Análise e optimização do desempenho da ETARI da Prio Biocombustíveis

Abstract

O presente trabalho foi desenvolvido tendo como principal objectivo a análise e optimização das condições de funcionamento da Estação de Tratamento de Águas Residuais Industriais (ETARI) da Prio Biocombustíveis. Numa primeira fase foi analisado o histórico dos parâmetros monitorizados aos vários órgãos da ETARI. Foi sugerido que existissem fragilidades ao nível da homogeneização dos reactores biológicos e, para avaliar este facto, foi realizado um ensaio estímulo-resposta, com a eosina Y como traçador, para determinar o tempo médio de residência dos reactores biológicos. Foram realizados ensaios preliminares em laboratório para verificar: (i) possíveis efeitos de inibição, da eosina Y, à actividade das lamas biológicas presentes nos reactores da ETARI, (ii) possíveis interacções biomassatraçador, e (iii) desorção do traçador. Do primeiro ensaio observou-se que a eosina Y não apresentou efeitos inibidores à actividade da biomassa utilizada (da ETARI), porém registou-se uma adsorção de cerca de 30%. Para verificar os pontos (ii) e (iii) foram realizados dois ensaios estímuloresposta, com e sem biomassa. Destes ensaios verificou-se que as lamas constituem um volume morto de cerca de 30% e que a eosina não sofria desorção. No ensaio traçador aos reactores biológicos da ETARI, a eosina Y foi adicionada na forma de pulso ao tanque de contacto, e as amostras recolhidas à saída do sistema. A concentração de traçador foi monitorizada por espectrofotometria. O ensaio foi interrompido prematuramente, devido à falta de efluente fabril para manter a ETARI a funcionar. Sem os resultados de um ensaio finalizado, foi impossível a sua validação através de um teste de consistência. Tal facto também condicionou e dificultou a modelização da curva resposta. Foram testados modelos mais e menos intrincados: partiu-se de um único CSTR, ao qual se sucederam modelos mais complexos, com a associação de mais CSTR e a existência de diferentes correntes de recirculação (entre reactores) e zonas de segregação. O modelo que melhor se ajustou aos pontos experimentais foi o modelo de um CSTR, mas com este, o tempo de residência médio obtido é cerca de 3 vezes superior ao teórico. Os restantes modelos foram desenvolvidos com vista a traduzir os tanques e correntes que se observam na ETARI, aproximando-os da realidade. Destes modelos, todos se ajustaram à curva resposta quando se assumiu que: caudal de entrada era 2m3/h e a razão de recirculação () era 2.4. Este trabalho foi exploratório e permitiu inferir sobre o comportamento hidráulico dos reactores que fazem parte do tratamento biológico da ETARI. Permitiu ainda conhecer com detalhe o comportamento hidrodinâmico da ETARI, estando agora a empresa na posse de dados que permitem desenvolver acções com objectivo de optimizar a tecnologia instalada, propondo novos parâmetros de trabalho e a eventual alteração do funcionamento de alguns equipamentos. Os resultados obtidos possibilitam igualmente antecipar problemas e planear operações de forma eficiente com vista à melhoria do desempenho da ETARI a nível da qualidade do efluente nas diversas etapas, reduzindo custos de operação e manutenção.

This work was developed with the main objective of analysis and optimization of the operating conditions of Prio Biocombustíveis’s industrial wastewater treatment plant (IWWTP). Initially, the history of monitored parameters at the IWWTP was analyzed. It was suggested that there were fragilities in terms of the homogeneity of the bioreactors. To evaluate this, a tracer test was conducted, with eosin Y as a tracer, to determine the average residence time of the bioreactors. Preliminary laboratory tests were performed to check: (i) the possible inhibition effects, of eosin Y, to the activity of the biological sludge present in the bioreactors of the IWWTP, (ii) possible biomass-tracer interactions, and (iii) desorption of the tracer. In the initial test it was observed that the eosin Y did not present inhibitory effects on the activity of the biomass used (from the IWWTP), but there was an adsorption of about 30%. In order to verify the points (ii) and (iii) two tracer tests were carried out, with and without biomass. From these tests it was found that the biological sludge represents a dead volume of about 30% and that eosin Y didn’t suffer desorption. In the tracer test at the IWWTP’s bioreactors, the eosin Y was added in the form of a pulse to the contact tank, and the samples were collected at the outlet of the system. The concentration of tracer was monitored by spectrophotometry. The experiment was prematurely stopped, due to a lack of industrial effluent to keep the IWWTP operating. Without the results of a completed assay, it was impossible to validate it through a consistency test. This fact also conditioned and hampered the modeling of the tracer output concentration curve. Models more and less complex were tested: starting from a single CSTR succeeded by more complex models, with the combination of more CSTR and the presence of different recycle streams (between reactors) and segregation zones. The model that best fitted the experimental points was the model of a CSTR, but with this one, the mean residence time obtained was about 3 times higher than the theoretical. The remaining models were developed in order to translate the tanks and streams that are observed in the IWWTP, therefore an approach with the reality. These models all fitted the response curve when it was assumed that: flow input was 2m3/h and recirculation ratio () was 2.4. This work was exploratory and allowed to infer the hydraulic behavior of the reactors that are part of the biological treatment stage of the IWWTP. It also enabled to know in detail the hydrodynamic behavior of the IWWTP, being now the firm in possession of data that enables development actions with the aim of optimizing the installed technology, proposing new working parameters and the possible modification of the operation of some equipment. The results achieved also make it possible to anticipate problems and plan operations efficiently, in order to improve the performance of the IWWTP in terms of effluent quality at various stages, reducing operation and maintenance costs.