Supervisory systems in waste water treatment plants: sistematise their implementation

La implantació de Sistemes de Suport a la presa de Decisions (SSD) en Estacions Depuradores d'Aigües Residuals Urbanes (EDAR) facilita l'aplicació de tècniques més eficients basades en el coneixement per a la gestió del procés, assegurant la qualitat de l'aigua de sortida tot minimitzant el cost ambiental de la seva explotació. Els sistemes basats en el coneixement es caracteritzen per la seva capacitat de treballar amb dominis molt poc estructurats, i gran part de la informació rellevant de tipus qualitatiu i/o incerta. Precisament aquests són els trets característics que es poden trobar en els sistemes biològics de depuració, i en conseqüència en una EDAR. No obstant, l'elevada complexitat dels SSD fa molt costós el seu disseny, desenvolupament i aplicació en planta real, pel que resulta determinant la generació d'un protocol que faciliti la seva exportació a EDARs de tecnologia similar. L'objectiu del present treball de Tesi és precisament el desenvolupament d'un protocol que faciliti l'exportació sistemàtica de SSD i l'aprofitament del coneixement del procés prèviament adquirit. El treball es desenvolupa en base al cas d'estudi resultant de l'exportació a l'EDAR Montornès del prototipus original de SSD implementat a l'EDAR Granollers. Aquest SSD integra dos tipus de sistemes basats en el coneixement, concretament els sistemes basats en regles (els quals són programes informàtics que emulen el raonament humà i la seva capacitat de solucionar problemes utilitzant les mateixes fonts d'informació) i els sistemes de raonament basats en casos (els quals són programes informàtics basats en el coneixement que volen solucionar les situacions anormals que pateix la planta en el moment actual mitjançant el record de l'acció efectuada en una situació passada similar). El treball està estructurat en diferents capítols, en el primer dels quals, el lector s'introdueix en el món dels sistemes de suport a la decisió i en el domini de la depuració d'aigües. Seguidament es fixen els objectius i es descriuen els materials i mètodes utilitzats. A continuació es presenta el prototipus de SSD desenvolupat per la EDAR Granollers. Una vegada el prototipus ha estat presentat es descriu el primer protocol plantejat pel mateix autor de la Tesi en el seu Treball de Recerca. A continuació es presenten els resultats obtinguts en l'aplicació pràctica del protocol per generar un nou SSD, per una planta depuradora diferent, partint del prototipus. L'aplicació pràctica del protocol permet l'evolució del mateix cap a un millor pla d'exportació. Finalment, es pot concloure que el nou protocol redueix el temps necessari per realitzar el procés d'exportació, tot i que el nombre de passos necessaris ha augmentat, la qual cosa significa que el nou protocol és més sistemàtic.

Eliminación de compuestos causantes de olores mediante adsorbentes/catalizadores obtenidos a partir de lodos de depuradora

