DESAFIOS, PRINCÍPIOS E MODELOS PARA GESTÃO TÉCNICA DE SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS

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1 Gestão Avançada de Serviços de Águas (Abastecimento de Água e Saneamento) - Parte II DESAFIOS, PRINCÍPIOS E MODELOS PARA GESTÃO TÉCNICA DE SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS José Saldanha Matos (Prof. Catedrático, IST) Gestão Avançada de Serviços de Águas (Abastecimento de Água e Saneamento) - Parte II PROGRAMA DA SESSÃO-PARTE II DESAFIOS, PRINCÍPIOS E MODELOS PARA GESTÃO TÉCNICA DE SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS. (14:30-15:15).(JSM,IST) APLICAÇÕES EM MODELAÇÃO DINÂMICA - CASOS DE ESTUDO. (15:15-16:00).(FF, IST E PP, SIMTEJO) MODELOS DE DECISÃO. A APLICAÇÃO OPTWASTEWATER. (16:30-17:30).(MCC, FCTUC) 1

2 Q [m3/d] 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 SST [mg/l] 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 O2 [mg/l] DESAFIOS, PRINCÍPIOS E MODELOS ÍNDICE DA SESSÃO Aspectos introdutórios Saneamento em Portugal e CPLP. Pontos de partida e de chegada. Problemas e disfunções dos sistemas. Desafios. Modelação dinâmica Visão e perspectivas para o amanhã ASPECTOS INTRODUTÓRIOS Modelação dinâmica de apoio a gestão? Para quê? doing more with less - Apoiar a decisão; Confirmar a decisão; Afirmação. Quando? a ) para sistemas existentes; b) para sistemas novos a projectar, mas complexos, ou com fronteiras variáveis ; c) para diferenciar. Como? a) sem calibração ou com semi-calibração; b) com calibração e validação. Quão simples? Afirmação pessoal ou sobrevivência empresarial!globalização! Diferenciação. Para quem? Empresas de serviços e consultadoria; entidades gestoras; universidades e unidades I&D; parcerias Caudais Q afluente Q efluente Q recirculação Q lamas prim. Q lamas sec. Q escorrêcias SST e O2 no TA t [h] t [h] xmlss TA (SLR): SST somlss TA (SLR): OD Hidrogramas e polutogramas 2

3 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA Séc. XXI ( ) Grandes investimentos alargados ao País, sobretudo nos sistemas em ALTA. Consolidação do Grupo AdP-Águas de Portugal. Consolidação de competências do IRAR/ERSAR (Entidade Reguladora). Séc. XXI (2007- ) Reforço de verbas, sobretudo para os sistemas em baixa. Reforço de competências da ERSAR. Problemas de sustentabilidade e de economia de escala de entidades gestoras de pequenos sistemas, do interior (i.e. AdZC, AdNA). Discussão sobre privatizações e concessões, reconfiguração dos sistemas. Parceria para a baixa (Águas do Vouga). SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA NÍVEIS DE ATENDIMENTO EM SANEAMENTO EM PORTUGAL. Níveis de Atendimento/Ano (INSAAR) (objectivo) Abastecimento de Água 82% 87% 95% 95% Drenagem de Águas Residuais (Esgoto) 64% 68% 80% 90% (70%) Tratamento de Águas Residuais (Esgoto) 32% 58% 70% 90% (70%) 3

4 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA OBJECTIVOS OPERACIONAIS (PEAASAR ) a) Servir cerca de 95% da população total do País com abastecimento de água; b) Servir cerca de 90% da população total do País. Em que cada sistema integrado o nível de atendimento deve ser 70%; c) Cumprir os objectivos de protecção do ambiente e saúde pública; d) Garantir recuperação integral de custos; e) Dinamização do tecido empresarial; f) Reabilitação da baixa e articulação da alta e baixa (formação de sistemas multimunicipais para baixa - concessões); g) Perdas de água ( V.R. Valor Recomendado < 20%); h) Água reutilizada (V.R. > 10%); Afluências indevidas (V.R. < 20%). SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA INVESTIMENTOS PREVISTOS PEAASAR II ( ) TOTAL ALTA BAIXA OUTROS M ALTA BAIXA Para conclusão da infra-estruturação dos sistemas plurimunicipais, Para melhoria da qualidade do serviço e do cumprimento de novas disposições da legislação ambiental. Interligações entre alta e baixa. Redes em baixa. Renovação e reabilitação, essenciais ao processo de redução de perdas (redes de água) e de controlo de afluências indevidas (redes de águas residuais. Preocupação com gestão versus construção. 4

5 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA REALIDADE E OBJECTIVOS DO PEASAAR II Servir 95% da população total do País com sistemas públicos de abastecimento de água Servir 90% da população total do País com sistemas públicos de drenagem e tratamento de águas residuais urbanas. Mas será que isto é um problema? Pode ser um problema de saúde pública ou Ambiental mas não é para se avaliar por uma média nacional. Classe População Servida Nº (hab) (hab.) (%) de sistemas 200 a ,0% a ,2% a ,0% <= ,5% total < ,8% Total SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA Melhoria significativa da qualidade da água fornecida na totalidade do sector. Perdas de água superiores aos valores de referência <=20%. Afluências indevidas superiores aos valores de referência <=20% Qualidade de serviço das entidades concessionadas avaliada desde Fonte: RASARP,ERSAR Novo regime municipal garante a Universalização da regulação da qualidade de serviço Aplicação a partir de Agosto de

