Avaliação de um sistema de lamas activadas através de análise de imagem e técnicas quimiométricas

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia BiológicaO principal objectivo desta tese é elaborar uma ferramenta capaz de ditar medidas correctivas, em tempo quase real, para sistemas de lamas activadas. A partir de uma instalação laboratorial, procedeu-se à determinação de parâmetros físico-químicos e morfológicos. Estes últimos através de técnicas de análise de imagem, com o intuito de correlacionar os mesmos através de técnicas quimiométricas, de forma a obter a proximidade de cada parâmetro entre si. Os parâmetros físico-químicos adquiridos foram o Índice Volumétrico de Lamas, Sólidos Suspensos Totais, Sólidos Suspensos Voláteis, Amónio, Nitrato, Nitrito e CQO. Os parâmetros morfológicos foram seleccionados de forma a obter o tamanho, distribuição e configuração anatómica dos agregados e quantificação de filamentos. Durante o período de investigação ocorreu uma proliferação de filamentos, que incidiu em bulking filamentoso. Na parte final ainda se verificou a ausência de actividade por parte dos microrganismos responsáveis pela nitrificação. As técnicas quimiométricas utilizadas foram a Análise de Componentes Principais e regressão Mínimos Quadrados Parciais. As principais conclusões, da selecção das variáveis com melhor correlação, centraram-se na triagem do Índice Volumétrico de Lamas para descrever a parte físico-química, na medida em que apresentou uma melhor relação com os parâmetros morfológicos. Os parâmetros morfológicos que se destacaram na compatibilidade com o Índice Volumétrico de Lamas foram o Comprimento Total de Filamentos, a razão entre o Comprimento Total de Filamentos pela Área Total, a Área em Percentagem e a Compacidade. A análise à variação destes parâmetros é capaz de prever, não só a evolução do Índice Volumétrico de Lamas, mas também detectar provável bulking filamentoso ou viscoso, assim como descrever a configuração dos agregados microbianos num sistema de lamas activadas.The main objective of this thesis is to develop a tool to dictate corrective measures in near real time for activated sludge systems. A lab scale installation was used for the determination of physico-chemical and morphological parameters, the latter through image analysis techniques, to correlate them by means of chemometric techniques in order to obtain relations between each parameter. The parameters studied were Sludge Volumetric Index, Total Suspended Solids, Volatile Suspended Solids, Ammonium, Nitrate, Nitrite, and COD. The selected morphological parameters allowed determining the size, the distribution and the anatomical configuration of aggregates, and the quantification of aggregates and filaments. Proliferation of filamentous bulking occurred and in final part of the investigation a lack of activity of the microorganisms responsible for nitrification was still noticeable. Principal Component Analysis and Partial Least Squares regression were used as chemometric techniques. Regarding the selection of variables with the highest correlation Sludge Volumetric Index was used to describe the physico-chemical parameters, since it showed a better relationship with the morphological parameters. The main morphological parameters used with respect to the Sludge Volumetric Index were the Total Length of Filaments, the ratio between the Total Length of Filaments by Total Area, Area Percent and Compactness. The analysis of the variation of these parameters can predict not only the evolution of the Sludge Volume Index, but also detect probable filamentous or viscous bulking and describe the form of microbial aggregates in the activated sludge system