El aumento de la cantidad de lodos y las dificultades inherentes a su aplicación agrícola y/o disposición en vertederos, hace necesario encontrar nuevas alternativas para su gestión. A nivel europeo, hoy en día se tiende hacia la aplicación de tratamientos térmicos (incineración, pirólisis y gasificación) que permiten una valoración energética de los lodos, si bien generan un residuo sólido que sigue siendo necesario gestionar. El problema medioambiental provocado por (malos) olores resulta difícil de abordar de una manera genérica, teniendo en consideración la propia naturaleza del olor y sus posibles causas. Los olores en las EDARs son provocados básicamente por la degradación de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas y se detectan en todas las operaciones unitarias en diferentes niveles de concentración. Esta tesis incidiendo en ambos aspectos, tiene por objeto investigar la valorización de lodos como materiales precursores de adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de olores en el entorno de las EDARs, maximizando la reutilización de los lodos. Para la realización de los experimentos se han seleccionado lodos procedentes de tres EDARs situadas en la región de Girona (SC, SB, SL) que difieren en cuanto al tratamiento de los lodos. Ambas muestras han sido caracterizadas con el fin de determinar las diferencias más importantes en los lodos de partida. Los parámetros de caracterización incluyen el análisis de composición química (análisis elemental e inmediato, determinación contenido en cenizas, medida pH, DRX, FT-IR, SEM / EDX) así como análisis de superficie (adsorción de N2 y CO2). En primer lugar los lodos caracterizados han sido sometidos a diferentes tratamientos térmicos de gasificación y pirólisis y los adsorbentes/ catalizadores obtenidos se han probado como adsorbentes para la eliminación de H2S. Como consecuencia de este estudio, se ha desechado el uso de uno de lodos (SC) puesto que se obtenían resultados muy similares a (SB), a continuación el estudio se centró en el lodo de SL. Con este objetivo se han preparado 12 muestras 6 de ellas pirolizadas y 6 gasificadas en el rango de temperaturas que comprende 600-1100 ºC. Posteriormente las muestras han sido caracterizadas y se ha determinado la capacidad de eliminación (x/M) del H2S. Los resultados muestran que hemos sido capaces de obtener unos materiales que si bien, presentan un bajo desarrollo de porosidad dan lugar a valores de capacidades de eliminación elevados y comparables a carbones y materiales adsorbentes comerciales (Centaur, Sorbalit). Las elevadas eficiencias de eliminación se atribuyen básicamente a la presencia de especies catalíticamente activas tales como los óxidos mixtos de calcio y hierro determinados por DRX en las muestras tratadas térmicamente. El segundo bloque de resultados se centra la mejora de las propiedades texturales de estos materiales adsorbentes. Con este objetivo se llevaron acabo procesos de activación física con CO2 y química con H3PO4 e hidróxidos alcalinos (NaOH y KOH), que hasta el momento no se había probado con este tipo de precursores. Los resultados indican que la activación física (CO2) y química (H3PO4) no son unos buenos métodos para la obtención de adsorbentes altamente porosos con este tipo de materia prima bajo las condiciones probadas, sin embargo la activación con hidróxidos alcalinos da lugar a materiales adsorbentes con superficies específicas de hasta 1600 m2g-1. En el caso de la activación con hidróxidos, tanto el incremento de la relación agente activante/ precursor como el incremento de la temperatura producen un descenso del rendimiento, al mismo tiempo que incrementan el valor de SBET. Los materiales resultantes de la activación con hidróxidos alcalinos se han probado como adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de H2S. Los resultados indican que un incremento del área superficial no es indicativo de un aumento de la capacidad de eliminación dada la naturaleza ácida de estos materiales obtenidos. Con el fin de contrarrestar el efecto ácido de estos materiales se han realizado los mismos ensayos añadiendo NaOH al lecho de reacción llegando a valores de x/M de hasta 450 mgg-1. Posteriormente también se han realizado ensayos de eliminación de NH3 con algunas de estas muestras, y los resultados obtenidos de x/M son del orden de carbones activados comerciales. Los materiales adsorbentes obtenidos tras la activación con hidróxidos alcalinos se convierten en materiales muy atractivos para ser utilizados como adsorbentes/ catalizadores de múltiples contaminantes (COVs, Hg...).

Fe-sulphate-rich evaporative mineral precipitates from the Rio Tinto, southwest Spain

The soluble metal sulphate salts melanterite, rozenite, rhomboclase, szornolnokite, copiapite, coquimbite, hexahydrite and halotrichite, together with gypsum, have been identified, some for the first time oil the banks of the Rio Tinto, SW Spain. Secondary Fe-sulphate minerals call form directly from evaporating acid, sulphate-rich Solutions as a result of pyrite oxidation. Chemical analyses of mixtures of these salt minerals indicate concentrations of Fe (up to 31 wt.%), Mg (up to 4 wt.%), Cu (up to 2 wt.%) and Zn (up to wt.%). These minerals are shown to act as transient storage Cor metals and can store on average up to 10% (9.5 - 11%) and 22% (20-23%) Zn and Cu respectively, of the total discharge of the Rio Tinto during the summer period. Melanterite and rozenite precipitates at Rio Tinto are only found in association with very acidic drainage waters (pH <1.0) draining directly from pyritic waste piles. Copiapite precipitates abundantly oil the banks of the Rio Tinto by (1) direct evaporation of the river water; or (2) as part of a paragenetic sequence with the inclusion of minor halotrichite, indicating natural dehydration and decomposition. The natural occurrences are comparable with the process of paragenesis from the evaporation of Rio Tinto river water under laboratory experiments resulting in the formation of aluminocopiapite, halotrichite, coquimbite, voltaite and gypsum.

