Avaliação do ciclo de vida de um sistema de gestão de RSU em uma região metropolitana

No Brasil existem regiões metropolitanas com grandes adensamentos populacionais, reflexo do grande fluxo migratório que ocorreu no país a partir da década de 1970. Dentre as consequências destes quantitativos populacionais nas áreas urbanas está o aumento da geração per capita de resíduos sólidos urbanos (RSU), que na maioria dos casos, vem associado à deficiente gestão dos RSU. Um exemplo são 19 municípios do Estado de Goiás, Brasil, em que 73% dos RSU produzidos tem destino inadequado. Para minimizar os impactos ambientais, os municípios brasileiros devem implementar um sistema de gestão de RSU (SGRSU) com valorização e desvio de RSU dos aterros. Diante disso, utilizando-se uma ferramenta de avaliação do ciclo de vida, fez-se uma avaliação ambiental de diferentes alternativas para um SGRSU partilhado entre 19 municípios de Goiás. Os resultados apontaram que o cenário atual da gestão dos RSU nestes municípios tem os maiores impactos ambientais em sete das 12 categorias de impacto avaliadas, dentre elas o potencial de aquecimento global. Em contrapartida, o SGRSU proposto, com a sede situada no município de Aparecida de Goiânia, contempla a digestão anaeróbia e maximiza o desvio de RSU dos aterros. Neste SGRSU obteve-se as menores emissões ao ambiente em oito das categorias de impacto analisadas. In Brazil, there are metropolitan regions with large populations, reflecting the great migratory flow that has occurred there since the 1970's. Among the consequences of this urban population rise in is the increase of municipal solid waste (MSW) per capita generation. This is mostly associated with poor MSW management. For example, 19 municipalities in Goiás State, Brazil, inappropriately dispose of 73% of their produced MSW. To minimize environmental impacts, Brazilian municipalities must implement an MSW management facility (MSWMF) with MSW recovery and diversion from landfills. Therefore, using a life cycle assessment tool, an environmental analysis of different alternatives was made to a MSWMF shared among these 19 municipalities of Goiás. The results showed that the current MSW management scenario in these municipalities has the greatest environmental impacts in seven of the 12 evaluated impact categories, among them global warming potential. Conversely, the proposed MSWMF, with its headquarters in the municipality of Aparecida de Goiânia, contemplating anaerobic digestion and maximizing MSW diversions from landfills, has the lowest emissions to the environment in eight of 12 impact categories.

Impacto de afluências indevidas no consumo energético em instalações elevatórias em sistemas de drenagem urbana

As afluências indevidas são identificadas como um dos principais problemas dos sistemas de águas residuais e pluviais, levando a diversos problemas de desempenho dos mesmos, como sejam a ocorrência de inundações, a diminuição da eficiência hidráulica e energética, entre outros. A atuação no controlo de afluências indevidas perspetiva oportunidades de melhoria do desempenho em várias dimensões incluindo a componente de eficiência energética. Neste artigo desenvolve-se esta temática numa perspetiva de avaliação do desempenho de instalações elevatórias (IE) embora considerando o sistema como um todo. A metodologia adotada consiste em efetuar a análise de sensibilidade de um sistema separativo de águas residuais para cenários de ocorrência de afluências indevidas à rede, de modo a avaliar o impacto no consumo de energia e noutras variáveis relevantes do sistema. O caso de estudo utilizado consiste numa adaptação do caso de estudo real correspondente ao sistema de drenagem de águas residuais da Bacia da Venteira, Amadora. A finalidade é aferir uma abordagem para tratar esta temática de modo mais geral com base no caso de estudo referido, de forma a contribuir para a sensibilização para a adoção de metodologias operacionais e de monitorização que permitam ter dados para fazer uma gestão mais racional da energia nestes sistemas. As conclusões são genericamente aplicáveis a qualquer sistema separativo de águas residuais. Undue inflows are identified as one of the main problems in wastewater and stormwater systems, leading to several performance issues, such as flooding, decreased efficiency in water and energy use, among others. Acting in the control of undue inflows leads to performance enhancements in several dimensions including the energy efficiency component. This paper presents developments regarding performance evaluation of pumping stations, although considering the system as a whole. The proposed methodology consists of adopting a sensitivity analysis for a separate wastewater system, considering scenarios of undue inflows occurrences in the network, in order to evaluate the impact on energy consumption and other relevant variables of the system. The case study presented herein is adapted from a real life case study corresponding to the Venteira's domestic separate system (located at Amadora, Portugal). The main purpose is to assess an approach to address this issue, in order to contribute to increase awareness for the adoption of operational and monitoring methodologies to contribute for a more rational energy management in these systems. The conclusions are generally applicable to separate wastewater systems.

