MELHORIA DA QUALIDADE DA GUA TRATADA E AUMENTO DA CAPACIDADE DE ETAS ATRAVS DA ESCOLHA ADEQUADA DE COAGULANTES E AUXILIARES, EM GUAS COM ALCALINIDADE ALTA.

VI Simpsio talo Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental

X-006 OPERAO QUASE AUTOMTICA DE UMA ESTAO DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITRIO

Celso Jos Munaro(1)Graduao em Engenharia Eltrica pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria, RS, Brasil, em 1987. Mestrado e Doutorado em Engenharia Eltrica pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas, SP, Brasil, em 1990 e 1994, respectivamente. Desde 1992 professor do Departamento de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Esprito Santo (UFES). Suas reas de interesse envolvem controle de processos e sistemas de automao industrial.Paulo Faria Santos Amaral

Graduou-se em Engenharia Eletrnica pelo Instituto Tecnolgico de Aeronutica (ITA), So Jos dos Campos, SP, Brasil, em 1976 e obteve os ttulos de Mestre em Engenharia Eltrica pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) em 1979 e Doutor em Engenharia Eltrica na Escola Politcnica da USP, em 1985. professor do Departamento de Engenharia Eltrica da UFES e suas reas de interesse envolvem robtica e sistema microprocessados.

Wagner Teixeira da Costa

Graduou-se em Engenharia Eltrica pela Universidade Federal do Esprito Santo (UFES), Vitria, ES, Brasil, em 2001 e atualmente aluno do Mestrado em Engenharia Eltrica da UFES.

Ricardo Franci Gonalves

Engenheiro Civil e Sanitarista UERJ (1984), Ps-graduado em Eng a de Sade Pblica -ENSP/RJ (1985), DEA - Cincias do Meio Ambiente - Univ. Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depurao de gua INSA de Toulouse, Frana (1993), Prof. Adjunto do DHS e do PMEA - UFES.

Leonardo Pereira Bastos

Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal do Esprito Santo (1997), mestrando do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica pela Universidade Federal do Esprito Santo.Rodrigo Ramos

Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal do Esprito Santo (1998), mestrando do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica pela Universidade Federal do Esprito Santo.

Endereo(1): Av. Fernando Ferrari, s/n Campus Universitrio de Goiabeiras Prdio CT II Vitria ES CEP: 29090-900 - Brasil - Tel: (27) 3335-2190 - e-mail: munaro@ele.ufes.brRESUMO

Um sistema para operao quase automtica de uma ETE compacta tipo reator anaerbio seguido de biofiltros aerados submersos apresentado. O termo quase includo porque apenas uma das operaes que deve ser realizada de forma rotineira no foi automatizada. As operaes executadas bem como eventos de interesse e medies so registrados e disponibilizados atravs de relatrios ao operador acessados remotamente. Falhas em equipamento so comunicadas e sempre que possvel resolvidas localmente pelo sistema. A soluo proposta reduz custos com pessoal enquanto melhora a qualidade do tratamento, pela superviso constante do processo.

PALAVRAS-CHAVE: Automao industrial, Tratamento de esgoto sanitrio, Telemetria, Instrumentao.

INTRODUO

Novas estaes de tratamento de esgoto sanitrio (ETEs) compactas, combinando reatores anaerbios e aerbios em srie, apresentam-se como excelente alternativa para reas urbanas de pequeno e mdio porte, tendo nvel de aceitao crescente no Estado do Esprito Santo. Em menos de 2 anos foram 29 ETEs compactas implantadas no Esprito Santo e demais Estados [1]. Sistemas de automao tm sido pesquisados e desenvolvidos para atender as necessidades particulares neste tipo de processo, para os quais sistemas usuais de automao industrial tornam-se inviveis quando estaes de pequeno porte so consideradas [2]. O sistema de automao desejado deve realizar todas as operaes de rotina, emitir relatrios de operao e enviar alarmes a um operador remoto em caso de falha em algum equipamento, de modo que a ETE possa operar quase sem a presena de um operador. O presente artigo descreve novos resultados adicionados queles apresentados em [2], permitindo verificar que apenas a remoo de slidos no gradeamento do esgoto que chega ETE ainda carece da presena de um operador humano.