Displacement of Zn through acidic light-textured soils

In order to gain understanding of the movement of pollutant metals in soil. the chemical mechanisms involved in the transport of zinc were studied. The displacement of zinc through mixtures of sand and cation exchange resin was measured to validate the methods used for soil. With cation exchange capacities of 2.5 and 5.0 cmol(c) kg(-1). 5.6 and 8.4 pore volumes of 10 mM CaCl2, respectively, were required to displace a pulse of ZnCl2. A simple Burns-type model (Wineglass) using an adsorption coefficient (K-d) determined by fitting a straight line relationship to an adsorption isotherm gave a good fit to the data (K-d=0.73 and 1.29 ml g(-1), respectively). Surface and subsurface samples of an acidic sandy loam (organic matter 4.7 and 1.0%. cation exchange capacity (CEC) 11.8 and 6.1 cmol(c) kg(-1) respectively) were leached with 10 mM calcium chloride. nitrate and perchlorate. With chloride. the zinc pulse was displaced after 25 and 5 pore volumes, respectively. The Kd values were 6.1 and 2.0 ml g(-1). but are based on linear relationships fitted to isotherms which are both curved and show hysteresis. Thus. a simple model has limited value although it does give a general indication of rate of displacement. Leaching with chloride and perchlorate gave similar displacement and Kd values, but slower movement occurred with nitrate in both soil samples (35 and 7 pore volumes, respectively) which reflected higher Kd values when the isotherms were measured using this anion (7.7 and 2.8 ml g(-1) respectively). Although pH values were a little hi-her with nitrate in the leachates, the differences were insufficient to suggest that this increased the CEC enough to cause the delay. No increases in pH occurred with nitrate in the isotherm experiments. Geochem was used to calculate the proportions of Zn complexed with the three anions and with fulvic acid determined from measurements of dissolved organic matter. In all cases, more than 91% of the Zn was present as Zn2+ and there were only minor differences between the anions. Thus, there is an unexplained factor associated with the greater adsorption of Zn in the presence of nitrate. Because as little as five pore volumes of solution displaced Zn through the subsurface soil, contamination of ground waters may be a hazard where Zn is entering a light-textured soil, particularly where soil salinity is increased. Reductions in organic matter content due to cultivation will increase the hazard. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of pH on the development of acidic sites in clayey and sandy loam Oxisol from the Cerrado Region, Brazil

Titration curves were determined for soil from horizon samples of a clayey and a sandy loam Oxisol by (a) adding NaOH to soil suspensions and (b) incubating moist soils with Ca(OH)(2). The organic fraction was primarily responsible for buffering in both soils. Humic acids were more important than fulvic acids in buffering against NaOH additions. With Ca(OH)(2), greater buffer capacities were found due to carboxyl sites, primarily on fulvic acids, becoming complexed with Ca2+ so that in the clay soil humic and fulvic acids were equally important as buffering components while fulvic acids were more important in the sandy loam soil. The buffer capacity of organic matter against Ca(OH)(2) additions was 1.1 mol(c) kg(-1) pH(-1). In the incubated soils, exchangeable cations were also determined and changes in the amounts of exchangeable and non-exchangeable Ca2+ acidity and effective cation exchange capacity were calculated. Up to half the added Ca2+ became complexed and was nonexchangeable. Aluminum complexed by organic matter appears to be an important buffering component, together with non exchangeable H+. With the increase of pH the dissociated sites from the carboxyl groups could complex Ca2+. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.