Simulação numérica aplicada ao tratamento de efluentes

A existência de estações de tratamentos de águas residuais (ETAR) é, nos dias de hoje, fundamental na medida em que permite, reduzir a poluição ambiental associada às águas e, também, a reutilização da água tratada para diversos fins. A constante necessidade de cumprir os limites de descargas nos meios recetores conduziu a um melhoramento nas técnicas e processos de tratamento de efluentes, nomeadamente, nos processos biológicos. O processo por lamas ativadas é um processo amplamente utilizado para a remoção de poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, pelo que um estudo mais intensivo sobre estes tratamentos resultou na publicação de uma série de conceitos e pressupostos, através de modelos numéricos. A modelação numérica de processos de tratamento de águas residuais e a utilização de ferramentas de simulação numérica têm sido largamente utilizadas, a nível mundial, por exemplo em investigação, desenvolvimento de processos, atividade de consultoria e igualmente por entidades reguladoras, na medida em que os auxiliam no planeamento, dimensionamento e análise do comportamento de infraestruturas de tratamento. No presente trabalho, recorreu-se ao software de simulação GPS-X (versão 6.0) para implementar o esquema de tratamento da ETAR de Beirolas. O objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de modelos numéricos na simulação de unidades de tratamento de efluentes e avaliar a resposta dos diferentes modelos, assim como a influência na alteração de características das águas afluentes no comportamento dos modelos. Os resultados obtidos permitiram concluir que os modelos numéricos podem ser utilizados para prever a resposta dos sistemas biológicos e as suas perturbações. Conclui-se ainda que o comportamento, dos modelos estudados (ASM1, ASM2d, ASM3 e mantis), é semelhante, contudo deve-se referir que devido à complexidade do modelo e a falta de informação experimental sobre as características do efluente, não permitiram efetuar uma completa caracterização e calibração do caso de estudo, e toda a informação disponível sobre as características físico-químicas da água foram baseadas em estimativas de concentrações de carências de oxigénio e sólidos suspensos.

Scaling law in Saddle-node bifurcations for one-dimensional maps: A complex variable approach

The study of transient dynamical phenomena near bifurcation thresholds has attracted the interest of many researchers due to the relevance of bifurcations in different physical or biological systems. In the context of saddle-node bifurcations, where two or more fixed points collide annihilating each other, it is known that the dynamics can suffer the so-called delayed transition. This phenomenon emerges when the system spends a lot of time before reaching the remaining stable equilibrium, found after the bifurcation, because of the presence of a saddle-remnant in phase space. Some works have analytically tackled this phenomenon, especially in time-continuous dynamical systems, showing that the time delay, tau, scales according to an inverse square-root power law, tau similar to (mu-mu (c) )(-1/2), as the bifurcation parameter mu, is driven further away from its critical value, mu (c) . In this work, we first characterize analytically this scaling law using complex variable techniques for a family of one-dimensional maps, called the normal form for the saddle-node bifurcation. We then apply our general analytic results to a single-species ecological model with harvesting given by a unimodal map, characterizing the delayed transition and the scaling law arising due to the constant of harvesting. For both analyzed systems, we show that the numerical results are in perfect agreement with the analytical solutions we are providing. The procedure presented in this work can be used to characterize the scaling laws of one-dimensional discrete dynamical systems with saddle-node bifurcations.

Comparison of inverse planning systems based on biological or physical factors: Pinnacle®, Corvus® and Monaco®

Radiotherapy (RT) is one of the most important approaches in the treatment of cancer and its performance can be improved in three different ways: through the optimization of the dose distribution, by the use of different irradiation techniques or through the study of radiobiological initiatives. The first is purely physical because is related to the physical dose distributiuon. The others are purely radiobiological because they increase the differential effect between the tumour and the health tissues. The Treatment Planning Systems (TPS) are used in RT to create dose distributions with the purpose to maximize the tumoral control and minimize the complications in the healthy tissues. The inverse planning uses dose optimization techniques that satisfy the criteria specified by the user, regarding the target and the organs at risk (OAR’s). The dose optimization is possible through the analysis of dose-volume histograms (DVH) and with the use of computed tomography, magnetic resonance and other digital image techniques.