Control basat en lògica difusa per sistemes de fangs activats. Disseny, implementació i validació en EDAR reals

En aquesta tesi es presenten dues propostes de Sistemes de Control basats en Lògica Difusa (SCLD), des del seu disseny fins a la seva implementació i validació en dues instal·lacions: l'EDAR Granollers i l'EDAR Taradell. El capítol 1 explica els conceptes bàsics per comprendre el desenvolupament dels dos SCLD i el resum d'una revisió d'articles que relacionen la lògica difusa amb aigües residuals. A continuació, s'estableixen els objectius. En el capítol 3 es presenten els materials i mètodes. Els capítols 4 i 5 exposen el treball realitzat per arribar a la implementació dels dos SCLD. Ambdós capítols presenten la mateixa estructura: presentació, definició dels objectius del SCLD, descripció de l'EDAR on s'implementa el SCLD, desenvolupament d'índexs d'avaluació, explicació del disseny del SCLD i la seva avaluació mitjançant estudis de simulació, implementació i validació del SCLD a l'EDAR i, finalment discussió del treball realitzat. En el capítol 6 s'enumeren les conclusions obtingudes.

Anàlisi comparativa dels processos emergents sharon i anammox per al tractament d’aigües amb una alta càrrega de nitrogen

Estudi de tractaments innovadors en aigües residuals amb elevada concentració de nitrogen mitjançant la tecnologia ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation) i SHARON i posterior anàlisi teòrica de la gestió dels fangs residuals d’una EDAR

Anàlisi comparativa dels processos emergents sharon i anammox per al tractament d’aigües amb una alta càrrega de nitrogen

Estudi de tractaments innovadors en aigües residuals amb elevada concentració de nitrogen mitjançant la tecnologia ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation) i SHARON i posterior anàlisi teòrica de la gestió dels fangs residuals d’una EDAR

A dynamic knowledge-based decision support system to handle solids separation problems in activated sludge systems: development and validation

El sistema de fangs activats és el tractament biològic més àmpliament utilitzat arreu del món per la depuració d'aigües residuals. El seu funcionament depèn de la correcta operació tant del reactor biològic com del decantador secundari. Quan la fase de sedimentació no es realitza correctament, la biomassa no decantada s'escapa amb l'efluent causant un impacte sobre el medi receptor. Els problemes de separació de sòlids, són actualment una de les principals causes d'ineficiència en l'operació dels sistemes de fangs activats arreu del món. Inclouen: bulking filamentós, bulking viscós, escumes biològiques, creixement dispers, flòcul pin-point i desnitrificació incontrolada. L'origen dels problemes de separació generalment es troba en un desequilibri entre les principals comunitats de microorganismes implicades en la sedimentació de la biomassa: els bacteris formadors de flòcul i els bacteris filamentosos. Degut a aquest origen microbiològic, la seva identificació i control no és una tasca fàcil pels caps de planta. Els Sistemes de Suport a la Presa de Decisions basats en el coneixement (KBDSS) són un grup d'eines informàtiques caracteritzades per la seva capacitat de representar coneixement heurístic i tractar grans quantitats de dades. L'objectiu de la present tesi és el desenvolupament i validació d'un KBDSS específicament dissenyat per donar suport als caps de planta en el control dels problemes de separació de sòlids d'orígen microbiològic en els sistemes de fangs activats. Per aconseguir aquest objectiu principal, el KBDSS ha de presentar les següents característiques: (1) la implementació del sistema ha de ser viable i realista per garantir el seu correcte funcionament; (2) el raonament del sistema ha de ser dinàmic i evolutiu per adaptar-se a les necessitats del domini al qual es vol aplicar i (3) el raonament del sistema ha de ser intel·ligent. En primer lloc, a fi de garantir la viabilitat del sistema, s'ha realitzat un estudi a petita escala (Catalunya) que ha permès determinar tant les variables més utilitzades per a la diagnosi i monitorització dels problemes i els mètodes de control més viables, com la detecció de les principals limitacions que el sistema hauria de resoldre. Els resultats d'anteriors aplicacions han demostrat que la principal limitació en el desenvolupament de KBDSSs és l'estructura de la base de coneixement (KB), on es representa tot el coneixement adquirit sobre el domini, juntament amb els processos de raonament a seguir. En el nostre cas, tenint en compte la dinàmica del domini, aquestes limitacions es podrien veure incrementades si aquest disseny no fos òptim. En aquest sentit, s'ha proposat el Domino Model com a eina per dissenyar conceptualment el sistema. Finalment, segons el darrer objectiu referent al seguiment d'un raonament intel·ligent, l'ús d'un Sistema Expert (basat en coneixement expert) i l'ús d'un Sistema de Raonament Basat en Casos (basat en l'experiència) han estat integrats com els principals sistemes intel·ligents encarregats de dur a terme el raonament del KBDSS. Als capítols 5 i 6 respectivament, es presenten el desenvolupament del Sistema Expert dinàmic (ES) i del Sistema de Raonament Basat en Casos temporal, anomenat Sistema de Raonament Basat en Episodis (EBRS). A continuació, al capítol 7, es presenten detalls de la implementació del sistema global (KBDSS) en l'entorn G2. Seguidament, al capítol 8, es mostren els resultats obtinguts durant els 11 mesos de validació del sistema, on aspectes com la precisió, capacitat i utilitat del sistema han estat validats tant experimentalment (prèviament a la implementació) com a partir de la seva implementació real a l'EDAR de Girona. Finalment, al capítol 9 s'enumeren les principals conclusions derivades de la present tesi.

