Dissertação
{en_GB=Optimizing Wastewater Network Design for Sustainable Water Reuse in Agriculture} {} EVALUATED
{pt=A escassez de água é um problema que afeta milhões de pessoas e tende a agravar-se com o crescimento populacional, alterações climáticas e crescente procura por água. Atividades agrícolas dependem intensamente deste recurso, sendo responsável por aproximadamente 70% do consumo global. Assim, a reutilização de águas residuais para irrigação agrícola tem sido explorada como uma alternativa sustentável e segura para suprir essas necessidades hídricas. Este trabalho apresenta um modelo multiobjetivo de programação linear para apoio à gestão de sistemas de saneamento de águas residuais urbanas, aplicado no sistema do grupo Águas do Algarve. Inclui uma abordagem estocástica para testar a incerteza na procura. Os três pilares da sustentabilidade, económico, social e ambiental, são integrados nas funções objetivo: maximização do NPV, maximização do volume de água para reutilização (ApR) e minimização das emissões de GEE nas operações de tratamento. As decisões envolvem o número de ETARs operacionais, a área de painéis solares a instalar, e a alocação entre ETARs e campos agrícolas e respetivo volume de ApR transportado. Para a otimização multiobjetivo, o método ɛ-constraint foi empregue. Concluiu-se que a reutilização de água residual é economicamente benéfica e que a reestruturação da rede melhora todos os objetivos. Permitiu obter um NPV máximo de 43.63M €, enquanto reutiliza 120.80M m3 de ApR, satisfazendo 76.03% das necessidades agrícolas totais. Verificou-se também que, embora a produção energética dos painéis solares reduza as emissões de GEE e os custos de tratamento em até 11.86% e 25.72%, respetivamente, não é suficiente para atingir a autossuficiência energética., en=Water scarcity is a global issue affecting millions, and is expected to worsen with population growth, climate change, and increasing water demand. Agriculture, responsible for approximately 70% of global water use, relies heavily on this resource. Consequently, treated wastewater reuse for agricultural irrigation has emerged as a safe and sustainable alternative to meet these water needs. This work presents a multi-objective linear programming model to support urban wastewater management, applied to the Águas do Algarve system. A stochastic approach was included to address demand uncertainty. The three sustainability pillars, economic, social, and environmental, are incorporated in the objective functions: maximizing NPV, maximizing the volume of water for reuse (WfR), and minimizing GHG emissions during treatment operation. Key decisions include the number of operational WWTPs, solar panel installation areas, and allocations between WWTPs and agricultural fields, along with WfR volume transported. For multi-objective optimization, the ɛ-constraint method was employed. The results obtained indicate that wastewater reuse is economically beneficial, and network restructuring enhances all objectives. It enabled the achievement of a maximum NPV equal to 43.63M € while supplying 120.80M m3 of WfR, satisfying 76.03% of total irrigation needs. Additionally, while solar energy production reduces GHG emissions and treatment costs by up to 11.86% and 25.72%, respectively, it remains insufficient to achieve full energy self-sufficiency in the WWTPs.}
dezembro 2, 2024, 15:15
Orientação