6 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA FACTOS E DESAFIOS 1 FORTE EVOLUÇÃO E DESENVOLVIMENTO DO SECTOR EM PORTUGAL.. Evolução da preocupação Higienista (saúde pública), para a preocupação Ambiental (1ª fase - protecção do meio receptor e 2ª fase protecção sustentável com uso mínimo de recursos). Aumento muito significativo do nível de atendimento Aumento de qualidade do serviço (papel da Entidade Reguladora) 2 FORTES PREOCUPAÇÕES COM A SUSTENTABILIDADE (E 3 Ecologia/Economia/Ética) 3 RECONHECIMENTO DA IMPORTÂNCIA DA GESTÃO NO SECTOR (INTEGRADA, ESTRATÉGICA, DO RISCO, AVANÇADA, ) PAPEL DA MODELAÇÃO? SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA Com os actuais níveis de atendimento na água e no saneamento a meta do nível de atendimento (95% e 90%) não deve ser prioritária; A prioridade deve ser o cumprimento das Directivas, em geral, e dos objectivos ambientais dos PGBH, em particular; Existe um elevado potencial de economias de escala e de gama que devem ser aproveitados; e isso é urgente para optimizar a gestão; o sector da alta pode ser configurado com integrações horizontais/verticais talvez mais eficientes. 6

7 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA Maior Eficiência na Gestão Patrimonial de Infra-estruturas (Gestão de Activos) redução das perdas de água; redução das afluências indevidas; Eco-eficiência (eficiência energética, produção energética, reutilização, ). Integrar os cluster de conhecimento e expandirem Know-how (internacionalização);investir no conhecimento para apoio à Decisão é a forma mais económica de vencer os desafios do Futuro. A crise no sector e o défice tarifário pode ser ultrapassado pelo conhecimento e eficiência. Mais recursos empenhados nas fases de Estudo e Planeamento Papel da Modelação! Menos imprevistos e obstáculos nas Fases de Construção e Exploração SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA EXEMPLOS DE PROJECTOS EM PORTUGAL: O GRANDE SISTEMA DA COSTA DO ESTORIL (cerca de E.P.) A ETAR em estudo apresenta diversas particularidades: 1. Grande dimensão (Q = 4 m 3 /s, Pop = e.p.) 2. Zona sensível em Terra, zona não sensível no Mar. 3. Totalmente enterrada 4. Fases sólida e líquida separadas fisicamente cerca de 4 km 5. Funcionamento diferenciado em função da estação do ano (balnear ou não-balnear) (fisico-quimico ou primário)( iniciativa Percursora) 6. Alvo de Derrogação de tratamento (Única na Europa : Decisão 2001/720/CE 7

8 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA QUALIDADE, EXPERIÊNCIAS E PROJECTOS EXEMPLOS: O GRANDE SISTEMAS NA GRANDE LISBOA (Alcântara, Frielas, Beirolas,.) A PREOCUPAÇÃO SOCIAL E DE ENQUADRAMENTO SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA EXPERIÊNCIAS E PROJECTOS EXEMPLOS: O GRANDE SISTEMAS NO GRANDE PORTO, AVEIRO (Freixo, Sobreiras, ETAR sul,..) A PREOCUPAÇÃO AMBIENTAL E MEIO RECEPTOR 8

9 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA EXPERIÊNCIAS E PROJECTOS EXEMPLOS: O PEQUENO SISTEMAS DO INTERIOR (Tratamento Sustentável LEITOS DE MACRÓFITAS) O CASO DOS PLANOS DIRECTORES DAS BAIXAS (AdP, 2008) SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA Comunidade dos Países de Língua Portuguesa (CPLP) 8 Países: Angola, Brasil, Cabo Verde, Guiné-Bissau, Moçambique, Portugal, São Tomé e Príncipe e Timor Leste; População total de 250 milhões de habitantes; Ocupação de 7% da terra do planeta; Realidades muito diversas, incluindo clima, paisagem, nível de desenvolvimento, disponibilidade de recursos hídricos e níveis de atendimento em água e esgoto. desafios que dependem de : clima, tipo de agolomerado e nível de desenvolvimento. Zona climática árida semiárida húmida tropical A&R Tipo de aglomerado urbano rural peri-urbano Condição sócioeconómica. Elevado rendimento Rendimento médio Baixo rendimento 9

10 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA Situação Geral na CPLP Crescimento populacional Exponencial (excepto em Portugal). A percentagem de população urbana tem aumentado sempre. Desafios dos serviços nas zonas informais peri-urbanas e crescimento ( muceques, favelas, bairros do caniço, bairros degradados, slums ). SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA Níveis de serviço em A&E Figura 1: População sem acesso adequado a abastecimento de água. 10

