Análise hidráulica de sistema elevatório final e de tanques de aeração de estação de tratamento de esgoto por lodo ativado com foco em eficiência energética âEUR\" Estudo de caso ETE Barueri.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2024 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-20082024-083450/ |
Resumo: | Nos últimos anos a demanda de saneamento básico tem crescido significativamente no Brasil e no mundo. No caso do tratamento de esgoto, a ampliação da rede de coleta impacta diretamente na capacidade de tratamento de estações de tratamento de esgoto (ETEs), forçando-as a operarem em condições diferentes das originalmente projetadas. Para suprir a demanda crescente de tratamento, a Organização das Nações Unidas (ONU) estabeleceu metas de universalização do acesso a esgoto tratado e água potável até 2030. Ademais, no Brasil, foi desenvolvido o novo marco regulatório do saneamento básico, definindo metas de abrangência e tratamento de esgoto, bem como incentivos fiscais e financeiros para que as empresas possam cumprir tais objetivos até o final de 2033. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia de análise de desempenho hidráulico em ETE por lodo ativado, com foco no consumo energético da ETE, baseado na operação das bombas do sistema elevatório final e dos tanques de aeração, principais responsáveis por grande parte do consumo energético da planta. Para o estudo de caso apresentado foram realizadas análises em três condições de operação das bombas para comparação do consumo energético e custo de operação, considerando a condição de vazão de entrada definida através de dados históricos. Para cada condição de operação foram estudados diferentes níveis de perda de carga no sistema de sucção das bombas, comparando-se com a condição do projeto executivo da ETE. Quanto aos tanques de aeração, foram calculadas a demanda de oxigênio no processo e a potência requerida pelos compressores para diversas condições de simetria e assimetria na operação dos tanques de aeração. Os resultados mostraram que, para a vazão de entrada analisada, a operação com bombas de velocidade variável tem melhor desempenho quando comparada ao uso de bombas de velocidade constante. Além disso, notou-se que obstruções nos condutos aumentam a perda de carga do sistema, elevando a cota no poço distribuidor e reduzindo a eficiência das bombas. Por outro lado, em condição de operação sem obstruções, a elevação das cotas de operação definida no projeto executivo das bombas pode melhorar a eficiência energética do conjunto. No sistema de aeração, a distribuição simétrica da vazão para os dois módulos da estação mostrou-se como condição de melhor desempenho, sendo que a condição que mais causou aumento no consumo energético foi a de assimetria de vazões entre os tanques de aeração. Por fim, calculou-se o consumo energético e o custo por metro cúbico de esgoto tratado dos sistemas de bombeamento e aeração para as condições de projeto e hipotética, chegando-se nos totais aproximados para a condição de projeto de 0,55 kWh/m³ e 0,21 R$/m³, e para condição hipotética de 0,53 kWh/m³ e 0,20 R$/m³, no ano de desenvolvimento deste trabalho. A metodologia apresentada pode ser utilizada no aprimoramento destes valores, buscando-se ampliar a base de dados a partir do monitoramento contínuo de vazões e níveis, associado ao uso de controle e automação, aplicando-se na operação de ETEs por lodo ativado existentes e a novos projetos. |
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Análise hidráulica de sistema elevatório final e de tanques de aeração de estação de tratamento de esgoto por lodo ativado com foco em eficiência energética âEUR\" Estudo de caso ETE Barueri.Hydraulic analysis of the final lifting system and aeration tanks of an activated sludge wastewater treatment plant focusing on energy efficiency Case study Barueri WWTP.AeraçãoAerationBombeamentoEficiência energéticaEnergy efficiencyEstação de tratamento de esgotoPumpingWastewater treatment plantNos últimos anos a demanda de saneamento básico tem crescido significativamente no Brasil e no mundo. No caso do tratamento de esgoto, a ampliação da rede de coleta impacta diretamente na capacidade de tratamento de estações de tratamento de esgoto (ETEs), forçando-as a operarem em condições diferentes das originalmente projetadas. Para suprir a demanda crescente de tratamento, a Organização das Nações Unidas (ONU) estabeleceu metas de universalização do acesso a esgoto tratado e água potável até 2030. Ademais, no Brasil, foi desenvolvido o novo marco regulatório do saneamento básico, definindo metas de abrangência e tratamento de esgoto, bem como incentivos fiscais e financeiros para que as empresas possam cumprir tais objetivos até o final de 2033. