| A. Ciências Exatas e da Terra - 5. Matemática - 4. Matemática Aplicada |
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MODELAGEM MATEMÁTICA E COMPUTACIONAL DO TRATAMENTO DE ÁGUAS |
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| Nelson Hein 1 |
| Leonardo Felipe Pamplona 1 |
| Tatiana Witthoft 1 |
| Tscharlene Michele da Silva 1 |
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| (1. Universidade Regional de Blumenau / FURB) |
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| INTRODUÇÃO: |
Esta pesquisa objetivou o desenvolvimento de modelos matemáticos em redes no tratamento de águas. A pesquisa surgiu de um estudo que teve como foco principal à questão do tratamento das águas, como se tratou de uma pesquisa extremamente técnica este estudo foi elaborado para dar suporte mais inteligível e uma visão simplificada. Assim podendo ser compreendida e aplicada por responsáveis no tratamento das águas. Um dos principais componentes no desenvolvimento da pesquisa está na modelagem dos processos descritos no tratamento de águas e suas possíveis interconexões. Trata-se de uma modelagem realizada sobre um sistema em rede. Denominado de Modelagem de Processos em Rede (Process Network Modeling), apresentada por Bruce Koenig na sua dissertação de mestrado defendida em 1992 na Universidade de Michigan. Outro componente é a modelagem matemática nos diversos tipos de processos de tratamento de águas. E por fim desenvolveu-se tecnologias inovadoras para a existência de produção industrial limpa, reduzindo o nível de contaminantes fazendo com que isso melhore a qualidade da água. |
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| METODOLOGIA: |
Esta pesquisa foi atacada em três etapas, a saber: a primeira foi um estudo da metodologia apresentada por Koenig. Como se trata de uma “nova” forma de modelar situações, frente às técnicas que usualmente são descritas por pesquisadores na área da “modelagem matemática”, faz-se necessário um acompanhamento estrutural e sistêmico das situações. No segundo momento foram estudadas as principais técnicas de tratamento de águas poluídas, segundo a metodologia que Koenig apresenta, amparada pela modelagem matemática tradicional. Através da validação do modelo é que foi avaliado o resultado desta pesquisa. Toda modelagem matemática tem como seu último e derradeiro processo a validação do modelo confeccionado, ou seja, se este se comporta tal como a realidade o conforma. Quanto mais distante da realidade: pior o modelo. Quanto mais próximo: melhor. Esta comparação pode ser dada por algum agente que calcule o tamanho do desvio, que no caso deste projeto será dado pelo erro quadrático médio (RMS). |
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| RESULTADOS: |
A técnica eleita foi a respirométrica que descreve a quantificação do consumo de oxigênio dissolvido em sistemas de lodos ativados. O procedimento para estimar-se a Taxa de Concentração de Oxigênio (TCO) é simples e o campo de aplicação vastíssimo. O teste de TCO considera as variações na taxa de respiração do lodo em conseqüência do tipo de substrato acrescentado e da velocidade de degradação de parte da biomassa. A absorção do oxigênio se desenvolve em respiração endógena do lodo e degradação do substrato. Em condições endógenas a respiração do lodo comporta uma contínua utilização do oxigênio a uma velocidade aproximadamente constante e de modesta relevância. Para a determinação das características da água residual, utiliza-se a subdivisão da DQO no afluente em frações que sejam associáveis a um certo comportamento típico durante o processo de degradação. A DQO que ingressa é separada em uma fração biodegradável e em uma não biodegradável, cada uma das quais é subdividida, em duas frações: solúvel e particulada. Na porção biodegradável, a fração solúvel coincide com o substrato rapidamente biodegradado (DQORB), enquanto a fração particulada é associada ao substrato lentamente biodegradável (DQOLB). A classificação da DQO, portanto, se baseia não só sobre uma distinção física, mas, sobretudo em um comportamento biológico diferente. A DQORB é calculada a partir do OD consumido com base em uma curva de calibração obtida mediante a aplicação de acetato de sódio. |
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| CONCLUSÕES: |
Mediante a aplicação de uma série seqüencial de simulações computacionais de TCO, foi possível extrair um respirograma experimental, derivado da degradação do substrato a ser testado e da biomassa do sistema. O respirograma, obtido para uma água residual municipal, apresenta um andamento gradualmente decrescente ligado à progressiva diminuição dos substratos biodegradáveis, dos mais velozes aos mais lentos. A TCO apresenta valores elevados no início do teste; nesta fase se verifica, sejam as oxidações da DQORB e da DQOLB, seja a hidrólise da DQORH. A duração temporal desta primeira fase, com valores elevados de TCO, depende da quantidade de DQORB efetivamente disponível na amostra alimentada. A parte final do respirograma corresponde à respiração endógena. Este trecho deve ter um comprimento suficiente para ser interpolado com uma função exponencial prolongável até o tempo inicial. A área compreendida entre o respirograma total e a respiração endógena individualiza o oxigênio total (DOD) utilizado para a oxidação de toda a DQO biodegradável (DQOb) na água residual, constituído das frações rapidamente biodegradáveis, rapidamente hidrolisáveis e lentamente biodegradáveis. Conhecer a concentração de DQO biodegradável total de uma água residual, ainda que não necessariamente subdividida em suas frações DQORB, DQORH e DQOLB, constitui-se em uma útil informação para conduzir diversas averiguações funcionais na otimização de tratamentos de águas residuais. |
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Instituição de fomento: PIBIC/CNPq - Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica
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Trabalho de Iniciação Científica
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Palavras-chave: modelagem matemática; tratamento de águas; respirometria. |
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| Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006 |
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