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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/52083
Tipo: | Dissertação |
Título : | Análise da confiabilidade e modelagem cinética de lagoas de estabilização no nordeste no Brasil |
Autor : | Alves, Matheus Sales |
Tutor: | Pereira, Erlon Lopes |
Palabras clave : | Saneamento;Esgotos;Lagoas de estabilização;Monte Carlo, Método de;Effluent quality;Monte Carlo simulation |
Fecha de publicación : | 2020 |
Citación : | ALVES, M. S. Análise da confiabilidade e modelagem cinética de lagoas de estabilização no nordeste no Brasil. 2020. 97 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020. |
Resumen en portugués brasileño: | O presente trabalho baseou-se em dados de monitoramento de 10 sistemas de lagoas de estabilização em operação no estado do Rio Grande do Norte, nordeste do Brasil. Todos os sistemas recebem efluente predominantemente doméstico e são compostos por uma lagoa facultativa primária e duas lagoas de maturação em série. Os parâmetros considerados foram a Demanda Bioquímica de Oxigênio, de amostras não filtradas (DBO) e filtradas (DBOf), Demanda Química de Oxigênio, de amostras não filtradas (DQO) e filtradas (DQOf), Sólidos Suspensos Totais (SST), Amônia Total (AMT), Coliformes Termotolerantes (CTT), Clorofila-a, Oxigênio Dissolvido (OD) e pH. Foi avaliado o desempenho dos sistemas baseado no atendimento à diversos limites de concentração, conforme o nível de restrição dos padrões de lançamento de efluentes. Com base nos dados coletados, foram observados baixos percentuais de atendimento à padrões considerados restritivos, especialmente em relação a coliformes termotolerantes e amônia. A metodologia desenvolvida por Niku et al. (1979) foi utilizada para propor uma abordagem alternativa à concepção de lagoas de estabilização com base no coeficiente de confiabilidade (CDC) calculado para uma medida aceitável de não atendimento. O coeficiente de confiabilidade (CDC) foi obtido a partir do coeficiente de variação (CV) das concentrações efluentes e da variável normal padronizada associada a uma probabilidade de não excedência de 95%. A grande dispersão na contagem de coliformes resultou nos menores valores de CDC entre os parâmetros avaliados. As concentrações efluentes médias mostraram-se muito superiores às necessárias para alcançar as metas de qualidade estabelecidas durante 95% do tempo. Buscando fornecem um panorama geral da ocorrência de falha e os riscos inerentes do processo de tratamento, a simulação Monte Carlo foi utilizada como instrumento de análise do percentual de excedência dos padrões requeridos para o lançamento. O Teste de aderência Kolmogorov - Smirnov (KS) seguido do Critério de Informação de Akaike (AIC) permitiu selecionar a Função de Distribuição de Probabilidade (FDP) mais representativa de cada conjunto amostral. Simulações com 3000 iterações permitiram construir sinteticamente as distribuições selecionadas e, assim, calcular os percentuais de não atendimento em relação aos padrões de lançamento de interesse. Dentre os parâmetros simulados, DBO e DQO apresentaram o maior risco de falha, com percentuais de excedência iguais ou superiores a 80% em todas as lagoas da série. Os percentuais de falha dos parâmetros Coliformes Termotolerantes e pH apresentaram correlação com variáveis físicas e operacionais, tais como tempo de detenção hidráulica, profundidade e taxas de carregamento orgânico. As simulações resultantes fornecem uma visão geral da ocorrência de falhas e dos riscos inerentes à tecnologia de lagoas de estabilização. Investigou-se também a cinética de remoção de matéria orgânica nas lagoas de estabilização operando nas condições típicas do nordeste do Brasil. Os coeficientes cinéticos de primeira ordem (k) para DBO e DQO foram obtidos assumindo os padrões hidráulicos ideais de mistura completa e fluxo em pistão. Os valores de k foram correlacionadas com fatores de projeto e características geométricas das lagoas. O aumento da carga orgânica superficial provocou o aumento nos valores de k. Em contrapartida, o aumento da razão entre o tempo de detenção hidráulica (TDH) e a profundidade (H) levou a redução nos valores de k. A análise de regressão mostrou que a carga orgânica superficial e a razão TRH/H podem ser utilizadas como variáveis explicativas no computo de coeficientes cinéticos mais adequadas a realidade local. |
Abstract: | The present work is based on monitoring data of 10 Waste Stabilization Pond systems in operation in the state of Rio Grande do Norte, northeastern Brazil. All systems treat predominantly domestic effluents and consist of a facultative pond followed by two maturation ponds. The parameters considered were Biochemical Oxygen Demand in its total fraction (BODt) and soluble (BODs), Chemical Oxygen Demand in its total fraction (CODt) and soluble (CODs), Total Suspended Solids (TSS), Total Ammonia (TAM), Thermotolerant Coliforms (TTC), Chlorophyll-a, Dissolved Oxygen (DO) and pH. The systems performance was evaluated based on compliance with different concentration limits, according to the level of restriction of the effluent discharge standards. Based on the data collected, low percentages of compliance with restrictive standards were observed, especially with respect to Thermotolerant Coliforms and Ammonia. The methodology developed by Niku et al. (1979) was used to propose an alternative approach to the design of Waste Stabilization Ponds based on the coefficient of reliability (COR) calculated for an acceptable measure of non-compliance. The COR was obtained from the coefficient of variation (CV) of effluent concentrations and the standardized normal variable associated with a 95% probability of not exceeding. The large dispersion in coliform counts resulted in the lowest COR values among the evaluated parameters. The mean effluent concentrations proved to be much higher than those required to comply with the quality standards set over 95% of the time. Seeking to provide an overview of the occurrence of failure and the inherent risks of the treatment process, Monte Carlo simulation was used as a tool for analyzing the percentage of exceedance of the standards required for the launch. The Kolmogorov - Smirnov (KS) adherence test followed by the Akaike Information Criterion (AIC) allowed the selection of the most representative Probability Distribution Function (PDF) of each sample set. Simulations with 3000 iterations allowed to construct synthetically the selected distributions and, thus, to calculate the percentages of non-attendance in relation to the launching standards of interest. Among the simulated quality parameters, BOD and COD presented the highest risk of failure, with percentages of exceedances above 80% in all ponds in the series. The percentages of failure of the Thermotolerant Coliforms and pH parameters were correlated with physical and operational variables, such as hydraulic retention time, depth and organic loading rates. The resulting simulations provide an overview of the occurrence of failures and the risks inherent in waste stabilization pond technology. The kinetics of organic matter removal in the stabilization ponds operating in the typical conditions of northeastern Brazil were also investigated. First order removal rates (k) for BOD and COD were achieved assuming optimal hydraulic patterns of complete mixed and plug flow. The k-values were correlated with design factors and geometric characteristics of the ponds. The increase in the organic loading rate has led to an increase in the first order removal rate. In contrast, the increased ratio of hydraulic retention time (TRH) to depth (H) led to a reduction in removal rates. The regression analysis showed that the organic loading rate and the TRH/H ratio can be used as explanatory variables in the computation of kinetic coefficients more adequate to the local reality. |
URI : | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/52083 |
Aparece en las colecciones: | DEHA - Dissertações defendidas na UFC |
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