11 SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA Níveis de serviço em A&E População sem acesso adequado a saneamento. SANEAMENTO EM PORTUGAL E CPLP - PONTOS DE PARTIDA E DE CHEGADA TODOS DIFERENTES, TODOS IGUAIS Existe na CPLP um objectivo estratégico comum de a) garantia de saúde pública b) protecção do meio ambiente, e c) com serviços de água sustentáveis (vertente económica, social e ambiental). Divergem, naturalmente, os objectivos operacionais e as metas, e também as abordagens e as soluções mais apropriadas para os atingir, já que o contexto é diverso (clima, nivel socio-económico e tipo de aglomerado). Ainda assim, a experiência acumulada nos Países mais desenvolvidos que aumentaram no passado os niveis de atendimento pode ser importante para os Países irmãos. Erros são lições (PPP ) Consultoria Exigente e diferenciada. 11

12 PROBLEMAS E DISFUNÇÕES DOS SISTEMAS. DESAFIOS PROBLEMAS E DISFUNÇÕES EM SISTEMAS ASSOREAMENTO (ENTUPIMENTOS E OBSTRUÇÕES); INCRUSTAÇÕES; ACUMULAÇÃO DE GORDURA E FILME BIOLÓGICO NAS PAREDES; INTRUSÃO DE RAÍZES; INFILTRAÇÕES; AFLUÊNCIAS INDEVIDAS DE ÁGUAS PLUVIAIS; EXFILTRAÇÕES; OCORRÊNCIA DE SEPTICIDADE (GÁS SULFIDRICO,H2S); COLAPSO TOTAL OU PARCIALDE COLECTOR; ENTRADA DE ÁGUA (SALGADA O NÃO) DO MEIO RECEPTOR. PROBLEMAS E DISFUNÇÕES DOS SISTEMAS. DESAFIOS INTRODUÇÃO À GESTÃO DE SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA c) CONEXÃO INCORRECTA d) DESLOCAÇÃO DE JUNTA 12

13 PROBLEMAS E DISFUNÇÕES DOS SISTEMAS. DESAFIOS e) RAÍZES f) RAÍZES (através de junta) PROBLEMAS E DISFUNÇÕES DOS SISTEMAS. DESAFIOS INUNDAÇÕES DE ESPAÇOS INTERIORES (CAVES); INUNDAÇÕES DE ESPAÇOS EXTERIORES; LIBERTAÇÃO DE ODORES; CRIAÇÃO DE ATMOSFERAS TÓXICAS E/OU EXPLOSIVAS; CORROSÃO; EROSÃO/DETERIORAÇÃO; INTERRUPÇÃO DE TRÁFEGO; EVENTUAIS IMPACTOS DAS DISFUNÇÕES MANUSEAMENTO DE SEDIMENTOS CONTAMINADOS (QUE SE ACUMULAM) E TRANSPORTE A DESTINO FINAL; IMPACTO NO FUNCIONAMENTO DAS ETAR (EX: ENTRADA DE ÁGUA DO MAR OU ÁGUAS PLUVIAIS DURANTE PRECIPITAÇÕES). 13

14 PROBLEMAS E DISFUNÇÕES DOS SISTEMAS. DESAFIOS GESTÃO DE SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA DESAFIOS E PERSPECTIVAS ZONAS INUNDADAS EM MOÇAMBIQUE PROBLEMAS E DISFUNÇÕES DOS SISTEMAS. DESAFIOS PORTUGAL Inundações rápidas, na Madeira, Fev Inundações em Albufeira, Out e Alcântara, em Lisboa, Fev.,

15 PROBLEMAS E DISFUNÇÕES DOS SISTEMAS. DESAFIOS SENEGAL Uso de imagem de satélite para areas inundadas Rio Senegal : inundações em Outubro de 1999 (esquerda) e sem inundações (Out 2001 (direita). Inundações em Saint-Louis, Senegal, em 1999: PROBLEMAS E DISFUNÇÕES DOS SISTEMAS. DESAFIOS PROBLEMAS E DESAFIOS a) CONTROLO DE INUNDAÇÕES (zonas baixas; zonas sob a acção da maré; sítios a jusante de grandes bacias hidrográficas;.) b) CONTROLO DA POLUIÇÃO E CUMPRIMENTO DA LEI (Qualidade da água, do ar e do solo) (controlo da poluição contínua e intermitente grande escala) (Harremöes, 2001). c) EXIGÊNCIA DE SUSTENTABILIDADE AMBIENTAL (Cumprimento de legislação no domínio da água e menores consumos de recursos naturais, menores gastos de energia, menor dispêndio de recursos humanos, aceitação social ) d) EXIGÊNCIA DE ECONOMIA E DIMENSÃO ÉTICA DE PROCEDIMENTOS (Transparência e participação particpação pública 15

