Conversão da medição de Brix para CQO em águas residuais

Conversão da medição de Brix para CQO em tempo real – para uma automação no tratamento de águas residuais através do método refractométrico a laser.

O termo “Águas residuais” é um conceito ultrapassado na indústria de bebidas. Atualmente a água é utilizada de forma cada vez mais eficiente, fruto de tecnologias que ajudam a segregar a água limpa para reutilização e concentrar subprodutos valiosos para reciclagem, atingindo taxas de uso de quase 1 litro de água doce por litro de bebida final. A maioria das fábricas, no entanto, opera sob rigorosas regras de qualidade que obrigam ao tratamento eficiente de águas residuais, de modo a proteger a vida aquática. Os principais parâmetros de controlo no tratamento de águas residuais são a carência bioquímica de oxigénio de cinco dias (CBO5) e carência química de oxigénio (CQO), uma medida da matéria oxidável orgânica e inorgânica.

Para fazer cumprir os limites regulatórios, as autoridades ambientais geralmente verificam o CBO5, que também é usado no cálculo das doses de nutrientes e oxigénio necessárias para o processo de tratamento. A determinação por meio de métodos de teste microbiológico muito demorados torna-o, no entanto, inútil para controlos rápidos. Assim, a amostragem automática é normalmente usada para análises laboratoriais contínuas, o que representa um custo importante, principalmente quando as multas são causadas por ações corretivas tardias. Desta forma, privilegia-se a análise em linha de forma a proteger os sistemas de tratamento de perturbações causadas por picos ou descargas acidentais durante a produção. Os testes mais comuns disponíveis em linha são o pH, o potencial de oxidação-redução, os sólidos totais dissolvidos, os sólidos suspensos totais e carbono orgânico total (TOC). Os analisadores CQO em linha têm sido usados para controlos automáticos de processos complexos de tratamento de águas residuais (petroquímicas, por exemplo). A imagem abaixo exibe uma estação de tratamento de águas residuais (ETAR) típica e as principais etapas que requerem monitorização.

Introduzido há vários anos, um novo parâmetro substituto, oBRIX, permite uma medição contínua e automação. O oBRIX converte o índice de refração do efluente numa percentagem (w / w) de sólidos dissolvidos, convertendo depois em CQO (mg de O2 / L). Com estudos de caracterização simples, as relações CBO: CQO e BRIX: CQO são definidas para os principais fluxos de águas residuais gerados. Esta informação é armazenada num sistema de controlo de supervisão e aquisição de dados (SCADA) e é usada para calcular a qualidade.

A água residual gerada por fábricas de bebidas é comparável ao esgoto municipal em termos de oxigénio necessário para oxidar a matéria orgânica (por exemplo, se a água residual for glicose pura, 1,07 g / L de glicose corresponde a 1 g / L CQO). Uma vez que 1oBrix é equivalente a 1g de sacarose em 100g de uma solução de sacarose / água (% w / w), uma razão BRIX: CQO pode ser tão baixa quanto 1:10 para zonas de xarope e tão alta quanto 1:50 para fluxos mais limpos, como os das águas residuais para produção de bebidas sem açúcar. As razões CBO : CQOobtidas durante os estudos de caracterização podem ser usadas para apoiar a modelação preditiva e a automação completa da ETAR.

CASO DE ESTUDO DE GELSENWASSER

ACM colaborou com a Gelsenwasser (fornecedor alemão de tecnologia de tratamento de águas residuais) no desenvolvimento de uma aplicação do método refractométrico a laser adoptando oBRIX como substituto para a medição de CQO em linha na ETAR de Gelsenkirchen. Esta ETAR possui um sistema automático de reatores sequenciais (RS) que recebe esgoto de dois pequenas aldeias e uma fábrica de bebidas.

Convencionalmente, os sistemas RS são sincronizados por tempo, o que é altamente suscetível a flutuações na proporção de carga orgânica para nutrientes e densidade de lodo. Isto causa quedas de desempenho, como baixa atividade microbiológica e transporte de lodo. Esta forma convencional de sequenciação é inadequada para sistemas complexos que operam vários RS em simultâneo, exigindo assim a sincronização manual dos reatores.

Para avaliar as cargas biológicas e hidráulicas na entrada do RS, os especialistas desenvolveram um sistema de controlo inteligente que, em vez de utilizar temporizadores, ajusta a duração de cada etapa do tratamento em função das entradas de matéria orgânica. Após várias medições e estudos de correlação, o mapeamento dos diversos cenários de carga é feito durante várias semanas de operação. Este processo foi simulado usando o programa Simba #, e a operação em tempo real apresentou uma estreita correlação entre BRIX e CQO, o que garantiu um óptimo desempenho dos RS. A contínua integração de sinais de medição BRIX no sistema de controlo levou Gelsenwasser a adotar uma estratégia de automação baseada no caudal em todas as suas ETAR.

Concentrações de CQO calculadas (verde) e medidas (azul) nos tanques de mistura em aproximadamente quatro semanas .

O desenvolvimento, em aproximadamente quatro semanas, da concentração de CQO nos tanques de mistura e equalização mostra claramente uma concordância próxima entre as concentrações de CQO calculadas (verde) e medidas (azul). Este foi o ponto de partida para a introdução de um sistema de controlo dos RS automático e baseado no caudal.

Detalhes da instalação de um refratómetro a laser num tanque de equalização. Este refractómetro tem uma válvula de limpeza automática do prisma com água doce e realiza CIP semanal com vapor a 130°C (cortesia da Veolia Hungria).

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