De Ketele, J., Davister, D. Ikumi, D.S. (2018). Applying performance indices in plantwide modelling for a comparative study of wastewater treatment plant operational strategies. Water SA 44(4), 539– 550. (link)

 

Título

Applying performance indices in plantwide modelling for a comparative study of wastewater treatment plant operational strategies

(Aplicando índices de desempenho na modelagem de toda a planta para um estudo comparativo das estratégias operacionais da estação de tratamento de águas residuais)

 

Resumo

Achievement of good effluent quality is always the main goal for wastewater treatment plant (WWTP) systems. However, these WWTPs have developed further objectives that include efficient design and strategic control options, with the prospect of their conversion into waste resource recovery facilities (WRRFs) that operate on reduced energy costs. With all these aspects becoming an intrinsic part of waste treatment, mathematical models that simulate WWTP unit processes are becoming of increasing relevance for the achievement of WRRF goals (including good effluent quality, low energy costs and nutrient recovery). It is expected that these mathematical models will benefit potential future applications of automation process control, which have also been developing rapidly with the availability of more reliable and affordable sensors. However, simulated automation control strategies require a thorough evaluation protocol to ensure their viability prior to being adopted as efficient operation control measures. This study considers the comparison of different control strategies implemented on a standard WWTP layout, for plant optimization. The initial task was to define performance indices, effluent quality index (EQI) and operation cost index (OCI), based on a previous investigation by the International Water Association (IWA) benchmark simulation modelling (BSM) task group. These performance indices were then used to evaluate the following strategies: (i) adding a fermentation tank, (ii) dosing flocculant and (iii) implementing a balancing tank. A control strategy was only assumed to be effective with improvement or maintenance of effluent quality. Overall, the evaluation exercise proved to be useful for providing expert advice on efficiency of proposed waste treatment system layouts, towards determination of the best configuration of future WRRFs. For instance, it was notable that significant organic strength is needed for removal of nutrients recycled back from the anaerobic digestion (AD) system into the activated sludge (AS) – hence alternate methods to put the nutrient-rich outflow from the AD system to good use are required.

 

TRADUÇÃO LIVRE

A obtenção de uma boa qualidade do efluente é sempre o principal objetivo dos sistemas de estações de tratamento de águas residuais (ETAR). No entanto, estas ETARs desenvolveram outros objetivos que incluem opções de conceção eficiente e controlo estratégico, com perspetiva da sua conversão em instalações de valorização de recursos residuais (ERRFs) que operam com custos energéticos reduzidos. Com todos esses aspectos se tornando uma parte intrínseca do tratamento de resíduos, os modelos matemáticos que simulam os processos da unidade ETE estão se tornando cada vez mais relevantes para o cumprimento das metas do WRRF (incluindo boa qualidade do efluente, baixo custo de energia e recuperação de nutrientes). Espera-se que esses modelos matemáticos beneficiem potenciais aplicações futuras de controle de processos de automação, que também vêm se desenvolvendo rapidamente com a disponibilidade de sensores mais confiáveis ​​e acessíveis. No entanto, estratégias simuladas de controle de automação requerem um protocolo de avaliação minucioso para garantir sua viabilidade antes de serem adotadas como medidas eficientes de controle de operação. Este estudo considera a comparação de diferentes estratégias de controle implementadas em um layout de ETE padrão, para otimização da planta. A tarefa inicial era definir índices de desempenho, índice de qualidade do efluente (EQI) e índice de custo operacional (OCI), com base em uma investigação anterior do grupo de trabalho de modelagem de simulação de benchmark (BSM) da International Water Association (IWA). Esses índices de desempenho foram então usados ​​para avaliar as seguintes estratégias: (i) adicionar um tanque de fermentação, (ii) dosar floculante e (iii) implementar um tanque de balanceamento. Uma estratégia de controle só foi assumida como eficaz com a melhoria ou manutenção da qualidade do efluente. No geral, o exercício de avaliação provou ser útil para fornecer aconselhamento especializado sobre a eficiência dos layouts de sistemas de tratamento de resíduos propostos, para a determinação da melhor configuração de futuros WRRFs. Por exemplo, foi notável que uma força orgânica significativa é necessária para a remoção de nutrientes reciclados do sistema de digestão anaeróbica (AD) para o lodo ativado (AS) – portanto, métodos alternativos para colocar o fluxo rico em nutrientes do sistema AD para bom uso são necessários.

 

Artigo publicado no site African Journals Online (AJOL), no Journal Water SA.