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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, atravĂŠs das quais as taxas de uxo de ar sĂŁo ajustadas em resposta Ă s mudanças de concentração do OD no tanque de arejamento. As estratĂŠgias de controlo podem ser das mais simples, como um ponto de controlo On-O, Ă s mais complexas baseadas em algoritmos desenvolvidos Ă 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 permanĂŞncia; › DesperdĂcio de energia evitado uma vez que o sobrearejamento ĂŠ prevenido. PrevisĂŁo de cargas: › Resposta adequada e atempada Ă s variaçþes na auĂŞncia. Auto-aprendizagem: › Operação automĂĄtica com otimização dos parâmetros de controlo em contĂnuo. 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.