Modelo de lodo ativado

Modelo de lodo ativado é um nome genérico para um grupo de métodos matemáticos para modelar sistemas de lodo ativado. A pesquisa nesta área é coordenada por um grupo de trabalho da International Water Association (IWA, Associação Internacional da Água). Os modelos de lodo ativado são usados ​​em pesquisas científicas para estudar processos biológicos em sistemas hipotéticos. Eles também podem ser aplicados em estações de tratamento de esgoto em escala real para otimização, quando cuidadosamente calibrados com dados de referência para produção de lodo e nutrientes no efluente.

Por volta de 1983, foi formado um grupo de trabalho da International Association on Water Quality (Associação Internacional de Qualidade da Água uma das associações que formaram a IWA). Eles começaram a criar uma estrutura generalizada para modelos matemáticos que pudessem ser usados ​​para modelar lodo ativado para remoção de nitrogênio.^[1][2] Um dos principais objetivos era desenvolver um modelo cuja complexidade fosse a mais baixa possível e que fosse simples de representar, mas que ainda fosse capaz de prever com precisão os processos biológicos. Após quatro anos, o primeiro modelo IAWQ, denominado ASM1, estava pronto e incorporava um modelo básico que levava em consideração a demanda química de oxigênio (DQO), o crescimento bacteriano e a degradação da biomassa.

Um modelo de lodo ativado consiste em:

• variáveis ​​de estado: Isso inclui as diferentes frações de DQO, biomassa e diferentes tipos de nutrientes, tanto orgânicos quanto inorgânicos.
• uma descrição dos processos dinâmicos: lista os diferentes processos biológicos modelados, juntamente com suas fórmulas.
• parâmetros: variáveis ​​que descrevem as circunstâncias do sistema biológico, como taxa de crescimento e decaimento, coeficiente de meia-saturação para hidrólise, etc.

Antes do início dos trabalhos com o ASM1 em 1983, já existiam cerca de 15 anos de experiência em modelagem de lodos ativados, embora cada grupo de pesquisa que trabalhava com sistemas matemáticos de lodos ativados criasse sua própria estrutura de modelo, incompatível com todas as outras. O ASM1, portanto, catalisou a pesquisa e teve um grande impacto na modelagem de lodos ativados.

O ASM1 serviu de base para inúmeras extensões.^[2] Essas extensões incluem, por exemplo, uma melhor previsão da remoção de nitrogênio e fósforo. Os modelos estendidos mais utilizados incluem o ASM2, o ASM2d e o ASM3P. Na época da publicação do modelo ASM1, a remoção biológica de fósforo já era utilizada, embora esse processo não fosse completamente compreendido naquele momento. O conhecimento básico sobre bactérias removedoras de fósforo foi incorporado ao modelo ASM1 e os parâmetros foram ajustados de acordo. Assim, após 8 anos, o ASM2 foi publicado em 1995.

O modelo ASM1 não inclui o papel dos organismos acumuladores de fósforo nem a relação entre a remoção biológica de fósforo e a remoção do nitrogênio. Uma versão aprimorada do ASM1, denominada simplesmente ASM2, foi desenvolvida para incluir a remoção biológica e química de fósforo. Com o avanço do conhecimento científico no final da década de 1990, o ASM2 foi expandido para o ASM2d, principalmente com a adição da absorção anóxica e aeróbica de fósforo.

Os modelos de lodo ativado da IWA são comumente usados ​​em programas existentes. Os mais comuns são Biowin, GPS-X, WEST, STOAT, SIMBA#, SUMO e ASIM. Além disso, existem implementações Matlab, código Fortran code no COST 682 Benchmarking report e o código Modelica na biblioteca Modelica WasteWater.

• Lodo ativado
• Crescimento bacteriano
• Biorreator de membrana
• Cinética de Michaelis-Menten
• Equação de Monod

Referências

• Diversas teses de doutorado sobre modelagem de sistemas de lodo ativado. (em inglês)
• Algoritmos detalhados para o modelo de tanque de decantação ASM1 e Takacs (em inglês)