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Tipo: Tese
Título: Abordagem fuzzy quanto ao desempenho e estabilidade operacional de reatores UASB
Título em inglês: Fuzzy approach to the performance and operational stability of uasb reactors
Autor(es): Lima, Dayane de Andrade
Orientador: Silva, Fernando José Araújo da
Palavras-chave: Monitorização ambiental;Tratamento de águas residuárias;Lógica Fuzzy;Biogás;Águas residuais - Purificação;Tratamento da Água;Processo Anaeróbio de Contato;Reator UASB;Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente
Data do documento: 2020
Citação: LIMA, Dayane de Andrade. Abordagem fuzzy quanto ao desempenho e estabilidade operacional de reatores UASB. 2020. 124f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Fortaleza, 2020.
Resumo: O tratamento anaeróbio de esgoto usando reatores UASB expandiu-se significativamente nas últimas décadas e consiste em umatecnologia consolidada em regiões de clima quente. Diversas vantagens do processo anaeróbio o tornamuma opção mais sustentável para o tratamento de esgoto. No entanto, uma enorme variedade de problemas operacionais, resultante de uma operação e monitoramento ineficientes podem atrapalhar o desempenho do processo. Outras restrições estão relacionadas ao projeto e construção. Embora os reatores UASB sejam considerados robustos, os mesmos requerem estratégias de monitoramento adequadas, controle ou sistemáticas de diagnóstico operacional eficazes, sob pena de se tornarem instáveis ou ineficientes. A performance de reatores UASB comumente está susceptível a uma grande aleatoriedadede interferentes, principalmenterelacionadoaflutuação nos valores de vazão, ligações clandestinas, carga orgânica, parâmetros operacionaise intempériesclimáticas. Este trabalho visa desenvolver e demonstrar uma estrutura matemática baseada em Lógica Fuzzy para avaliar o desempenho e detectar instabilidade e falha operacional em reatores anaeróbios. Empregou-se o conceito de Índice de Concordância Fuzzy-ICF(uma aplicação dos conceitos da lógica fuzzy através do método de Números FuzzyTriangulares) com foco na ideia de garantiaa partir de função marginal de desempenhoe o Risco Fuzzy-RF. Foi avaliado o desempenho fuzzy de reatores UASB medidos a partir da remoção de poluentes, da qualidade do efluente, de indicadores de estabilidade e do atendimento da norma ambiental, ainda se analisou a performance fuzzyde reatores UASB, com mensuração de potencial fuzzyde produção de biosólidos e biogás e verificada a estabilidade fuzzyde reatores UASB. O estudo foi dividido em duas partes, trabalhando com dados de monitoramento e dados compilados. Para o monitoramento foram utilizados dados de dezenove reatores UASBs operando em escala real tratando esgotos domésticos, foram tratados dados mínimos, médios (mais provável) e máximos dos parâmetros: pH, DQO, SSed, SST, temperatura, O&G, AMT e E. coli. Na segunda parte do trabalho foram usados dados compilados, publicados em estudos utilizando reatores UASBs tratando efluentes sanitários em diferentes escalas (bancada, piloto e real) os parâmetros trabalhados formam a razão DBO/DQO, a razão AGV/alcalinidade e o carbono inorgânico dissolvido. Os resultados obtidos mostram que os UASBs avaliados apresentaram melhores ICFpara os parâmetros depH e O&G, apresentaram baixos ICF para os parâmetros de DQO e SST, não atendendo as exigências ambientais para este critério. Os valores de ICFpara qualidade do efluente tratado foram mais elevados nos UASB9 UASB17, com maior concordância fuzzy com as normas ambientais. E o maior risco fuzzy nos reatores UASB4eUASB12.As variações do TDH e da VASCpara a mensuração da garantia fuzzy e do risco fuzzy considerandoas variações de vazões, no cenário onde a vazão seja quatro vezes maior que a vazão média está mais susceptível ao não atendimento dos padrões de lançamento além do arraste de lodo e falhas no processo como um todo. A lógica fuzzy, através do ICF e do RF, apresentou-secomo uma ferramenta eficiente na avaliação do desempenho de ETEs proporcionando uma melhor compreensão do funcionamento operacional de reatores UASBe sobre o atendimento dos seus respectivos padrões ambientais. Em função de sua simplicidade, o estudo mostrou que o enfoque fuzzy possibilita o desenvolvimento de ferramentas computacionais de avaliação e controle de sistemas de reatores UASB, além de buscar uma melhor compreensão do funcionamento operacional.
Abstract: Anaerobic sewage treatment using UASB reactors has expanded over the past few decades and consists of a consolidated technology in hot climate regions. Several advantages of the anaerobic process make it a more sustainable option for the treatment of sewage. However, a huge variety of operational problems resulting from inefficient operation and monitoring can hinder process performance. Other restrictions are related to design and construction. Although the UASB reactors are considered robust, the same monitoring mechanisms obtained, control or systematic of effective operational diagnosis, under penalty of becoming unstable or inefficient. The performance of UASB reactors is commonly susceptible to a large randomness of interferents, mainly related to fluctuation in flow values, clandestine connections, organic load, operational parameters and weather conditions. This work aims to develop and demonstrate a mathematical structure based on Fuzzy Logic to evaluate performance and detect instability and operational failure in anaerobic reactors. The concept of the Fuzzy Agreement Index -ICF(an application of the concepts of fuzzy logic through the method of Fuzzy Triangular Numbers) was used with a focus on the idea of guarantee from the marginal performance function and the Fuzzy Risk -RF. The fuzzy performance of UASB reactors measured from the removal of pollutants, effluent quality, stability indicators and compliance with the environmental standard was evaluated. A fuzzy performance ofUASB reactors was also analyzed, with measurement of fuzzy potential for biosolids and biogas and the fuzzy stability of UASB reactors was verified. The study was divided into two parts, working with monitoring data and compiled data. For the monitoring, data were used from nineteen UASBs reactors operating in full scale treating domestic sewage, were treated with data, average (most likely) and maximum parameters: pH, COD, SSed, SST, temperature, O&G, AMT and E. coli. In the second part of the work, compiled data were used, published in studies using UASBs reactors treating sanitary effluents at different scales (bench, pilot and real) the worked parameters form the BOD / COD ratio, the AGV / alkalinity ratio and dissolved inorganic carbon. The results obtained show that the UASBs aggregated better ICF for the parameters of pH and O&G, dissipated ICFfor the parameters of COD and SST, not meeting the environmental requirements for this criterion. The ICF values for the quality of the treated effluent were higher in UASB9UASB17, with greater fuzzy agreement with environmental standards. And the greatest fuzzy risk in the UASB4and UASB12reactors. The variations in the TDH and the VASCfor the measurement of the fuzzy guarantee and the fuzzy risk considering the variations in flows, in the scenario where the flow is four times greater than the average flow is more susceptible to not meeting the launching standards in addition to the dragging of sludge and failures in the process as a whole. The fuzzy logic, through the ICFand of the RF, proves to be an efficient tool in the evaluation of the performance of ETEs providing a better understanding of the operational functioning of UASB reactors and on the fulfillment of its environmental criteria. Due to its simplicity, the study revealed that the fuzzy approach enables the development of computational tools for the evaluation and control of UASB reactor systems, in addition to seeking a better understanding of operational functioning.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/56682
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