16 MODELAÇÃO MATEMÁTICA Aplicabilidade de métodos de cálculo e simulação (investigação e avaliação) Domínio Aplicação Métodos simples/empíricos (i.e método racional ) Modelo de onda cinemática Modelos dinâmicos Dimensionamento de pequenos sistemas S - NR Dimensionamento de grandes sistemas S S S Verificação do desempenho em termos de inundações Verificação do comportamento hidráulico e ambiental de sistemas existentes Dimensionamento de emissários e descarregadores de tempestade Impactes sobre o meio receptor (qualidade) Impactes sobre o meio receptor (quantidade) Controlo em tempo real S _ S S S S S S S S S NR NR- Em regra, não recomendável. MODELAÇÃO MATEMÁTICA ALGUNS MODELOS COMPLEXOS COLECTORES/BACIAS DE DRENAGEM ETAR MEIO RECEPTOR FLUPOL (Agence de l eau Seine- Normandie, ) SWMM (EPA) (versão ) MOUSE/SAMBA (DHI) MOSQITO (Wallingford) HYDROWORKS (Wallingford) INFOWORKS (Wallingford) Sewer CAD WATS ( Escola de Aalborg ) EFOR (DHI) STOAT (WRc) WEST (Univ. Ghent, Belgica) ASIM (EAWAG, Suiça) SIMBA (IFAK, Alemanha) BioWin (Envirosim, Canada) GPS-X (Hydromantis, Canada) AQUASIM (ETAR, Meio Receptor) SIMPOL (rios, UPM) MIKE 11 (DHI) AVG (Alemanha) ISIS (Wallingford) QUAL2E ( EPA) RWQMI (IWA) MOHID (IST-MARATEC) 16

17 MODELAÇÃO MATEMÁTICA CASOS REAIS E CASOS DE ESTUDO MODELAÇÃO MATEMÁTICA 17

18 MODELAÇÃO MATEMÁTICA JUSTIFICA-SE O ESTUDO COM O RECURSO A MODELOS COMPLEXOS (ONDA CINEMÁTICA OU ONDA DINÂMICA), NAS SEGUINTES SITUAÇÕES: 1. Para a análise do desempenho de sistemas existentes. 2. Para a avaliação de impactos no meio receptor. 3. Para fundamentar estratégias de beneficiação e reabilitação. 4. Sistemas novos complexos. (Exemlo de modelos: SWWM (Freeware), MOUSE (DHI),INFOWORKS (Wallingford)... ) O RECURSO A MODELAÇÃO INTEGRADA JUSTIFICA-SE SE : A poluição do meio receptor tiver diversas origens; As componentes do sistema interagirem entre si. MODELAÇÃO MATEMÁTICA RELEVÂNCIA DA MODELAÇÃO E GESTÃO INTEGRADA GESTÃO INTEGRADA INTERACÇÕES infiltração/exfiltração AQUÍFERO interacção c/aquífero MEIO RECEPTOR COLECTORES ETAR ÁGUA DE SUPERFÍCIE overflows entrada de água transporte e reserva transporte e reserva transporte e reserva (tratamento) tratamento tratamento Alteração da quantidade Alteração da qualidade Alteração da qualidade. 18

19 MODELAÇÃO MATEMÁTICA IMPORTÂNCIA DA HIDRÁULICA EM ETAR (Grandes ETAR) 1. Verificação de velocidades e condição de auto-limpeza em canais e tubagens. 2. Verificação de capacidade de transporte e de perdas de carga. Avaliação de Overflows. 3. Avaliação de tempos de retenção nos órgãos 4. Avaliação de condições de formação de sulfuretos e libertação de gás sulfídrico. 5. Avaliação de correcta distribuição de caudais pelos órgãos. Sobretudo no caso de grandes ETAR, torna-se por vezes recomendável o recurso a 3 D, dado o facto do escoamento não ser unidimensional. MODELAÇÃO MATEMÁTICA Aplicação do CFD a componentes da ETAR (parte inicial). 19

20 MODELAÇÃO MATEMÁTICA Domínio Computacional (Flow 3D) Geometria gerada em CAD e importada como ficheiro STL. 3 desarenadores CE Câmara de recepção Câmara de distribuição Malha gerada recorrendo a 12 blocos, perfazendo um total de células. MODELAÇÃO MATEMÁTICA Campos de Velocidade Distribuição de velocidade na câmara de conexão 20

21 MODELAÇÃO MATEMÁTICA Distribuição de velocidade na câmara de conexão MODELAÇÃO MATEMÁTICA Distribuição de velocidade na câmara de distribuição (pelos desarenadores) 21

22 MODELAÇÃO MATEMÁTICA BENEFICIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM UNITÁRIOS Barcelona, Espanha MODELAÇÃO MATEMÁTICA BENEFICIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM UNITÁRIOS Copenhaga, Dinamarca 22

23 MODELAÇÃO MATEMÁTICA Tendencias Crescimento global da População; a Migração do Rural para o Urbano (ou Peri-urbano); a Desertificação do interior (rural). Consumo exponencial de recursos escassos (água, energia, materiais, ). Rapidez de alterações (ocupação do território, alterações climáticas, relocalização de indústrias, etc ). VISÃO E PERSPECTIVAS SUSTENTABILIDADE? MODELOS DE METABOLISMO (Corrente higienista, Séc. XIX, John Philips e Edwin Chadwick) Materiais Energia Água Químicos Transformações (processos artificiais) Resíduos sólidos Resíduos Líquidos Resíduos Gasosos SISTEMA DE SRVIÇOS LINEAR INSUSTENTÁVEL (PASSADO E PRESENTE) 23