DESCRIO DO SISTEMA DE AUTOMAO DESENVOLVIDO

O sistema de automao apresentado nesta proposta foi estudado e desenvolvido especialmente para ETEs. Os equipamentos especificados atendem requisitos de baixo custo, proteo contra ambientes agressivos, confiabilidade e facilidade de operao. Assim, tem-se garantido um sistema que possa ser instalado em ETEs de pequeno porte, localizadas remotamente e operadas por pessoas que no possuam conhecimento tcnico em automao.

A figura 1 mostra a estrutura geral da ETE a ser operada automaticamente.

Figura 1: Diagrama de blocos da ETE

A estao elevatria recebe o esgoto e que bombeado para o reator anaerbio (Upflow Unaerobic Sludge Blanket - UASB). A elevatria tambm recebe o esgoto de lavagem dos biofiltros aerados submersos BF, que deve retornar ao UASB.

No reator UASB ocorre a remoo de matria orgnica da ordem de 70% com o tempo de deteno hidrulico mdio de 8,0 horas. A remoo da matria orgnica no reator ocorre com subseqente liberao de biogs (CH4, CO2 H2S e NH3, alm de outros). O biogs coletado em uma cmara de gs existente no interior do reator, de onde canalizado at a rea de beneficiamento, que fica prxima ao leito de secagem. Aps a lavagem, o gs queimado, e o calor resultante da queima poder ser aproveitado para a higienizao do lodo.

O ps-tratamento do efluente anaerbio realizado nos biofiltros aerados submersos, objetivando a remoo de matria orgnica e slidos suspensos remanescentes, de forma a compatibilizar o efluente tratado aos padres de lanamento fixados pela legislao ambiental. As britas comerciais tipos trs, dois, um e zero foram utilizadas em diferentes alturas como material suporte no biofiltros. A maioria dos BFs dispem de um sistema de aerao artificial, sendo que na ETE compacta desenvolvida, os BFs possuem um sistema de aerao tipo Venturi, no qual uma bomba succiona o efluente aerbio, capta ar nas imediaes dos orifcios e injeta gua e ar dissolvido na base dos biofiltros. O ar captado nas imediaes dos principais pontos de emisso de compostos odorantes (caixa de areia, elevatria, leito de secagem) e re-introduzido nos BFs, constituindo num processo de. A vazo de ar necessria para os BFs foi projetada a partir de uma taxa de 18 Nm3 de ar/kg de DBO5 removido. Os BFs so interligados na sua parte superior, o que permite a utilizao do efluente tratado na operao de lavagem, que realizada em fluxo descendente sem a injeo de ar.

No sistema proposto o lodo de excesso produzido nos biofiltros recirculado para o UASB, onde ocorre a digesto e adensamento pela via anaerbia. O excesso de lodo produzido no UASB, que apresenta elevado grau de estabilizao e adensamento, descartado por gravidade e disposto em leitos de secagem para desidratao. Assim o reator UASB a nica fonte de emisso de lodo. O lodo desidratado pode ainda ser reutilizado, aps passar por etapas de estabilizao e higienizao com cal, ou pasteurizao.

O sistema de automao proposto deve realizar todas as aes necessrias para garantir a correta operao da ETE, de forma a:

garantir a execuo automtica das operaes normais, como lavagem dos biofiltros, descarte de lodo do UASB, controle das bombas da elevatria e das bombas de aerao do biofiltro;

monitorar o funcionamento dos equipamentos utilizados na automao, gerando alarmes em caso de falhas;

permitir, quando requisitado pelo usurio, a operao manual de todos os equipamentos da ETE, com superviso ou no do controlador programvel;

registrar, em intervalos de tempo pr-programados pelo usurio, a informao de vazo afluente aos reatores UASB.

