Desarrollo y aplicación de estrategias de control avanzado en procesos biológicos de tratamiento de efluentes contaminados

En este proyecto se ha desarrollado estrategias de control avanzadas para plantas de depuración de aguas residuales urbanas que eliminan conjuntamente materia orgánica, nitrógeno y fósforo. Las estrategias se han basado en el estudio multivariable del comportamiento del sistema, que ha producido subsidios para la utilización de lazos de control feedforward, de control predictivo y de un control de costes que automáticamente enviaba las consignas más adecuadas para los controladores de proceso. Para el desarrollo de las estrategias, se ha creado un sistema virtual de simulación (simulador) de plantas de depuradoras, basado en datos de literatura. Para el caso de una planta real, se ha desarrollado un simulador de la planta de Manresa (Catalunya). Sin embargo, el sistema de Manresa se ha utilizado exclusivamente para auxiliar los ingenieros de la planta en la tomada de decisiones de cambio de configuración para que la eliminación de fósforo se dé por la ruta biológica y no por la ruta química. La implementación de los simuladores ha permitido hacer muchas pruebas que en una planta real demandarían mucho tiempo y consumirían muchos recursos energéticos y financieros. Las estrategias de control más elaboradas han podido ahorrar hasta 150.000,00 Euros por año en relación a la operación de la planta sin el control automático. Cuanto a los estudios del modelo de la planta real, se concluyó que la eliminación biológica de fósforo puede sustituir el actual proceso químico de eliminación de fósforo, bajando los costes operacionales (costes del agente precipitante).

Advanced control strategies for wastewater treatment plants (WWTP) were developed in this project. The main process is focused on simultaneous removal processes of organic matter, nitrogen and phosphorus. The developed control strategies were based on the study of the dynamic and stationary system behaviour which provided enough information for implementing feedforward control loops, predictive control and a cost control. The cost control, which is placed on the top of the process control hierarchy, sent automatically the most suitable setpoints to the process controllers (lower process control level). All the control strategies were tested in a virtual simulation system of WWTP built based on literature data. For real facilities, it was developed a simulator of WWTP of Manresa. Nevertheless, the model of the real facility was only used for assisting engineers about decisions of changing the plant configuration, in order to improve the phosphorus removal process and not for process control in fact. In this case, the results obtained in the present project technically proved that the biological phosphorus removal can substitute the current chemical phosphorus removal process, decreasing the operating costs. The implementation of plant simulators allowed save time and financial resources doing experiments which will increase operating costs if they had been performed in a real WWTP. For the case of the virtual simulator of WWTP, the most complex control strategies could save around 150.000 Euros per year compared to the open loop operation (without automatic control).