24 VISÃO E PERSPECTIVAS Materiais Energia Água Químicos Reutilização Produção Transformações de energia Reciclagem de materiais (Processos naturais) Resíduos Mínimos CICLO DE SERVIÇOS NA CIDADE DO FUTURO (SISTEMA NÃO LINEAR, SUSTENTÁVEL) EU TRUST PROJECT VISÃO E PERSPECTIVAS TENDÊNCIAS OU PERSPECTIVAS PARA O AMANHÃ (SISTEMAS DO SÉCULO XXI) PARA MÉDIOS E GRANDES SISTEMAS 1- CONHECIMENTO FÍSICO DA REDE (detalhe, ) 2- MONITORIZAÇÃO EM CONTÍNUO (TELEMETRIA) (sensores de altura de escoamento e de caudal). MEDIÇÃO (de facturação, de controlo, de investigação, ) 3- MODELAÇÃO COM SIMULAÇÃO (Ex. SWWM/MOUSE/HIDROWORKS/EFOR/GPS- X/BIOWIN) 4- GESTÃO AVANÇADA DE SISTEMAS (SIG, MONITORIZAÇÃO, TELEMETRIA,RADAR, MODELAÇÃO, ACTUADORES AUTOMÁTICOS) 5- REABILITAÇÃO (REPARAÇÃO, RENOVAÇÃO SUBSTITUIÇÃO) E MANUTENÇÃO/OPERAÇÃO PROGRAMADA. PALAVRAS-CHAVE A CONTROLO NA ORIGEM (ÁGUAS PLUVIAIS) B SEPARAÇÃO TENDENCIAL C CONTROLO EM TEMPO REAL D SUSTENTABILIDADE OU ECO- SUSTENTABILIDADE. PREOCUPAÇÕES ACRESCIDAS COM ENERGIA, RECUPERAÇÃO DE NUTRIENTES E RECURSOS E AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO, REGULAÇÃO E CUSTOS CONTROLADOS 24

25 VISÃO E PERSPECTIVAS SÍNTESE DE IDEIAS CHAVE - IMPORTÂNCIA DO CONHECIMENTO E MONITORIZAÇÃO PARA A GESTÃO (CADASTRO, INSPECÇÃO, MEDIÇÃO, MODELAÇÃO E CONTROLO AUTOMÁTICO). - REPARAÇÃO/RENOVAÇÃO (EM VEZ DE SUBSTITUIÇÃO). - GESTÃO INTEGRADA (E NÃO GESTÃO PARCELAR,POR COMPONENTE). - GESTÃO AVANÇADA (RADAR, MONITORIZAÇÃO, MODELAÇÃO, CONTROLO EM TEMPO REAL). - SUSTENTABILIDADE DAS SOLUÇÕES (ECONÓMICA, AMBIENTAL E SOCIAL). - PARTICIPAÇÃO DOS AGENTES E TRANSPARÊNCIA NAS DECISÕES. - METABOLISMO URBANO. - ROAD MAPS. APLICAÇÃO DE MODELAÇÃO DINÂMICA COMO SUPORTE À DECISÃO EM SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS CASOS DE ESTUDO NA REGIÃO DE LISBOA Filipa Ferreira e Pedro Póvoa 25

26 CASO DE ESTUDO: SISTEMAS DE DRENAGEM DE S. JOÃO DA TALHA, EM LOURES Objectivos: Definir procedimentos de gestão e/ou beneficiação do sistema, que contribuam para a mitigação dos principais problemas de exploração actuais. Desafio à modelação: forte contribuição industrial variabilidade Q e CP afluentes DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE SANEAMENTO DE S. JOÃO DA TALHA Localização: concelho de Loures (Freg. de Bobadela, S. Iria da Azóia e S. João da Talha) Interceptor Norte: L= 3,8 km DN 315 a 800 mm (trecho de ligação à ETAR: L=8 m; DN = 1000 mm) Interceptor Sul: L= 2 km DN 400 a 600 mm 26

27 Q [m3/h] DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE SANEAMENTO DE S. JOÃO DA TALHA ETAR: Trat. físico-químico & biológico (LA) A funcionar desde Pop.projecto = e.p. Q méd doméstico = m 3 /dia Q méd total (dom+ind) = m 3 /dia Actualmente, 65 % da carga poluente de origem industrial: Fima, Iglo e Sores Robbialac, Saint-Gobain, Copam CAMPANHAS EXPERIMENTAIS REALIZADAS NA ETAR Campanhas experimentais e medição de caudal: entrada da ETAR jusante do tratamento primário tanque de de arejamento efluente final 1000 Caudais médios horários - 12 e 13 Jan t [h] Qméd afluente Qméd efluente Qméd recirculação Qméd retornos 27

