Desenvolvimento e avaliação de sensores alternativos para o monitoramento da qualidade de esgoto tratado em estação de tratamento
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Data
2022-03-08
Autores
Cocenza, Daniela Sgarbi [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A crescente preocupação mundial com a gestão da qualidade da água, tanto em seu meio natural, quanto em sua utilização pela população, trouxe também a expansão da necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias para monitoramento das fontes de água, sistemas de potabilização e sistemas de tratamento de efluentes. O presente projeto tem como objetivo desenvolver duas provas de conceito (PoC), para protótipos com sensores alternativos de monitoramento da qualidade para os parâmetros de Nitrato e Turbidez e avaliar a correlação entre os resultados de Turbidez e DQO do histórico de dados de uma estação de tratamento de esgoto sanitário por lodos ativados. A primeira PoC, para análise de Nitrato, foi feito baseado na detecção direta, utilizando como fonte de luz um LED na faixa do ultravioleta, e um fotoresistor para conversão do sinal em concentração, sem uso de reagentes. Para este protótipo não houve resultado satisfatório, sendo necessário maiores estudos. A segunda PoC para análise de Turbidez, utilizou um sensor de baixo custo disponível no mercado, para o qual foi feita validação com padrões analíticos e foram obtidos resultados satisfatórios. Para testes realizados com amostras de esgoto tratado foi necessária uma segunda validação baseada no método da adição de padrões, na qual foi utilizada uma amostra de efluente tratado com Turbidez de 21,7 NTU, para avaliar possíveis interferentes. O limite de detecção do sensor foi de 30 NTU e para aplicação qualitativa, o protótipo mostrou bons resultados que indicaram potencial. O gráfico de dispersão do histórico de dados e análise de correlação entre os parâmetros de Turbidez e DQO, demonstraram alta assertividade considerando-se que 88% dos resultados com menos de 60 NTU apresentaram DQO menor que 115 mg/L e 87% das vezes atenderam ao critério exigido de no mínimo 80% de eficiência de remoção de DBO. O coeficiente de correlação para os dados tratados foi de 0,9 para Pearson e 0,82 para a equação de regressão linear com a análise de resíduos atendendo às condições requeridas e mostrando que há evidência de correlação. A aplicação possibilita o uso como ferramenta de controle operacional, com redução do custo e tempo de análises, otimizando desvios e a obtenção de maior série histórica de monitoramento, facilitando a gestão e a tomada de decisões.
The growing worldwide concern with the management of water quality, as in its natural environment as in its use by the population, has also brought the expansion of the need to develop new technologies for monitoring water sources, potable water treatment plant, and wastewater treatment plant. This research aims to develop two proofs of concept (PoC) for prototypes of alternative sensors of quality monitoring for Nitrate and Turbidity parameters and to establish the correlation between the results of Turbidity and COD from the data history of an activated sludge wastewater treatment plant. The first PoC for Nitrate analysis was based on the principle of direct detection, using a LED in the ultraviolet range as a light source, and a photoresistor for the signal conversion in concentration without reagent use. There was no successful outcome for this prototype, requiring further studies. The second PoC for Turbidity analysis used a commercially available low-cost sensor to which was done the analytical validation and it obtained a successful outcome. Tests carried out with treated wastewater samples required a second validation based on the method of standard addition, which used a sample of the treated wastewater with Turbidity of 21.7 NTU in order to evaluate possible interferences. The sensor detection limit was 30 NTU, and for the qualitative application, the prototype showed good results which indicated potentiality. The scatter plot of the data history and the correlation analysis between the Turbidity and COD parameters demonstrated a high assertiveness, considering that 88% of the results with less than 60 NTU presented COD lower than 115 mg/L, and 87% most of the time met the required criterion of at least 80% of BOD removal efficiency. The data correlation coefficient was 0.9 for Pearson, and 0.82 for the linear regression equation, and the analysis of residuals shows that there is correlation evidence. The application enables to use it as a tool of operational control, reducing the cost and time of the analysis, optimizing deviations, and obtaining the greatest data history of monitoring, promoting management and decision-making.
The growing worldwide concern with the management of water quality, as in its natural environment as in its use by the population, has also brought the expansion of the need to develop new technologies for monitoring water sources, potable water treatment plant, and wastewater treatment plant. This research aims to develop two proofs of concept (PoC) for prototypes of alternative sensors of quality monitoring for Nitrate and Turbidity parameters and to establish the correlation between the results of Turbidity and COD from the data history of an activated sludge wastewater treatment plant. The first PoC for Nitrate analysis was based on the principle of direct detection, using a LED in the ultraviolet range as a light source, and a photoresistor for the signal conversion in concentration without reagent use. There was no successful outcome for this prototype, requiring further studies. The second PoC for Turbidity analysis used a commercially available low-cost sensor to which was done the analytical validation and it obtained a successful outcome. Tests carried out with treated wastewater samples required a second validation based on the method of standard addition, which used a sample of the treated wastewater with Turbidity of 21.7 NTU in order to evaluate possible interferences. The sensor detection limit was 30 NTU, and for the qualitative application, the prototype showed good results which indicated potentiality. The scatter plot of the data history and the correlation analysis between the Turbidity and COD parameters demonstrated a high assertiveness, considering that 88% of the results with less than 60 NTU presented COD lower than 115 mg/L, and 87% most of the time met the required criterion of at least 80% of BOD removal efficiency. The data correlation coefficient was 0.9 for Pearson, and 0.82 for the linear regression equation, and the analysis of residuals shows that there is correlation evidence. The application enables to use it as a tool of operational control, reducing the cost and time of the analysis, optimizing deviations, and obtaining the greatest data history of monitoring, promoting management and decision-making.
Descrição
Palavras-chave
Águas residuais Purificação, Monitoramento ambiental, Detectores ópticos, Sewage Purification, Sewage disposal plants, Optical detectors