Control y Operación de Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales: Modelado y Simulación

Abstract

ResumenEste trabajo constituye la primera parte de una revisión de la problemática del control y operación de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) para el tratamiento de agua residual urbana. En esta primera parte nos centramos en el modelado y simulación mientras que la segunda parte se dedica en exclusiva al control y operación. Esta depuración se realiza, mayoritariamente, mediante procesos biológicos, concretamente, mediante el denominado proceso de fangos activados. El hecho de tratar con un proceso biológico conlleva una elevada complejidad tanto desde el punto de vista de modelado como, por supuesto, de control y operación. Para poder ubicar convenientemente el problema, se presenta una caracterización de las aguas residuales urbanas y las necesidades de depuración asociadas. El control y operación descansan en gran medida en la disponibilidad de modelos apropiados y, ya hoy en día, de una elevada fiabilidad. Se presentan los modelos de la familia ASM; poniendo especialénfasis en el ASM1 que se describe en más detalle; así como las características de otras unidades de proceso como el decantador y su interconexión. En estos modelos destacan los entornos BSM de benchmarking, que han sido esenciales para todo el posterior desarrollo en la actividad de control y operación. Palabras Clave:Estaciones depuradoras de aguas residuales; proceso de fangos activados; benchmarking IntroducciónDisponer de agua de calidad es esencial para la salud humana, la protección del medio ambiente y el desarrollo económico. En los países industrializados el tratamiento de aguas residuales se ha convertido en un requisito indispensable para mantener la calidad del agua en condicionesóptimas. Por ello, la depuración de las aguas residuales se convierte en necesidad ineludible. La depuración de agua se refiere al tratamiento o adecuación del agua residual previo a su vertido.El agua residual es producto de la actividad humana. Es recogida por una red de alcantarillado y transportada a una estación depuradora de aguas residuales (EDAR), donde es tratada en función de la capacidad de la planta para posteriormente ser vertida a un medio receptor. Existen diferentes sistemas para la depuración de aguas residuales, aunque se pueden catalogar en base a dos grandes estrategias de depuración: una, por procesos fisicoquímicos y otra, por procesos biológicos. Por lo común, * Autor en correspondencia Correos electrónicos: Ramon.Vilanova@uab.cat (Ramon Vilanova ), Ignacio.Santin@uabcat (Ignacio Santín), Carles.Pedret@uab.cat (Carles Pedret) las aguas residuales industriales suelen tratarse por métodos fisicoquímicos, mientras que las aguas domésticas o urbanas por procesos biológicos. Estos procesos biológicos no son más que una versión tecnológica de los procesos de autodepuración que se desarrollan de manera natural en los cauces de agua. Efectivamente, al arrojar sustancias al agua por debajo de ciertas concentraciones límite, se inicia un proceso de autodepuración, debido a diversos microorganismos. Estos microorganismos des...

Optimal Control of Wastewater Treatment Plants Using Economic-Oriented Model Predictive Dynamic Strategies

“…No biological reaction is considered in the settler. The two models are internationally accepted and include 13 state variables [28]. The full mathematical model, the physical parameters and performance indices can be found in [22].…”

“…The use of the complete BSM1 as a non-linear model for prediction would suppose an excessive computational burden, as well as the unrealistic situation where the process is modeled perfectly and all the state variables are accessible. Therefore, in this work, it is proposed to use a reduced version of the BSM1 as the model for prediction [28]. This reduced model introduces simplifications at two levels: layout and biological processes.…”

LSTM-Based Wastewater Treatment Plants Operation Strategies for Effluent Quality Improvement

“…These actuations are focused on reducing the pollutant concentrations and consequently their violations. For instance, violations of S NH ,e and S Ntot,e , since the former is toxic for the aquatic life and the latter is a limiting nutrient that causes eutrophication [18], [19]. Phosphorus is not considered in this work since it is based on BSM2 which only implements ASM1 models.…”

Optimización de Parámetros Utilizando los Métodos de Monte Carlo y Algoritmos Evolutivos. Aplicación a un Controlador de Seguimiento de Trayectoria en Sistemas no Lineales

“…Estos procesos, permiten obtener una gran variedad de productos, como proteínas recombinantes, antibióticos, fármacos, alimentos, etc., e incluso, reemplazar procesos tradicionales de la industria química, logrando reducir gastos energéticos y problemas ambientales, generando compuestos biodegradables a partir de materias primas renovables (Rocha et al, 2014). Sin embargo, al trabajar con organismos vivos aumenta la complejidad del modelado, optimización y control (Vilanova et al, 2017).…”