28 MODELAÇÃO INTEGRADA DO SISTEMA DE SANEAMENTO Objectivos: Definir procedimentos de gestão e/ou beneficiação do sistema, que contribuam para a mitigação dos principais problemas de exploração actuais Modelação do sistema interceptor aplicação do MOUSE [m] Standard Construção do modelo topológico: caracterização física detalhada dos componentes do sistema de drenagem (colectores; câmaras de visita; descarregadores; bacias de drenagem; ) [m] Standard condições de fronteira: efeito de maré IN OE IN0450 IS Grad ETAR OE-jus [m] Cx IS MODELAÇÃO INTEGRADA DO SISTEMA DE SANEAMENTO [m] Simulação hidráulica: Períodos de tempo seco coincidentes com as campanhas experimentais. Evento um evento pluviométrico com frequência de ocorrência de aproximadamente 10 vezes por ano (D=42 min; Imáx=18 mm/h e Imédia= 6,3 mm/h). EXEMPLO: Discharge 15.0 [m] IN0005 IN0010 IN0015 IN0020 IN0025 IN0030 IN0035 IN0040 IN0045 IN0050 IN0055 IN0060 IN0065 IN0070 IN0075 IN0080 IN0085 IN0090 IN0095 IN0100 IN0105 IN0110 IN0115 WATER LEVEL BRANCHES :00:02 RUN-teste09.PRF IN0120 IN0125 IN0130 IN0135 IN0140 IN0145 IN0150 IN0155 IN0160 IN0165 IN0170 IN0180 IN0185 IN0190 IN0195 IN0200 IN0205 IN0210 IN0215 IN0220 IN0225 IN0230 IN0235 IN0238 IN0240 IN0245 IN0250 IN0255 IN0260 IN0265 IN0270 IN0275 IN0280 IN0285 IN0290 IN0295 IN0300 IN0305 IN0360 IN0365 IN0370 IN0375 IN0380 IN0385 IN0390 IN0395 IN0400 IN0405 IN0410 IN0415 IN0420 IN0425 Perfis longitudinais para período de tempo seco (situação actual). IN0310 IN0315 IN0320 IN0325 IN0330 IN0335 IN0340 IN0345 IN0350 IN0355 IN0430 IN0435 IN0440 IN0445 IN0450 m3/s [m] 28

29 MODELAÇÃO INTEGRADA DO SISTEMA DE SANEAMENTO [m] WATER LEVEL BRANCHES :00:02 RUN-teste09.PRF Discharge IS0005 IS0010 IS0015 IS0020 IS0025 IS0035 IS0040 IS0045 IS0050 IS0055 IS0060 IS0065 IS0070 IS0075 IS0080 IS0085 IS0090 IS0095 IS0100 IS0105 IS0110 IS0115 IS0120 IS0130 IS0135 IS0140 IS0145 IS0150 IS0155 IS0160 IS0165 IS0170 IS0180 IS0185 IS0190 IS0195 IS0200 IN0450 m3/s [m] Interceptor Sul WATER LEVEL BRANCHES :00:02 RUN-teste09.PRF Discharge m3/s [m] IN0450 ETAR OE-jus Cx.1 Cx.2 RT [m] Descarga de emergência MODELAÇÃO INTEGRADA DO SISTEMA DE SANEAMENTO Modelação da ETAR: aplicação do GPS-X Desafio à modelação: contribuição industrial variabilidade Q e CP afluentes Construção do modelo topológico: caracterização física detalhada de cada órgão da ETAR e do respectivo equipamento: tanque de homogeneização, decantadores primários e secundários, reactor biológico caracterização dos critérios e metodologias de operação da ETAR. SIMULAÇÃO DINÂMICA DO SISTEMA DE SANEAMENTO DE S. JOÃO DA TALHA, EM LOURES 29

30 SST [mg/l] 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 O2 [mg/l] Conc. [mg/l] 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21: MODELAÇÃO INTEGRADA DO SISTEMA DE SANEAMENTO Modelos usados: reactor biológico: modelo mantis, similar ao ASM1 da IWA (simula a remoção de carbono, azoto e fósforo) decantadores: modelo simple1d, modelo 1D multi-camadas (utiliza o modelo duplo exponencial de Takács) Simulação hidráulica: Períodos de tempo seco ( com as campanhas experimentais). MODELAÇÃO INTEGRADA DO SISTEMA DE SANEAMENTO Calibração do modelo: É possível ajustar os resultados do modelo aos valores medidos. Parâmetros que mais influenciam os resultados : μ H, b H, μ A, b A e k H Resultados obtidos após calibração: 3000 SST e O2 no TA Conc. de azoto no efluente final t [h] xmlss TA (SLR): SST somlss TA (SLR): OD t [h] Nt modelado Nt medido TKN modelado TKN medido NO2 e NO3 modelado NO2 e NO3 medido 30