NOTA TÉCNICA Controlo de afluências indevidas na Águas de Barcelos

As afluências indevidas às redes de drenagem de águas residuais têm impactes ambientais, económicos e sociais muito relevantes. Com a consciencialização da dimensão deste problema, a Águas de Barcelos elaborou um Plano de Controlo de Afluências Indevidas 2018-2023 que tem como principais objetivos: i) diminuir os custos diretos das afluências indevidas; ii) diminuir os custos indiretos relacionados com horas de bombagem, custos de energia e custos de manutenção associados à entrada de caudais indevidos; iii) diminuir o risco de incumprimento da legislação nacional e o risco de contaminação dos meios recetores por ocorrência de descargas excedentes e; iv) aumentar a fiabilidade e resiliência da infraestrutura ao longo dos anos. A implementação deste plano permitiu em 2018 a deteção de 451 ligações pluviais ilícitas à rede de drenagem de saneamento, 220 ligações ilícitas de saneamento, 169 infiltrações em infraestruturas e um ilícito industrial com uma descarga mensal de cerca de 10 000 m3 de efluente industrial não faturado. The rainfall-derived infiltration and inflow (RDII) on wastewater drainage systems present relevant environmental, economic and social impacts. With the heightened awareness of the problem, the Águas de Barcelos developed a Rainfall-Derived Infiltration and Inflow Control Plan 2018-2023 with main objectives: i) reduce RDII direct costs; ii) reduce indirect costs with pumping hours, energy and maintenance costs, related to RDII input; iii) reduce the risk of non-compliance with legal requirements and the risk of contamination of the receiving environment by the occurrence of overflows and; iv) increase the infrastructure reliability and resilience over the years. The implementation of this plan enabled, in 2018, the detection of 451 illicit stormwater connections to the wastewater drainage system, 220 illicit domestic wastewater connections, 169 inflows and an illicit industrial connection with 10 000 m3 monthly average discharge.

Consumo de energia nos serviços urbanos de água em Portugal Continental. Resultados 2004-2017