Knowledge-based modelling and simulation of operational problems of microbiological origin in wastewater treatment plants

The activated sludge and anaerobic digestion processes have been modelled in widely accepted models. Nevertheless, these models still have limitations when describing operational problems of microbiological origin. The aim of this thesis is to develop a knowledge-based model to simulate risk of plant-wide operational problems of microbiological origin.For the risk model heuristic knowledge from experts and literature was implemented in a rule-based system. Using fuzzy logic, the system can infer a risk index for the main operational problems of microbiological origin (i.e. filamentous bulking, biological foaming, rising sludge and deflocculation). To show the results of the risk model, it was implemented in the Benchmark Simulation Models. This allowed to study the risk model's response in different scenarios and control strategies. The risk model has shown to be really useful providing a third criterion to evaluate control strategies apart from the economical and environmental criteria.

Els Carbons activats del LEQUIA: noves perspectives en l'aprofitament dels fangs de depuradora

Els fangs que produeixen les depuradores estan esdevenint, pel seu volum, un problema que demana solucions. La via del compostatge no exhaureix la producció i en condiciona l'ús com a combustible o com a matèria primera per a l'obtenció de carbons activats. Els carbons activats tenen grans aplicacions en la indústria moderna. El LEQUIA de la UdG ha desenvolupat una nova metodologia per a l'obtenció d'aquest producte a partir dels fangs, que permet uns rendiments que els ha de fer atractius per a la seva industrialització. En el procés, a més, s'obté hidrogen i biodièsel en quantitats interessants

Efectes del procés de compostatge en la toxicitat per a organismes del sòl d'adobs derivats de fangs de depuradora

Aquest estudi està vinculat al projecte que desenvolupa el CREAF-UAB, destinat a estudiar la degradació i toxicitat dels nonilfenols (contaminant orgànic) presents en els fangs de depuradora i el seu comportament en el sòl. Mitjançant l’aplicació del tractament de compostatge s’aconsegueix millorar les propietats del fang residual, així com degradar els contaminants orgànics més persistents. La idea de l’estudi sorgeix de la determinació de l’eficàcia del procés de compostatge en l’estabilització dels fangs, avaluant la variació dels paràmetres fisicoquímics del fang i el nivell de toxicitat pels organismes del sòl. La metodologia d’estudi es basa en la utilització al laboratori de bioassaigs ecotoxicològics amb espècies representatives del sòl L’objectiu principal de l’estudi és determinar els efectes del procés de compostatge en la millora de la toxicitat dels fangs de depuradora utilitzats com a fertilitzant orgànic en camps agrícoles. Un segon objectiu és determinar la quantitat de fang de depuradora i de compost aplicats als sòls agrícoles sense implicacions sobre els organismes representatius del sòl.

Síntesi i caracterització de polímers floculants utilitzats en la deshidratació de fangs provinents d'EDAR

El present projecte consisteix en la síntesi i caracterització de copolímers d’acrilamida d’un 40% de cationicitat i un 40% de matèria activa obtinguts per polimerització en microemulsió inversa per a la seva posterior aplicació com a floculants d’elevat rendiment en la depuració d’aigües residuals.