31 Q [m3/d] 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 Conc. [mg/l] 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21: MODELAÇÃO INTEGRADA DO SISTEMA DE SANEAMENTO Validação do modelo: problemas nas campanhas experimentais Resultados do modelo: caudais em tubagens de ligação concentrações e taxas de processos para os componentes do modelo em todos os órgãos (Ex.: concentrações no afluente, nas escorrências na ETAR, no efluente final e no tanque de arejamento; idade das lamas) Caudais Q afluente Conc. no efluente final Q efluente Q recirculação Q lamas prim. Q lamas sec. Q escorrêcias CQO modelado SST modelado Nt modelado Pt modelado OD modelado CQO medido SST medido 0 40 Nt medido t [h] 20 0 SIMULAÇÃO DINÂMICA DO SISTEMA DE SANEAMENTO DE S. JOÃO DA TALHA, EM LOURES t [h] Pt medido OD medido CONCLUSÕES Principais conclusões do estudo Q modelados Q registados na ETAR. Apesar da rede ser separativa, durante a ocorrência de precipitações frequentes: Q pluvial 41% Q doméstico entrada em pressão de alguns troços provável ocorrência de inundações nos interceptores Norte e Sul (zonas de cotas de terreno reduzidas) Verifica-se a influência dinâmica da entrada em funcionamento e da paragem dos parafusos de Arquimedes no comportamento hidráulico do interceptor Norte. Crista do descarregador de tempestade da ETAR demasiado elevada ocorrem inundações anteriormente à entrada em funcionamento do descarregador. 31

32 CONCLUSÕES A contribuição industrial reflecte-se em relações estequiométricas das afluências ao sistema diferentes das usuais para as águas residuais domésticas. Dada a: reduzida idade das lamas significativa contribuição industrial Potencial toxicidade do afluente à ETAR Provável a ocorrência de washout dos microrganismos autotróficos, mais sensíveis, ou a sua inibição. (o projecto ECORIVER detectou ecotoxicidade no afluente à ETAR) A melhoria do comportamento do sistema depende da beneficiação da ETAR e da reabilitação dos interceptores e da rede de drenagem. Depende também da adopção de medidas de operação e gestão integrada (e.g., regime de funcionamento de parafusos da ETAR que 22 a controle 25 de Março as alturas de 2012 do escoamento nos interceptores). SIMULAÇÃO DINÂMICA DO SISTEMA DE SANEAMENTO DE S. JOÃO DA TALHA, EM LOURES CASO DE ESTUDO: GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Índice: 1. SIMTEJO 2. DESAFIOS 3. NECESSIDADE 4. GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE 4.1 SOLUÇÃO 4.2 APLICAÇÃO 4.3 RESULTADOS 32

33 SIMTEJO hab.eq (2005) Período concessão: Criação da Empresa: Novembro 2011 Lisboa Loures V. F. Xira Amadora Mafra Odivelas A Missão da SIMTEJO é a recolha, tratamento e rejeição de águas residuais na sua área de influência e, eventualmente, noutras áreas limítrofes, visando a prestação de um serviço de qualidade com respeito pelos aspectos essenciais de ordem social e ambiental, assim como a disponibilização das suas capacidades ao serviço do interesse nacional. SIMTEJO Município de Vila Franca de Xira 4,0% Município de Loures 11,5% Município de Amadora 3,5% Município de Lisboa 23,5% Município de Mafra 3,5% Município de Odivelas 3,5% Águas de Portugal 50,5% Volume de Negócios (2011) Capital Social (2011) EBITA N.º trabalhadores (2011) 216 Investimento ( ): 250 milhões Investimento ( ): 190 milhões 33

34 Caudal (m3/s) Intensidade de Preciitação (mm/h) SIMTEJO ETAR 29 (32) Estações Elevatórias 74 (93) Interceptores e Condutas 245 (339) km População servida: habitantes - equivalentes CAUDAL TRATADO 118 milhões m 3 /ano (2011) DESAFIOS Problemática dos sistemas unitários Afluência de areias e pedras Caneiro de Alcântara Precipitação (mm/h) Caudal tempo húmido (m 3 /s) Caudal tempo seco (m 3 /s) :00 2:30 5:00 7:30 10:00 12:30 15:00 17:30 20:00 22:30 Caudal Caudal descarregdo Caudal Tratado Preci+itação total Sistemas separativos, pseudo e unitários: > 100 Descarregadores e 74 estações elevatórias Risco de inundação no sistema de drenagem e ETAR (precipitação e preia-mar) Caudal tempo húmido > 10 x Caudal tempo seco: até 25 x diluições Rotura operacional do sistema de drenagem em tempo húmido (5 houras para estabilizar) Válvula tipo flutuador Orifício calibrado Alameda dos Oceanos, Lisboa 2006 ETAR, Lisboa 2009 Troncos Screen e pedras 34