Nos serviços urbanos de água, os gastos com energia podem corresponder a 25-40 % dos gastos operacionais das entidades gestoras destes sistemas. O projeto AVALER+ pretende avaliar e melhorar o desempenho energético dos sistemas de abastecimento de água (SAA) e dos sistemas de águas residuais (SAR). A avaliação da situação de referência do consumo e eficiência energética é determinante para previsão da sua evolução, estabelecimento de metas e avaliação do impacto das medidas de melhoria. Este artigo apresenta a metodologia e os resultados do consumo e eficiência energética do setor urbano da água em Portugal, entre 2004 e 2017. Os dados analisados demonstram um aumento do consumo anual de energia no setor nos últimos 7 anos. Em 2017, o consumo total apurado foi de 1,1 TWh, 62 % nos SAA e 38 % nos SAR. Nos SAA, o principal consumo de energia ocorreu no bombeamento para captação, transporte e distribuição de água (89 % em média), que nos SAR representou, em média, 21 %. O desempenho energético das instalações elevatórias foi insatisfatório ou mediano, quer nos SAA (mediana variando entre 0,55 e 0,58 kWh/(m3.100 m) em 2012 e em 2015/2017, respetivamente; valor de referência máximo 0,54 kWh/(m3.100 m)), quer nos SAR (mediana variando entre 0,64 e 0,88kWh/(m3.100m) em 2012 e 2015, respetivamente; valor de referência máximo 0,68 kWh/(m3.100 m)). Os resultados evidenciam que existe um elevado potencial de melhoria de eficiência energética. In urban water services, the energy costs may correspond to 25-40 % of operational costs. AVALER+ project aims to assess and improve the energy performance of water supply systems (WSS) and wastewater systems (WWS). An assessment of the baseline of the energy consumption and efficiency is crucial for predicting its evolution, setting targets and assessing the impact of the improvement measures. This paper presents the methodology and the results of energy consumption and efficiency of the urban water sector in Portugal, between 2004 and 2017. The data analysed show an increase in annual energy consumption in the sector, in the last 7 years. In 2017, the total energy consumption was 1.1 TWh, 62 % in WSS and 38 % in WWS. In WSS, the main energy consumption was the pumping water abstraction, transport and distribution (89 % on average), which represented 21 % (on average) in WWS. The energy performance of pumping stations has been unsatisfactory or acceptable both in WSS (median ranging between 0.55 and 0.61 kWh/(m3.100 m) in 2012 and 2015/2017, respectively; maximum reference value 0.54 kWh/(m3.100 m)) and in WWS (median 0.64 to 0.88 kWh/(m3.100 m) in 2012 and 2015, respectively; maximum reference value 0.68 kWh/(m3.100 m)). The results show a high potential for energy efficiency improvement.

Análise de transitórios hidráulicos decorrentes da operação otimizada de estações elevatórias

Neste trabalho são avaliados os transitórios hidráulicos decorrentes da operação otimizada de uma estação elevatória de uma rede de distribuição de água e os procedimentos operacionais que podem reduzir este problema para assegurar a confiabilidade do sistema. A operação otimizada é obtida utilizando o algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) e simulações em regime permanente, considerando que as bombas estarão operando com sua velocidade de rotação nominal ou desligadas. Em seguida, as manobras de arranque e paragem definidas são utilizadas num modelo em regime transitório para avaliar as variações de pressão decorrentes da operação otimizada. Os resultados obtidos demonstram que as variações de pressão não são elevadas, mas que, a longo prazo, podem ser significativos na redução da vida útil dos equipamentos hidráulicos. Além disso, observou-se que a variação da demanda num modelo transitório pode causar erros significativos, sendo necessária uma modelação cautelosa neste aspeto. In this work, the hydraulic transients resulting from the optimized operation of a pumping station in a water distribution network are studied and operational procedures to reduce this problem and ensure the reliability of the system are evaluated. An optimal pumping scheduling is obtained using the Particle Swarm Optimization (PSO) and a steady state model considering pumps operating only at their nominal rotational speed or switched off. Then, the pumps schedules are used in a transient model to evaluate the pressure surges of the optimized operation. The results showed that the pressure variation is not high but can be relevant in the reduction of service life of the hydraulic equipment. In addition, it was observed that the demand pattern in the transient model can cause significant errors, and its modeling has to be carefully handled.