Avaluació de la capacitat de segrest de carboni d'un sòl restaurat amb fangs de depuradora: estabilitat de la matèria orgànica

L’avaluació de la capacitat de segrest de carboni d’un sòl denudat per l’extracció de calcàries i la seva posterior restauració amb fangs de depuradora s’ha realitzat mitjançant l’anàlisi de l’estabilitat de la matèria orgànica del sòl (MOS) en funció de la dosi de fangs aplicada. Els resultats d’aquest treball demostren dos fets fonamentals per a l’estudi de la capacitat de segrest de carboni, els qual són: la conservació del contingut total de MOS i l’augment de la seva estabilitat fins a nivells més alts que els de la MOS de les parcel·les de control. Aquests resultats són explicables per (i) la conservació i augment de la MOS recalcitrant, i (ii) la protecció d’una porció més o menys rellevant de la MO làbil continguda amb els fangs gràcies a l’acció simultània dels mecanismes d’estabilització de la MOS, com són: l’estabilització bioquímica (humificació), química, física, a més de la pròpia hidrofobicitat de la MOS, aquests dos últims potenciats per l’addicció del fangs de depuradora.

Avaluació de la capacitat de segrest de carboni d'un sòl restaurat amb fangs de depuradora: paper de les propietats físiques del sòl

S’ha estudiat el grau de protecció física del carboni dins d’agregats de diferents mides en un sòl d’una pedrera restaurada fa 17 anys amb terres adobades amb fangs de depuradora, i s’ha interpretat el seu paper en el context del segrest de carboni en el sòl. La metodologia aplicada es basa en la d’humitejament ràpid dels agregats del sòl per immersió en aigua (Le Bissonnais, 1996), que simula l’estabilitat d'un sòl sec que es veu sotmès a processos tals com la inundació local o saturació ràpida. També s’ha determinat la quantitat de carboni oxidable present en els agregats del sòl amb el mètode de Nelson i Sommers (1982). Els resultats han mostrat que l’adobat amb fangs de depuradora contribueix a augmentar el contingut de carboni orgànic en els agregats del sòl i n’estimula el segrest a mitjà termini (unes 10 tones ha-1 en 17 anys), aportant estabilitat al sòl i protegint físicament el carboni orgànic dins dels agregats de mida major (5-2 mm). A més s’ha constatat que per determinar l’estabilitat del carboni segrestat en el sòl cal conèixer com es distribueix entre les diferents mides d’agregats. Finalment, l’augment del segrest de carboni en el sòl propiciat per l’aplicació dels fangs de depuradora li dóna més capacitat per fixar CO2 atmosfèric.

La depuradora de Begues: reactor biològic o aiguamolls construïts?. Estudi comparatiu dels vectors: paràmetres de l'H2O, fangs produïts, costos capitals i d'explotació, personal

L’objectiu del present estudi és comparar els vectors de paràmetres de l’aigua, producció de fangs, costos i personal entre 2 tipus d’instal·lacions EDAR al municipi de Begues; una ja existent amb tractament secundari i terciari mitjançant un reactor biològic i una potencial amb tractament secundari i terciari mitjançant aiguamolls construïts. La finalitat del projecte és determinar, gràcies a l’estudi dels principals vectors ambientals de la infraestructura i a altres estudiats per na Susana Forero Sánchez, quina de les 2 tipologies d’instal·lació s’ajusta més al territori i a les necessitats de tractament de les aigües del mateix. Els resultats de la investigació indiquen que tant els costos d’explotació com la producció de fangs i el personal donen avantatge als aiguamolls construïts, però els costos capitals i el tractament de nutrients són favorables per a la depuradora actual. Amb el projecte de Susana Forero Sánchez, les conclusions que es poden establir en referència a la decisió d’instal·lar una depuradora o una altra segons els vectors estudiats indiquen que l’EDAR sense aiguamolls té més probabilitat de ser escollida com la més adient per les necessitats del territori d’estudi.

Tractament fisicoquímic de les aigües i fangs d'un escorxador porcí

L’objectiu del present projecte és la proposta (disseny i estimació econòmica) d’un sistema de tractament de les aigües i els fangs generats a un escorxador porcí de Granollers. Per tal de portar a terme aquest estudi, es va realitzar una anàlisi de la situació prèvia a l’escorxador, del diagrama de flux de les instal·lacions existents, de les necessitats del sector, dels límits d’abocament fixats pel Reglament del Consorci del Besòs, i finalment de la caracterització de les aigües residuals generades (en quantitat i qualitat) així com dels fangs produïts. Arran d’aquesta anàlisi es va realitzar un estudi experimental d’optimització del tractament fisicoquímic, i en base als resultats es van generar diferents alternatives de tractament, es va simular el seu comportament, i es va fer una avaluació comparativa dels costos i rendiments estimats

