Model based development of advanced mathematical tools for optimizing the operation of WWTPS

Resumen

La tesis presenta el diseño, desarrollo e implantación de diferentes herramientas avanzadas basadas en modelos matemático, cuyo principal objetivo es optimizar la operación de plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR). En primer lugar, se presenta una nueva metodología para optimizar la operación de las EDARs. Esta metodología está basada fundamentalmente en cuatro pasos. El primer paso consiste en realizar el análisis de sensibilidad de las variables operacionales para evaluar la potencial mejora que acarrearía la aplicación de una estrategia operacional óptima. En el segundo paso se calculan los puntos óptimos de operación en distintas condiciones a través de un algoritmo de optimización basado en modelos matemáticos. El tercer paso consiste en la identificación de las estrategias óptimas de operación a partir de los resultados obtenidos en el paso anterior. Finalmente se debe proceder a diseñar los controladores necesarios para aplicar estas estrategias de operación. Esta metodología se ha aplicado para minimizar el nitrógeno inorgánico total efluente de una EDAR con tecnología de membranas. Los resultados muestran que los controladores han permitido una amplía mejora del rendimiento de eliminación de nitrógeno en la planta. En segundo lugar se ha presentado una herramienta de monitorización avanzada basada en el Unscented Kalman Filter. El objetivo de esta herramienta es ayudar a los operadores de planta a evaluar la situación de los procesos de la planta. Como caso de estudio se ha utilizado para monitorizar el proceso de ensuciamiento de las membranas. De esta forma, se puede mejorar la operación de la membrana para extender su vida útil gracias a una disminución de la tasa de ensuciamiento. Se ha probado la herramienta para un caso sintético y para diferentes datos experimentales de una planta piloto. En todos los casos el algoritmo ha sido capaz de monitorizar exitosamente el ensuciamiento y de extraer información útil para el operador. Para terminar, se presenta un nuevo procedimiento basado en la redundancia analítica para la validación de las medidas experimentales. El objetivo es mejorar la calidad de los datos mediante la detección, aislamiento y reconstrucción de las medidas erróneas en las bases de datos de las EDARs. Las primeras pruebas con casos sintéticos han mostrado unos resultados muy prometedores que actualmente están siendo refrendados tras su aplicación a una EDAR real.