Na figura 2 pode-se observar os equipamentos necessrios ao acionamento e captura dos sinais utilizados pelo sistema de automao proposto. Na tabela 1 pode ser vista a legenda utilizada para os equipamentos mostrados na figura 1. Os sensores de nvel so instalados na elevatria, no leito de secagem, nos biofiltros e no clarificador (reservatrio de sada), sendo que h sensores redundantes para detectar uma eventual falha nos mesmos. A medio de corrente nas bombas permite detectar se as mesmas esto operando e se esta operao ocorre em uma faixa prevista pelo fabricante. Assim, falhas podem ser previstas antes que ocorram. As quatro vlvulas para lavagem dos biofiltros bem como a vlvula para descarte de lodo do UASB foram automatizadas utilizando um cilindro pneumtico acionado por ar comprimido. A figura 3 permite ver este acionamento em detalhe. Uma falha no acionamento detectada atravs de uma micro-chave magntica. Um compressor com reservatrio garante o acionamento destas vlvulas que tm 6 polegadas de dimetro. Tal soluo representou uma reduo significativa no custo das vlvulas. As duas bombas da elevatria (B1 e B2) se revezam no bombeamento do esgoto para o UASB, e, em caso de falha de uma delas, a operao continua normalmente. As duas bombas de aerao (A1 e A2) operam de forma similar, injetando uma mistura de gua e ar na base dos biofiltros. O compressor com reservatrio (C1) fornece o ar comprimido para as vlvulas. Uma eventual falha detectada atravs do monitoramento de um pressostato, durante a qual nenhum acionamento de vlvula realizado. O medidor de vazo, com registro dos dados, permite acompanhar a quantidade de esgoto tratado na ETE, alm de permitir verificar falhas no sistema de envio de esgoto ETE.

Figura 2: Diagrama da ETE com os equipamentos da automao

Tabela 1: Legenda para a figura 2

B1Bomba 1 da elevatriaP1Painel de comando 1

B2Bomba 2 da elevatriaV1Vlvula automatizada do BF 1

C1Compressor 1 para as vlvulasV2Vlvula automatizada do BF 2

N1Sensor de nvel 1 da elevatriaV3Vlvula automatizada do BF 3

N2Sensor de nvel 2 da elevatriaV4Vlvula automatizada do BF 4

N3Sensor de nvel 3 da elevatriaV5Vlvula automatizada do UASB

A1Bomba 1 para aerao do BFCP1Controlador programvel 1

A2Bomba 2 para aerao do BFCP2Controlador programvel 2

As tubulaes mostradas na figura 2 so utilizadas para a passagem da linha de ar comprimido e dos sinais eltricos necessrios ao sistema de controle, composto de dois controladores programveis. O controlador programvel 1 (CP1) instalado junto ao painel de comando com as atribuies de efetuar todas as rotinas de controle e superviso da ETE. Ele se comunica com o controlador programvel 2 (CP2), instalado no topo da ETE, que efetua as medies de vazo de esgoto, registra estas medidas bem como eventos importantes da ETE (operaes executas e falhas), alm de permitir a comunicao remota via telefonia celular (ou rdio). A interao local do operador com o sistema de automao feita atravs de uma interface homem-mquina (IHM), composta de um teclado e mostrador digital, podendo assim alterar parmetros de operao da ETE, alm de iniciar operaes e ligar ou desligar equipamentos. A IHM tambm permite informar a um operador as operaes que esto sendo executadas bem como falhas em equipamentos.