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia de análise de desempenho hidráulico em ETE por lodo ativado, com foco no consumo energético da ETE, baseado na operação das bombas do sistema elevatório final e dos tanques de aeração, principais responsáveis por grande parte do consumo energético da planta. Para o estudo de caso apresentado foram realizadas análises em três condições de operação das bombas para comparação do consumo energético e custo de operação, considerando a condição de vazão de entrada definida através de dados históricos. Para cada condição de operação foram estudados diferentes níveis de perda de carga no sistema de sucção das bombas, comparando-se com a condição do projeto executivo da ETE. Quanto aos tanques de aeração, foram calculadas a demanda de oxigênio no processo e a potência requerida pelos compressores para diversas condições de simetria e assimetria na operação dos tanques de aeração. Os resultados mostraram que, para a vazão de entrada analisada, a operação com bombas de velocidade variável tem melhor desempenho quando comparada ao uso de bombas de velocidade constante. Além disso, notou-se que obstruções nos condutos aumentam a perda de carga do sistema, elevando a cota no poço distribuidor e reduzindo a eficiência das bombas. Por outro lado, em condição de operação sem obstruções, a elevação das cotas de operação definida no projeto executivo das bombas pode melhorar a eficiência energética do conjunto. No sistema de aeração, a distribuição simétrica da vazão para os dois módulos da estação mostrou-se como condição de melhor desempenho, sendo que a condição que mais causou aumento no consumo energético foi a de assimetria de vazões entre os tanques de aeração. Por fim, calculou-se o consumo energético e o custo por metro cúbico de esgoto tratado dos sistemas de bombeamento e aeração para as condições de projeto e hipotética, chegando-se nos totais aproximados para a condição de projeto de 0,55 kWh/m³ e 0,21 R$/m³, e para condição hipotética de 0,53 kWh/m³ e 0,20 R$/m³, no ano de desenvolvimento deste trabalho. A metodologia apresentada pode ser utilizada no aprimoramento destes valores, buscando-se ampliar a base de dados a partir do monitoramento contínuo de vazões e níveis, associado ao uso de controle e automação, aplicando-se na operação de ETEs por lodo ativado existentes e a novos projetos.In recent years, the demand for basic sanitation has grown significantly in Brazil and around the world. In the case of wastewater treatment, the expansion of the collection network directly impacts the treatment capacity of the wastewater treatment plants (WWTPs), forcing them to operate in different conditions from the originally designed. To meet the growing demand for treatment, the United Nations (UN) established goals for universal access to treated sewage and drinking water by 2030. Furthermore, in Brazil, the new regulatory framework for basic sanitation was developed, defining coverage and treatment goals of sewage, as well as tax and financial incentives so that companies can meet these objectives by the end of 2033. This work aims to present a methodology for analyzing hydraulic performance in activated sludge WWTP, focused on energy consumption, based on the operation of pumps in the final lifting system and aeration tanks, which are mainly responsible for a large part of the plant\'s energy consumption. For the case study presented, analyzes were carried out under three operating conditions of the pumps to compare energy consumption and operating costs, considering the input flow condition defined through historical data. For each operating condition, different levels of head loss in the pump suction system were studied, comparing them with the condition of the WWTP\'s executive project. As for the aeration tanks, the oxygen demand in the process and the power required by the compressors were calculated for different conditions of symmetry and asymmetry in operation of the aeration tanks. The results showed that, for the inlet flow analyzed, operation with variable speed pumps has better performance when compared to the use of constant speed pumps. Furthermore, it was noted that obstructions in the ducts increase the system\'s head loss, increasing the level in the wet well and reducing the efficiency of the pumps. On the other hand, in unobstructed operating conditions, increase in the pumps operating levels, defined in the executive