratamento de águas residuais

1. INTRODUÇÃO O tratamento de águas residuais pode ser definido como a recolha de águas residuais domésticas, urbanas e industriais e o seu encaminhamento para Estações de Tratamento de Águas Residuais e/ou Industriais (ETAR e ETARI). Estas infraestruturas devem possibilitar um tratamento eficiente por forma a garantir a despoluição destes efluentes antes da sua devolução ao meio recetor, não comprometendo os seus usos, nem gerando impactos negativos na saúde pública e nos ecossistemas.

Os efeitos positivos inerentes ao funcionamento de Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETARs) são evidentes e incontestáveis. Contudo, a construção e exploração destas infraestruturas, assim como todas as que lhes estão associadas, podem originar impactos negativos no ambiente que devem ser considerados desde a fase de conceção do projeto.

Assiste-se, atualmente, a uma exigência crescente nos requisitos de qualidade das descargas de efluentes urbanos no meio hídrico recetor e, em paralelo, a uma maior pressão no sentido do aumento da eficiência na operação de ETAR, no que diz respeito ao consumo energético e de outros recursos.

Nos últimos anos verificou-se uma preocupação crescente a nível internacional na otimização dos processos relacionados com o mercado das águas, como mostram os exemplos da Dinamarca, com um objetivo de redu-

2. NOVAS ESTRATÉGIAS DE CONTROLO A redução da fatura energética passará certamente pela utilização de energias renováveis (inclusive o aproveitamento do biogás) e aplicação de melhores conceitos de engenharia na remodelação das infraestruturas existentes e nos novos projetos. É um facto que a maior fatia do consumo de energia deste mercado advém do funcionamento das infraestruturas, nomeadamente Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) e Estações Elevatórias (EE), pelo que o primeiro

passo será a implementação de novas metodologias de controlo que permitam por si só uma redução dos custos operacionais. Neste âmbito identificam-se diferentes abordagens de controlo operacional: A abordagem convencional › Decisões de controlo normalmente baseadas em variáveis de nível; › Estrutura de decisões conservativa; › O funcionamento das estações de tratamento ou de bombagem tende a ser dependente dos picos de consumo e não do consumo diário.

A abordagem dinâmica › Decisões de controlo baseadas nas previsões de consumo utilizando o princípio básico da repetição das curvas de consumo; › Controlo adaptativo baseado na tendência de consumo.

As potencialidades do controlo dinâmico são facilmente inumeráveis: operação

Figura 1. Sistemas de controlo dinâmico de nova geração, local ou remoto e funções de otimização energética.

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Figura 3. Controlo dinâmico de operação de estação de bombagem.

4. OTIMIZAĂ‡ĂƒO DO CONTROLO DE OXIGÉNIO O processo de arejamento ĂŠ responsĂĄvel pela maior parte do consumo de energia de uma ETAR, em comparação com os restantes processos. Embora este consumo seja especĂ­ďŹ co e possa variar entre instalaçþes, a fração da energia usada para o arejamento pode variar de 25 atĂŠ 60% do consumo de energia total da instalação. Esta ordem de grandeza indica claramente um dos locais chave de intervenção, na perspetiva da sua conceção ou adequação para corresponder, tanto quanto possĂ­vel, Ă s necessidades reais de funcionamento e dos sistemas subsequentes. AtravĂŠs de uma melhor compreensĂŁo das necessidades de oxigĂŠnio e da sua variabilidade temporal

(diĂĄria ou ao longo das estaçþes do ano) abre-se caminho Ă introdução de mecanismos de automatização, que permitam uma maior exibilidade nos sistemas de arejamento, de modo a que esta operação possa ir de encontro Ă s necessidades em tempo real e, desta forma, aumentar a eďŹ ciĂŞncia deste processo. Neste âmbito e colocando de parte os mecanismos de arejamento em contĂ­nuo ou temporizado, por nĂŁo se enquadrarem no valor acrescentado pretendido, sĂŁo soluçþes o controlo em função da medição dos nĂ­veis de OxigĂŠnio Dissolvido (OD), os controladores em cascata em função das mediçþes de NH4 e OD ou os jĂĄ referidos controladores avançados.

Os sistemas automatizados de controlo, normalmente, utilizam formas de autocontrolo, atravÊs das quais as taxas de uxo de ar são ajustadas em resposta às mudanças de concentração do OD no tanque de arejamento. As estratÊgias de controlo podem ser das mais simples, como um ponto de controlo On-O, às mais complexas baseadas em algoritmos desenvolvidos à medida de cada aplicação.

Figura 5. Sensor ótico de OD – ECOLINE O-DO da Jumo, com controlador autónomo.

OxigÊnio Dissolvido [ppm] – Tendências (3 dias)

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Vantagens do controlo otimizado do fornecimento de O2 Monitorização online: › Qualidade do euente monitorizada e controlada em permanência; › Desperdício de energia evitado uma vez que o sobrearejamento Ê prevenido.

Previsão de cargas: › Resposta adequada e atempada às variaçþes na auência.

Auto-aprendizagem: › Operação automåtica com otimização dos parâmetros de controlo em contínuo.

Uma estratĂŠgia comum para o controlo automĂĄtico do OD ĂŠ o sistema de controlo em cascata. No primeiro circuito de controlo em cascata, o controlador do processo envia um sinal para o circuito de controlo do caudal de ar do tanque com base nas leituras da sonda de OD. Por exemplo, se a leitura estĂĄ abaixo do limiar deďŹ nido, o controlador vai introduzir mais ar. O ajuste de caudal pode ser realizado diretamente pelo controlador de medição de OD. Noutras aplicaçþes, em que existe supervisĂŁo local ou remota, a medição de OD ĂŠ o ponto de regulação para o controlador de uxo de ar.

A medição de OD atravĂŠs de sondas Ăłticas apresenta vĂĄrias vantagens sobre as sondas de membrana. Estas vantagens fazem deste tipo de equipamento um excelente recurso a aplicar nos sistemas de controlo automatizados. A sonda OD Ăłtica nĂŁo consome eletrĂłlito e requer uma menor periodicidade de calibração e praticamente uma ausĂŞncia de manutenção. Elevada precisĂŁo e ďŹ abilidade sĂŁo tambĂŠm caraterĂ­sticas que distinguem este tipo de equipamentos em comparação com as tradicionais sondas de membrana.

O recurso a este tipo de sensores nĂŁo pode ser considerado por si sĂł uma medida de incremento da eďŹ ciĂŞncia energĂŠtica. No entanto, a sua ďŹ abilidade e precisĂŁo adequam-no Ă aplicação em sistemas de controlo automatizado. Estudos demonstram que a implementação de sistemas de controlo automĂĄticos, recorrendo a sondas Ăłticas de OD e a variadores de velocidade retorna uma economia que varia entre os 14 e os 40%.

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29 Fontes: Mitsubishi Electric; Jumo; Elis;Tethys; Kobold.

Figura 4. Exemplo de funcionamento nĂŁo otimizado de arejador versus gama adequada de funcionamento.

Adene; PNAEE, EPA.