Figura 3: Detalhe do acionamento pneumtico das vlvulas

A comunicao remota descrita foi implementada via telefonia celular, dado seu baixo custo. Um telefone celular convencional pr-pago foi instalado no interior do controlador programvel 2, se comunicando com este via sada serial RS232. Um programa instalado em um computador conectado a uma linha telefnica via modem. Ao ser executado, este programa disca o nmero do telefone celular, se conecta ao controlador programvel e a partir de ento, passa-se a ter acesso operao da ETE como se estivesse conectado localmente. O sistema de telemetria est funcional para o sistema digital utilizado pela empresa Telefnica Celular (CDMA), uma das operadoras de telefonia celular do estado do Esprito Santo. exigncia para o funcionamento do sistema de telemetria que o sinal no local da ETE seja digital e tenha uma boa intensidade.

OPERAO DA ETE AUTOMATIZADA

Resultam do sistema de automao descrito:

Automao das operaes:

lavagem dos biofiltros (BFs), em intervalos pr-programados;

controle das duas bombas da elevatria (B1 e B2), com alternncia de funcionamento das mesmas, visando o equilbrio do nmero de horas de trabalho;

controle das duas bombas de aerao (A1 e A2), com alternncia de funcionamento das mesmas, evitando que um deles no venha a funcionar quando necessrio.

Superviso dos equipamentos com possibilidade de deteco de falhas:

bombas de aerao (A1 e A2);

bombas da elevatria (B1 e B2);

vlvulas automatizadas dos biofiltros (V1, V2, V3 e V4);

vlvula automatizada do UASB (V5);

chaves-bia (N1, N2, N3 e N4);

compressor utilizado na automao das vlvulas automatizadas.

Disponibilizao de trs opes de funcionamento do sistema de automao:

quase automtico, com todas as operaes sendo realizadas automaticamente;

superviso, registrando as medies de vazo de esgoto e os eventos ocorridos, mas no efetuando controles, com exceo da alternncia das bombas da elevatria;

manual, com todos os sistemas de automao desligados e as operaes sendo realizadas manualmente por um operador.

No modo de operao quase automtico, cabe ao operador efetuar a limpeza peridica do gradeamento e a substituio de algum equipamento defeituoso. Deve ainda se dirigir ETE toda vez que houver falhas de operao, comunicadas via ligao telefnica.

Para operar no modo manual, uma chave localizada no painel deve ser acionada. Todos equipamentos passam a ser acionados diretamente pelo operador.

CONCLUSO

Em laboratrio, todos os algoritmos de controle e de deteco de falhas foram testados e apresentam-se funcionando. Esses algoritmos so os programas que so executados nos controladores programveis CP1 e CP2. Na ETE experimental da UFES, fez-se o teste em campo dos controladores e automatizou-se a vlvula de descarte de um dos BFs. Na ETE comercial de Canivete, em Linhares - ES, um controlador programvel est instalado e operando h um ano. Este controlador efetua medies da vazo afluente e possui implementada a telemetria utilizando um telefone celular digital pr-pago. Possveis problemas em bombas podem ser detectados e um operador pode ser contatado atravs de uma ligao telefnica feita pelo prprio controlador.

Todos os equipamentos foram aprovados nos testes de confiabilidade, facilidade de operao e resistncia ao ambiente agressivo. Assim, no aspecto tcnico, a automao completa de uma ETE est pronta. No momento, aguarda-se apenas financiamento para sua implementao em uma ETE comercial.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

1. BF,S.S.,SANTANA,T.D., WANKE,R.,DA SILVA, G.M., SALIM, F.P.C., NARDOTTO, J.I.,NETTO, E.S.,PEGORETTI, J.M. Novas ETEs compactas associando reatores anaerbios e aerbios em srie. XXVII CONGRESSO INTERAMERICANO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL. Joo Pessoa, PB, 2001.

2. MUNARO,C.J., BASTOS,L.P. Sistema de Automao de baixo custo para estaes compactas de tratamento de esgoto sanitrio. XXVII CONGRESSO INTERAMERICANO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL. Joo Pessoa, PB, 2001.

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5ABES - Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e Ambiental

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