Impacte de l’aplicació de fangs de depuradora en un sòl agrícola

L'elevada quantitat d'aigües residuals generades per la societat actual i el posterior procés de depuració per tal d'eliminar els contaminants de l'aigua, provoca un gran volum de fangs que tradicionalment es duien en un abocador controlat o, pitjor encara, a les zones litorals on es dipositaven directament al mar. La reutilització dels fangs, obtinguts com a subproducte del tractament de les aigües residuals en les EDAR, com a adob biològic en camps agrícoles, és una de les opcions més utilitzades per a la seva gestió. Aquesta, pot ser una bona opció sempre i quan no suposi un risc per la salut, donat que el contingut al fang d'alguns contaminants pot ser elevat i l'acumulació excessiva per exemple d'elements potencialment tòxics (PTE) pot suposar un risc pels sòls i les plantes amb els problemes que això pot ocasionar. Encara que els fangs normalment presenten continguts en PTE inferiors als valors límit establerts per la normativa europea, la seva aplicació reiterada pot suposar un risc d'acumulació dels metalls en el sòl i, depenent de la seva mobilitat, també en les plantes. En aquest projecte, ens centrem en l'estudi de la mobilitat i biodisponibilitat dels metalls en els sòls on s'han cultivat cereals d'hivern, concretament ordi. Els fangs aportats en aquesta experiència són procedents de l'EDAR de Palamós, on reben un tractament de digestió anaeròbia. S'avalua tan el contingut pseudototal de PTE en el sòl, amb l'ajuda d'una digestió al microones, com el contingut de metall biodisponible. A continuació, es determinarà la concentració dels PTE en els extractes mitjançant l'ICP-AES o ICP-MS, depenent de la concentració d'aquests.El projecte es centra en l'avaluació del possible impacte de l'aplicació continuada de biosòlids en sòls agrícoles. Des d'un punt de vista operacional, l'estudi es portarà a terme en parcel•les experimentals situades a l'Estació Experimental Mas Badia, on es porten aplicant fangs de depuradora de manera reiterada durant 12 anys, amb l'objectiu de valorar l'interès agrícola i la incidència agronòmica de l’aplicació de fangs de depuradora en diferents cultius, a mig i a llarg termini

Adsorbents a partir de fangs biològics excedents de depuradora mitjançant l'aplicació de microones: estudi d'obtenció, caracterització i aplicació en fase líquida

El fang biològic es produeix en les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes i industrials. El tractament i la gestió dels fangs és un dels problemes més importants en el camp del tractament de les aigües residuals. Aquesta situació es preveu que es veurà agreujada en el futur, per un increment del volum de fang produït associat a l'exigència de nivells més alts de depuració i per l'augment dels nombre d'estacions depuradores en funcionament. D'altre banda, les limitacions que presenten les opcions tradicionals de gestió dels fangs, fa necessari buscar solucions innovadores i efectives per a solucionar el problema que suposa la gestió d'aquests fangs biològics. Els fangs biològics són de naturalesa carbonosa i amb un alt contingut de matèria orgànica. Aquestes característiques, permeten la conversió del fang en un sòlid adsorbent de tipus carbonós. Aquesta conversió ofereix el doble benefici de reduir el volum de fang que ha de ser gestionat i alhora produir un adsorbent amb un cost inferior a la dels adsorbents convencionals (carbons actius comercials). Fins el moment, els tractaments alta temperatura han demostrat la seva efectivitat per du a terme el procés de transformació dels excedents de fang biològic en un sòlid adsorbent carbonós (carbó actiu). Com a alternativa a aquests processos a alta temperatura, es proposa un nou procés d'obtenció d'un sòlid adsorbent carbonós a partir dels excedents de fangs biològics, mitjançant un tractament a baixa temperatura, combinant el tractament per microones amb l'addició d'un reactiu químic (H2SO4). La present tesi analitza el tractament dels excedents de fangs biològics utilitzant un tractament mitjançant microones i l'addició d'àcid sulfúric (H2SO4), al mateix temps analitza la possibilitat d'utilitzar els sòlids adsorbents obtinguts per a millorar la qualitat de les aigües residuals. Paràmetres d'operació com poden ser la quantitat d'àcid sulfúric addicionada al fang, el nivell de potència del forn microones i el temps de tractament, es modificaran per tal de determinar la influència que poden tenir sobre la qualitat del sòlid adsorbent. Un cop determinada la qualitat dels diferent sòlids adsorbents s'avalua la seva capacitat per a l'eliminació de colorant i metalls en fase líquida. Els resultats obtinguts es comparen amb els obtinguts per un carbó actiu derivat de fangs i un carbó actiu comercial.