Solução energética híbrida com armazenamento por bombagem

A elevada intermitência das fontes de energia renováveis condiciona a produção de energia elétrica, que continua a depender muito dos combustíveis fósseis. Uma vez que existe complementaridade por parte das fontes de energia renováveis, a sua integração conjunta é, sem dúvida, a melhor solução para reduzir esta dependência. Aliado a este facto, poderá coexistir um sistema de armazenamento por bombagem, capaz de gerar reservas hídricas, que serão aproveitadas quando a procura exceder a oferta energética. Procedeu-se ao desenvolvimento de dois modelos: um sobre custos de turbomáquinas e outro que visa o estudo do potencial de recuperação de energia de uma solução energética híbrida com armazenamento por bombagem combinado com fonte de energia eólica. Foram estudadas diferentes combinações para estas duas fontes de energia renovável, analisando o consumo satisfeito e a energia eólica não consumida, tendo-se concluído que o excedente de energia eólica pode ser aproveitado para bombagem. The high intermittence of renewable energy sources determines the production of electricity, which remains highly dependent on fossil fuels. Since there is complementarity between renewable energy sources, their joint integration is a potential solution to reduce this dependency. Consequentially, a pumping storage system capable of generating water reserves can coexist, which will be used when demand exceeds the energy supply. Two models were developed: one based on turbomachinery costs and the other based on the potential of energy recovery of a hybrid energy solution with pump storage combined with wind energy. Different combinations were studied for these two sources, analysing the satisfied consumption and the wind energy that is not consumed, in which it was concluded that the surplus of wind energy can be used by pumped storage.

Análise de sensibilidade às componentes do balanço hídrico para suporte a uma melhor gestão de perdas em sistemas de abastecimento de água

Apesar da qualidade de serviço assegurada atualmente pelos sistemas de abastecimento de água (SAA) em Portugal, o valor de água não faturada nos sistemas em “baixa” tem-se mantido praticamente constante e com desempenho insatisfatório nos últimos anos. O balanço hídrico constitui um standard para avaliar a água entrada, o consumo faturado e não faturado em SAA. A quantificação fiável das componentes de água não faturada, para identificação dos principais problemas de perdas, constitui uma etapa preliminar crucial para a definição de um plano de gestão de perdas de água e de energia a médio prazo. No entanto, devido ao facto de várias componentes do balanço serem obtidas por estimativa, são necessárias abordagens que permitam o seu cálculo sistemático e uma avaliação da qualidade dos resultados com vista à redução das incertezas e a uma melhor avaliação da dimensão do problema. Este artigo analisa a incerteza das componentes do balanço hídrico, identifica alguns fatores que podem influenciar a qualidade da medição da água entrada e faz uma análise de sensibilidade ao indicador de perdas aparentes num conjunto de 22 entidades gestoras de sistemas de distribuição de água. Despite the high quality of service provided nowadays by drinking water supply systems in Portugal, the value of non-revenue water in drinking water distribution systems (DWDS) has been practically constant and with a poor service level in last years. The water balance is a standard for assessing system input volume, billed consumption and non-revenue water components in DWDS. Reliable quantification of non-revenue water components, for identification of the main problems, is an essential preliminary step in the definition of a plan for water loss and energy management in a medium-term horizon. However, because several components of the water balance are obtained by estimation, approaches are necessary to enable them to be systematically calculated and to evaluate the quality of results to reduce uncertainties and to better assess the water loss problems. This paper analyses the uncertainty associated with water balance components and the results of the apparent loss performance indicator in a set of 22 DWDS to establish reference values.

Utilização de bombas de rotação variável como instrumento de melhoria de eficiência energética