project, can improve the energy efficiency of the set. In the aeration system, the symmetrical flow distribution for the two modules of the station proved to be the best performance condition, and the condition that most caused an increase in energy consumption was the asymmetry of flow rates between the aeration tanks. Finally, the energy consumption and the cost per cubic meter of treated sewage from the pumping and aeration systems were calculated for the design and hypothetical conditions, arriving at approximate totals for the design condition of 0.55 kWh/m³ and 0.21 R$/m³, and for a hypothetical condition of 0.53 kWh/m³ and 0.20 R$/m³, in the year this work was developed. The methodology presented can be used to improve these values, aiming the database expansion based on continuous flows and levels monitoring, associated with the use of control and automation, applying to the operation of existing activated sludge WWTPs and new projects.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPOrtiz, Jayme PintoNascimento, Bruno Oliveira2024-02-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-20082024-083450/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2024-08-21T21:50:02Zoai:teses.usp.br:tde-20082024-083450Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212024-08-21T21:50:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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Nos últimos anos a demanda de saneamento básico tem crescido significativamente no Brasil e no mundo. No caso do tratamento de esgoto, a ampliação da rede de coleta impacta diretamente na capacidade de tratamento de estações de tratamento de esgoto (ETEs), forçando-as a operarem em condições diferentes das originalmente projetadas. Para suprir a demanda crescente de tratamento, a Organização das Nações Unidas (ONU) estabeleceu metas de universalização do acesso a esgoto tratado e água potável até 2030. Ademais, no Brasil, foi desenvolvido o novo marco regulatório do saneamento básico, definindo metas de abrangência e tratamento de esgoto, bem como incentivos fiscais e financeiros para que as empresas possam cumprir tais objetivos até o final de 2033. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia de análise de desempenho hidráulico em ETE por lodo ativado, com foco no consumo energético da ETE, baseado na operação das bombas do sistema elevatório final e dos tanques de aeração, principais responsáveis por grande parte do consumo energético da planta. Para o estudo de caso apresentado foram realizadas análises em três condições de operação das bombas para comparação do consumo energético e custo de operação, considerando a condição de vazão de entrada definida através de dados históricos. Para cada condição de operação foram estudados diferentes níveis de perda de carga no sistema de sucção das bombas, comparando-se com a condição do projeto executivo da ETE. Quanto aos tanques de aeração, foram calculadas a demanda de oxigênio no processo e a potência requerida pelos compressores para diversas condições de simetria e assimetria na operação dos tanques de aeração. Os resultados mostraram que, para a vazão de entrada analisada, a operação com bombas de velocidade variável tem melhor desempenho quando comparada ao uso de bombas de velocidade constante. Além disso, notou-se que obstruções nos condutos aumentam a perda de carga do sistema, elevando a cota no poço distribuidor e reduzindo a eficiência das bombas. Por outro lado, em condição de operação sem obstruções, a elevação das cotas de operação definida no projeto executivo das bombas pode melhorar a eficiência energética do conjunto. No sistema de aeração, a distribuição simétrica da vazão para os dois módulos da estação mostrou-se como condição de melhor desempenho, sendo que a condição que mais causou aumento no consumo energético foi a de assimetria de vazões entre os tanques de aeração. Por fim, calculou-se o consumo energético e o custo por metro cúbico de esgoto tratado dos sistemas de bombeamento e aeração para as condições de projeto e hipotética, chegando-se nos totais aproximados para a condição de projeto de 0,55 kWh/m³ e 0,21 R$/m³, e para condição hipotética de 0,53 kWh/m³ e 0,20 R$/m³, no ano de desenvolvimento deste trabalho. A metodologia apresentada pode ser utilizada no aprimoramento destes valores, buscando-se ampliar a base de dados a partir do monitoramento contínuo de vazões e níveis, associado ao uso de controle e automação, aplicando-se na operação de ETEs por lodo ativado existentes e a novos projetos. |
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