Muoio, R., Palli, L., Ducci, I., Coppini, E., Bettazzi, E., Daddi, D., Fibbi, D., Gori, R. (2019). Optimization of a large industrial wastewater treatment plant using a modeling approach: A case study. Journal of Environmental Management 249, 109436. (link)

Título

Optimization of a large industrial wastewater treatment plant using a modeling approach: A case study

(Otimização de uma grande estação de tratamento de efluentes industriais usando uma abordagem de modelagem: um estudo de caso)

Resumo

The objective of this paper is to find the optimum solid retention time (SRT) of a wastewater treatment plant (WWTP), which minimizes operating costs, using a modeling approach with WEST software by MIKE DHI®. For the determination of the kinetic and stoichiometric parameters (used for the correct calibration of the model implemented), respirometric and kinetic batch tests were carried out. Each Oxidation ditch was modeled by a sequence of four aerated activated sludge units (ASUs) and four anoxic ASUs with recirculation. The model is able to simulate the separation efficiency of the secondary settler, which is generally quite low: in fact, the industrial origin of the wastewater induces the formation of small flocs, the dimensions of which can be further reduced by the presence of surface aerators. The nitrification/denitrification process is also accurately predicted. Using data obtained from the model, mass balances at the steady state for COD and N were made and compared to the ones obtained using measured data. After calibration and validation of the model, steady-state simulations were carried out by increasing and decreasing the SRT of the system under two different operational conditions used by the managing company and by evaluating the costs related to the water treatment line and the sludge treatment line for each scenario. It is interesting to note how the total costs are lower in summer than in winter (7.2 €cent/m3 in summer and 8.7 €cent/m3 in winter, in scenario 0). In general, the increase in the SRT led to a decrease in the total management costs. In fact, differences between scenario 0 and the scenario with the lowest total treatment costs (corresponding to an SRT of 11.4 d in winter and 10.0 d in summer) could give rise to total savings of about 44·000€/year in summer and 93·000€/year in winter.

TRADUÇÃO LIVRE

O objetivo deste artigo é encontrar o tempo ótimo de retenção de sólidos (SRT) de uma estação de tratamento de efluentes (ETE), que minimize os custos operacionais, usando uma abordagem de modelagem com o software WEST da MIKE DHI®. Para a determinação dos parâmetros cinéticos e estequiométricos (utilizados para a correta calibração do modelo implementado), foram realizados testes respirométricos e cinéticos em batelada . Cada vala de oxidação foi modelada por uma sequência de quatro unidades de lodo ativado aerado (ASUs) e quatro ASUs anóxicas com recirculação. O modelo é capaz de simular a eficiência de separação do decantador secundário, que geralmente é bastante baixa: de fato, a origem industrial das águas residuais induz a formação de pequenos flocos, cujas dimensões podem ser ainda mais reduzidas pela presença de aeradores de superfície . O processo de nitrificação/desnitrificação também é previsto com precisão. Usando os dados obtidos do modelo, balanços de massa no estado estacionário para COD e N foram feitos e comparados com os obtidos usando dados medidos. Após calibração e validação do modelo, foram realizadas simulações em regime permanente aumentando e diminuindo o SRT do sistema em duas condições operacionais diferentes utilizadas pela empresa gestora e avaliando os custos relacionados com a linha de tratamento de água e o tratamento de lamaslinha para cada cenário. É interessante notar como os custos totais são mais baixos no verão do que no inverno (7,2 €cent/m 3no verão e 8,7 €cent/m3no inverno, no cenário 0). Em geral, o aumento do SRT levou a uma diminuição dos custos totais de gestão. De facto, as diferenças entre o cenário 0 e o cenário com custos totais de tratamento mais baixos (correspondente a um SRT de 11,4 d no inverno e 10,0 d no verão) poderão originar uma poupança total de cerca de 44.000€/ano no verão e 93 ·000€/ano no inverno.

Artigo publicado no site ScienceDirect, no Journal of the International Water Association (IWA).