35 DESAFIOS Alterações climáticas : concentração dos eventos de precipitação forte e níveis de maré Estádio da Luz Granizo Sacavém, Influência de maré Descarregadores Subsistema de Alcântara 756,000 hab.eq in 37km 2 ETAR Q Tempo seco: 3.3 m3/s ETAR Q tempo húmido: 6.6 m3/s 40 Descarregadores e 13 EE Av. Liberdade DESAFIOS MUITA INFORMAÇÃO (DADOS E MODELOS) Modelo matemático do sistema de drenagem e do estuário do Tejo SCADA e bases de dados operacionais das EE e ETAR Sistema de medição de caudais de gestão e facturação e rede de udómetros Controlo de qualidade diário e sondas de qualidade nas ETAR de estuário Não é fácil dotar as empresas de engenharia especializada nos diversos modelos e integração das diversas fontes de dados GESTÃO OPERACIONAL Gestão reactiva Sem previsão e planeamento limitado Sem integração de dados e modelos Redução de > 15% de custos operacionais 35

36 NECESSIDADE OPTIMIZAÇÃO DA GESTÃO OPERACIONAL Gestão operacional baseada em previsões e planeamento short-term Potenciar as fontes de dados e os diversos modelos existentes Mudança de paradigma na aplicação de modelos (planeamento para operação) Necessidade de Inteligência Artificial que permita a gestão dos dados dos sensores, devidamente integrada com modelos matemáticos como ferramentas de apoio à decisão Ferramenta operacional diária com base no conceito kiss Produção automática de relatórios e elaboração simples de cenários de apoio à decisão Apresentação da informação disponível sob variadas formas NECESSIDADE METEO Desenvolvimento de uma ferramenta para gestão integrada de intercepção, drenagem e tratamento de águas residuais: AQUASAFE (EDSS) SISTEMA DE DRENAGEM CICLO DA ÁGUA ETAR RIO TEJO 36

37 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Forecast Incast Passado Futuro Presente 37

38 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Meteorologia (espaço e tempo) Sistema de drenagem 1D Escoamento superficial 2D Infiltração 3D Modelos hidrológicos GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Exemplo de integração de fontes de dados com modelos 38

39 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Sistema de drenagem: inundações e descargas (simulação e previsão) Sistema de drenagem GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE ETAR SONDA DE QUALIDADE CQO Total e filtrado SST, NO3 H2S e ph NO3-39

40 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Workspace de integração de dados de qualidade Sistema de drenagem Relação de dados CQO vs precipitação vs caudal vs SST vs CQO filtrado GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Modelação da ETAR: em desenvolvimento Modelo da ETAR Equalização Blending ETAR Arranque da linha de tempo húmido Eficiência energética (OD) Gestão do volume tampão na linha de lamas Mantos de lamas na decantação F/M e idade de lamas 40

41 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Exemplo da resposta do modelo GPS-X a evento de precipitação ETAR GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Modelo do estuário (qualidade e hidrodinâmica) Estuário 41

42 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Sistema de drenagem: inundações (simulação e previsão) Sistema de drenagem GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Relatórios de descargas e inundações Aonde? Quando? Quanto (caudal e volume)? 1-3 horas de relatórios de previsão: Aonde? Quando? Quanto (caudal e volume)? Relatórios 42

43 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE Accesso à informação: Acesso à informação KISS Diferentes utilizadores (público, adminstração, engenharia, operação e manutenção) Diferentes topologias de acesso: telemóvel, televisão, computador GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE RESULTADOS Gestão operacional proactiva e short-term planning Redução em intervenções de manutenção Poupança na contratação de mão-de-obra especializada para gestão de modelos e integração de dados de diversas fontes Aumento da eficiência na gestão do sistema de medição de caudais e modelos matemáticos do sistema de drenagem Integração de novos pontos de medição realizada na Simtejo sem recurso a horas de consultoria 43

44 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE RESULTADOS Transformação das fontes de dados em informação e conhecimento Gestão operacional com base na combinação de sensores e modelos matemáticos em tempo real Análise e gestão integrada da informação Alarmes e relatórios automáticos Possibilidade de gerar relatórios de previsão, prevenção, detecção, em situações normais, de emergência e de comprovação em potenciais situações de incumprimento. Controlar descargas e inundações dos sistemas unitários em tempo húmido GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE INOVAÇÃO Ferramenta operacional user friendly baseada em modelos matemáticos complexos METEO Gestão automática de modelos matemáticos Conversão de dados em informação e conhecimento Cada utilizador cria o seu ambiente de trabalho de informação Simulações no passado e previsão de cenários futuros com integração de modelos matemáticos Gestão de alarmes e acesso à informação CICLO DE ÁGUAS RESIDUAIS Sistema de drenagem ETAR 44

45 GESTÃO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO: AQUASAFE RETORNO DE INVESTIMENTO Aumento da qualidade de serviço na missão da Simtejo Redução potencial no consumo energético de 5% em 90 EE (~30 K /ano) e de 5% nas ETAR (~180 K /ano ) Poupança de 120 K /ano na contração de consultoria especializada Poupança de 200 K /ano na customização da integração de modelos e bases de dados Horas-homem na elaboração de relatórios e tratamento de dados Poupança no investimento em sensores para controlo dos sistemas Bases técnicas para implementação de sistemas de gestão de risco e patrimonial e sistemas de alerta em tempo real Obrigado pela atenção! 45