Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Digestive and functional properties of a partially hydrolyzed cassava solid waste with high insoluble fiber concentration

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Diagnóstico e avaliação das áreas de destino final dos resíduos sólidos urbanos no estado do rio grande do norte

This work aims to present the diagnosis and the evaluation of areas of final destination of urban solid waste in Rio Grande do Norte (RN) state. The survey was based on the experience of the State of São Paulo, which made its first inventory in 1997, through its Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental CETESB. The methodology for the structuring of diagnosis was the Índice de Qualidade de Aterros de Resíduo -- IQR, developed by the Institute for Technological Research of São Paulo (ITRP). The calculation is based on the completion of a matrix that contains information about the main features of the site, infrastructure and operating conditions of the area of waste disposal. This study intends to subsidize the state government of Rio Grande do Norte through its State Secretariat of Environment and Water Resources and the Instituto de Desenvolvimento Sustentável e Meio Ambiente do RN (IDEMA), as well as federal, state and municipal authorities, in the definition of public policies for integrated management of municipal solid wastes to take account of environmental preservation and improvement of sanitary conditions of Natal-RN population.

Gestão de resíduos sólidos: um estudo da conscientização ambiental em uma cidade do Brasil

The present study inserts on the international environmental thematic, approaching the integrated management of solid waste and the participation of the social actors in the search of the sustainable development. The awareness in combining it still describes a Selective Collection Program SCP of solid waste, in partnership with the municipal public power, in the development of joint actions that result in better alternatives of waste management in the urban centers, providing better life quality for the population and conservation of the environment. The aim of this research is to study problematic of the management of solid waste under the point of view of the environmental awareness and the participation of the population in a city of Brazil. In this matter, the target of the work is focusing on the strategy of solid waste management, through the attitudes and the respondents behaviors to aid in the making decision of the public manager related to the implantation of a selective collection program in Natal/RN. The methodology used in this work constitutes in the application of a questionnaire with scales of the type Likert being constituted of variables that compose the aspects of attitudes and of behaviors, besides a social-demographic scale. For analysis statistics is used the Pearson s Chi-Square Method in order to verify the dependence of the associations between the social-demographic variables and the attitude and the behavior ones. The results appear for a larger participation in a SCP, since this provides a better quality of life of the population (28,3 %), followed for offering a financial advantage (27,3%). Other results indicate the existence of the variables that exercise influence on the environmental awareness of the population to its demographic aspects

Case study: a 3D resistivity and induced polarization imaging from downstream a waste disposal site in Brazil

A contaminated site from a downstream municipal solid waste disposal site in Brazil was investigated by using a 3D resistivity and induced polarization (IP) imaging technique. This investigation purpose was to detect and delineate contamination plume produced by wastes. The area was selected based on previous geophysical investigations, and chemical analyses carried out in the site, indicating the presence of a contamination plume in the area. Resistivity model has successfully imaged waste presence (rho < 20 Omega m), water table depth, and groundwater flow direction. A conductive anomaly (rho < 20 Omega m) outside wastes placement was interpreted as a contamination plume. Chargeability model was also able to imaging waste presence (m > 31 mV/V), water table depth, and groundwater flow direction. A higher chargeability zone (m > 31 mV/V) outside wastes placement and following conductive anomaly was interpreted as a contamination plume. Normalized chargeability (MN = m/rho) confirmed polarizable zone, which could be an effect of a salinity increase (contamination plume), and the clay presence in the environment.

Similitudes na gestão dos resíduos sólidos urbanos em países centrais e periféricos

A emergência na necessidade de se manejar os resíduos sólidos urbanos leva as administrações públicas em países centrais e periféricos a utilizarem modelos de gestão de resíduos bastante similares. A gestão dos resíduos nos países centrais é caracterizada pela eficiência na execução dos serviços (limpeza, coleta, transporte e destino final), uso de aparatos tecnológicos na execução de ditos serviços e forte tradição na separação dos materiais recicláveis a ser destinados para a reciclagem. Nos países periféricos, a gestão tradicional (coletar e descartar resíduos em lixões à céu aberto) vem sendo substituída pela gestão moderna, sobressaindo-se o controle dos resíduos em detrimento das estratégias de prevenção. Também, destaca-se a presença de trabalhadores informais que coletam e separam materiais, destinando-os à reciclagem. A partir do levantamento à referência bibliográfica especializada e na consulta a documentos oficiais e produzidos por entidades diversas, o presente artigo analisa as similitudes na gestão dos resíduos sólidos em países centrais e periféricos. A busca pela modernização nos serviços dos resíduos sem levar em conta as recomendações de documentos como a Agenda 21 caracteriza a gestão dos resíduos em países centrais e periféricos pelo ambientalismo econômico, no qual as ações de controle dos resíduos são justificadas pelos aspectos ambientais e sociais dessa gestão

Sustainable Development in Latin America and the Caribbean: Trends, Progress, and Challenges in Sustainable Consumption and Production, Mining, Transport, Chemicals and Waste Management

Includes bibliography

Monitoramento temporal da pluma de contaminação no aterro de resíduos urbanos de Rio Claro (SP) por meio do método geofísico da eletrorresistividade

Several factors have contributed to the increase the world production of urban solid waste, resulting in difficulties to the correct management and the final environmentally appropriate disposal, in addition to causing serious socio-economic, environmental, and public health troubles. The soil and groundwater contamination by leachate in waste disposal sites is almost always present, leveraging the emergence and/or adaptation of methodologies for environmental assessment of these areas. The geophysical methods, especially the electrical resistivity method, are fast, reliable and low-cost alternative for this purpose. This paper reports the methodology adopted for the temporal monitoring of the plume of contamination of controlled landfill in the municipality of Rio Claro (SP). Electrical resistivity data were obtained in 1999 and 2008, by the resistivity method, using the techniques of vertical electrical sounding and electrical profile. In both years, similar tests were carried out in the same locations within the disposal area. The results indicated that the plume of contamination has resistivity values less than or equal to 50 ohm.m and moves guided by 2 flows: the main, to the southeast, and the secondary, to the west. Relatively to the first series of tests in 1999, the plume of contamination was higher and deeper in 2008, contrary to what was expected for a landfill deactivated for at least 10 years.