A operação de sistemas de abastecimento de água necessita frequentemente do funcionamento de bombas hidráulicas, que permitem a condução da água até o consumidor final. Bombear fluidos com máximo rendimento é um requisito fundamental em diversas áreas que utilizam bombas hidráulicas, pois diminuem os gastos com energia elétrica. Diante disso, motivou-se a realização deste trabalho, que objetiva fornecer condições de operacionalidade a sistemas de abastecimento de forma racional, com ênfase na otimização do custo energético, pela criação de um modelo computacional que atua de maneira acoplada ao simulador hidráulico EPANET. A ferramenta desenvolvida fundamenta-se na técnica meta-heurística Particle Swarm Optimization (PSO), tendo como variável de decisão a velocidade de rotação das bombas. Este método tem como objetivo a busca de estratégias operacionais com custo energético reduzido, recorrendo à avaliação do desempenho hidráulico de tais estratégias através do EPANET. Os resultados obtidos evidenciam a eficácia do PSO, tanto pelo encontro de melhores estratégias operacionais como pela redução do tempo computacional necessário para tal realização. Finalmente, realça-se que o desenvolvimento dessa metodologia contribui para o uso de modelos de otimização na operação de sistemas de abastecimento de água em tempo real. The operation of water supply systems often requires the operation of hydraulic pumps, which allow the conveyance of water to the final consumer. Pumping fluids at the best efficiency is a fundamental requirement in many areas using hydraulic pumps, as they reduce energy costs. Therefore, the objective of this work is to provide operational conditions to supply systems in a rational way, with emphasis on the optimization of energy cost, by the creation of a computational model that works in a way coupled with the EPANET hydraulic simulator. The tool developed is based on the meta-heuristic technique Particle Swarm Optimization (PSO), having as a decision variable the rotational speed of the pumps. This method carries out the search for operational strategies with reduced energy cost, while the evaluation of the hydraulic performance of such strategies is carried out in EPANET. Obtained results show the effectiveness of the PSO, both by the encounter of better operational strategies and by the reduction of the necessary computational time. Finally, the development of this methodology contributes to the use of optimization models in the operation of water supply systems in real time.

NOTA TÉCNICA Conservação de condutas. Medidas a adotar em situações de erosão hídrica

Com as alterações climáticas, há locais na Africa Austral onde a variação interanual da precipitação tem vindo a aumentar desde a década de 70 do século passado, afetando o território e consequentemente o aparecimento de zonas com ravinas, onde as infraestruturas ficam expostas e em risco de colapso. Obviamente que as causas não são apenas naturais. A falta de planeamento das Bacias Hidrográficas, os usos inapropriados do solo e desmatações sucessivas contribuem para o aumento do risco da erosão. No caso da Africa Austral, a zona Subtropical tem verificado esta situação, sendo adequado tomar medidas de minimização, de forma a não pôr em causa o serviço a prestar às comunidades. A melhor forma de prevenção é a monitorização das ravinas, sendo também adequado o recurso a medidas complementares, preferencialmente com vegetação autóctone apropriada para a estabilização de taludes. Por outro lado, na fase de conceção, é importante identificar as áreas com potencial risco de erosão, desenvolvendo o traçado em zonas consolidadas ou incluindo no projeto medidas de contenção ou minimização dos potenciais efeitos da erosão hídrica. Sobre a opção dos materiais e acessórios mais adequados, para manter a conduta em exploração, no caso de ficarem em suspensão, é essencial preverem-se juntas resistentes ao peso próprio contemplando o material e a água, bem como a flexibilidade para situações com vãos de dezenas de metros. Os casos de estudo apresentados abordam a generalidade do contexto do documento, ressalvando-se que os conceitos clássicos de resiliência, ou redundância, não são de todo aplicáveis. With climate change, there are places in Southern Africa where the inter-annual variation in precipitation has been increasing since the 1970s, affecting the territory and consequently the appearance of areas ravines, where the infrastructures are exposed and at risk of collapse. Obviously, the causes are not just natural. Lack of planning of river basins with inappropriate land use and successive deforestation contribute to the increased risk of erosion. In the case of Southern Africa, there is a strip between Ecuador and the Tropic of Capricorn, where this phenomenon has been detected and it is appropriate to take measures to prevent service failure to the communities. Ravine monitoring is the best preventive measure but complementary measures are also appropriate, preferably with autochthonous vegetation suitable for slope stabilization. On the other hand, it is important at the design stage to identify areas of potential erosion risk by developing the layout in consolidated zones or by including in the project measures to contain or minimize the potential effects of water erosion. Regarding the choice of the most suitable materials and accessories, to keep the pipeline in operation, if suspended, it is essential to foresee joints resistant to their own weight considering both the material and water, as well as the required pipe flexibility for free spans lengths by tens of meters. The case studies presented cover the general context of the document, stressing that the classic concepts of resilience, or redundancy, are not applicable at all.