As águas naturais são regularmente contaminadas pela descarga de efluentes de sistemas combinados de esgoto. Com a ajuda de um “gêmeo digital” (digital twin), a gestão dos sistemas de efluentes pode ser melhorada e a contaminação da água reduzida significativamente.
Produtos químicos, metais pesados, patógenos ou micro poluentes entram no sistema de esgoto das residências e da indústria. Se as estações de tratamento de efluentes não removem as substâncias nocivas da água, elas contaminam nossos ecossistemas aquáticos. Em muitas áreas urbanas e industriais, os efluentes são misturados com as águas pluviais em um sistema de esgoto combinado e alimentadas em uma estação de tratamento de efluentes. A partir daí, a água purificada é descarregada em um corpo de água próximo. Nas áreas urbanas, no entanto, o sistema de esgoto combinado às vezes atinge seus limites. Durante chuvas fortes, tanta água se acumula em um curto espaço de tempo que não pode mais penetrar no solo em grande parte asfaltado. É, portanto, descarregado através do sistema de esgoto para a estação de tratamento de efluentes, que, no entanto, tem apenas uma capacidade limitada. Caso a capacidade seja excedida, o excedente, composto por efluentes e águas pluviais, é lançado sem tratamento nos corpos d’água.
Se a capacidade das estações de tratamento de efluentes for excedida durante chuvas fortes, os efluentes devem ser lançados sem tratamento nos corpos d’água. (Foto: iStock)
Para capturar picos de escoamento e limitar o lançamento de efluentes em corpos d’água, os sistemas combinados de esgoto também consistem em construções de retenção e vertedouro. Além da estação de tratamento, esse sistema de efluentes também inclui bacias de águas pluviais e transbordamentos de águas pluviais. As bacias pluviais coletam o escoamento misto e o armazenam temporariamente, enquanto os transbordamentos de águas pluviais o descarregam diretamente nos corpos d’água. Essa infraestrutura com coletores, estações de tratamento de efluentes e construções de vertedouros é complexa e requer um alto nível de conhecimento técnico para um bom funcionamento. Diante do crescimento populacional, os municípios enfrentam um grande desafio se quiserem reduzir ainda mais a contaminação da água. As mudanças climáticas e o aumento associado de eventos extremos de precipitação tornam ainda maior esse desafio.
Para uma gestão dinâmica dos sistemas de saneamento
Muitos sistemas de saneamento são gerenciados estaticamente: as bacias de águas pluviais e o transbordamento de águas pluviais liberam água para os corpos de água a partir de valores limites fixos, independentemente das condições climáticas. Se as medições e previsões meteorológicas locais fossem incorporadas a gestão dinâmica, a infraestrutura existente poderia ser operada com muito mais eficiência e a contaminação dos corpos de água reduzida. O conceito do gêmeo digital torna possível esse gerenciamento dinâmico. O termo “gêmeo digital” vem do mundo da comunicação. Em tal sistema, os dados medidos em tempo real podem ser ligados ao sistema modelado, permitindo que os processos sejam simulados e o modelo melhorado. Isto também permite que a gestão do sistema real seja otimizada.
Como o conceito de gêmeo digital pode ser aplicado à gestão de sistemas de efluentes? Primeiro, o sistema de esgoto existente (o objeto original) é replicado em um modelo de simulação (a cópia digital ou gêmea). Posteriormente, dados de medições em tempo real de fluxos de efluentes e escoamento, bem como quantidades de precipitação, são inseridos no modelo para melhorar o gerenciamento do sistema real e otimizar o gerenciamento dinâmico do sistema. O modelo de simulação é baseado no software RS URBAN, uma adaptação do software “Routing System” originalmente desenvolvido na EPFL. Este modelo de simulação permite combinar a modelagem hidrológica e hidráulica de sistemas urbanos com a modelagem em áreas de captação natural e rios.
O gêmeo digital do sistema de efluentes em St Chamond (França)
A cidade de St. Chamond, na região do Loire, foi um dos primeiros municípios da França a optar pela introdução de um gêmeo digital para gerenciar sua rede de saneamento. St. Chamond possui 36.000 habitantes e uma grande área industrial. O terreno em mais de 71 por cento da área municipal encontra-se impermeabilizado. O rio Gier, que atravessa a cidade, corre no subsolo por longos trechos antes de desaguar no Rhône em Givors. Sua área de captação abrange 403 quilômetros quadrados. A rede de saneamento em St Chamond consiste em uma estação de tratamento de esgoto e várias construções de vertedouros. Estes incluem a bacia de extravasamento de águas pluviais de Terrenoire, transbordamento de águas pluviais laterais de Wilson e outros transbordamentos de águas pluviais que não são afetados pela regulamentação da bacia de águas pluviais.
O sistema de efluentes da cidade de Saint-Chamond, na região do Loire, na França. (Gráfico: Autores)
A empresa que opera o sistema de efluentes em St. Chamond, Veolia Eau France, contratou a empresa suíça Hydrique Ingénieurs para desenvolver um gêmeo digital do sistema de drenagem. Isso significa que os operadores agora podem gerenciar dinamicamente seu sistema de efluentes, adaptando-o às condições climáticas locais e à produção de efluentes. Assim, a capacidade de retenção da bacia de transbordamento de águas pluviais de Terrenoire pôde ser otimizada e o sistema de regulação da estação de tratamento de efluentes automatizado. Frédéric Jordan, diretor administrativo da Hydrique Ingénieurs, está satisfeito com o resultado: “Em 2020, conseguimos reduzir as descargas de água não tratada no rio Gier em 17% no geral e reduzir as descargas de sólidos suspensos e amônia (NH4) em 20% e 34%, respectivamente. Em 2021, as descargas de água não tratada foram reduzidas em até 29%”. Os primeiros resultados foram muito promissores. No entanto, segundo Frédéric Jordan, o potencial de melhorias está longe de se esgotar. Graças ao gêmeo digital, a infraestrutura existente pode ser usada de forma mais eficiente, pois o modelo pode ser aprimorado ainda mais pelos dados locais medidos em tempo real.
Em Saint-Chamond, a quantidade de efluentes não tratados que precisavam ser despejadas em corpos d’água foi reduzida em 29%, levando em consideração as previsões meteorológicas locais. (Figura: Autores)
Fonte: Eawag (Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology) e Manuela di Giulio para a Info Day Magazine 2022
Adaptado por Digital Water
