Optimización de la operación de estaciones depuradoras de aguas residuales mediante herramientas avanzadas basadas en modelado matemático. Aplicación a la EDAR de Galindo

Resum

La tesis presenta el diseño, desarrollo, implantación y validación a escala real de diferentes herramientas avanzadas basadas en modelado matemático, cuyo principal objetivo es optimizar la operación de plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR). Dadas las claras limitaciones que existen actualmente para implantar en las EDAR nuevas herramientas de optimización, se presenta en primer lugar una plataforma de gestión avanzada de datos de EDAR que ayuda a gestionar adecuadamente la información de planta. Sus objetivos son sintetizar toda la información disponible y generar información útil; reconstruir información incompleta y detectar fallos e incoherencias; monitorizar el estado de la planta; y facilitar una progresiva implantación de nuevas herramientas y algoritmos que ayuden a optimizar las plantas. La plataforma se basa en una base de datos que centraliza y almacena de forma estándar toda la información disponible en una planta. La base de datos incluye diferentes algoritmos y herramientas para reconstruir, filtrar y combinar entre sí los datos existentes. La plataforma ha sido satisfactoriamente adaptada e instalada en la EDAR de Galindo, donde se demuestra la capacidad de la plataforma para gestionar adecuadamente los datos de planta, disponer de información más fiable y completa, y sintetizar información útil, consiguiendo así actualmente agilizar el trabajo de los operadores y gestores de la planta. La estandarización de la plataforma desarrollada permite su conexión directa con terceras herramientas avanzadas de soporte a la operación. Se presenta así en segundo lugar una herramienta que estima simultáneamente la distribución dinámica de la concentración de sólidos suspendidos y caudales hidráulicos entre los diferentes elementos y líneas de una planta de tratamiento de aguas. La herramienta desarollada se basa en un observador de estado tipo filtro de Kalman. El comportamiento del observador ha sido satisfactoriamente validado en la EDAR de Galindo, permitiendo reconstruir razonablemente bien la señal dinámica de los sensores de sólidos suspendidos en las zonas de regeneración y nitrificación, así como la de los caudalímetros de entrada y de recirculación externa cuando alguno de dichos sensores fallaba. En tercer y último lugar se presenta un simulador de operación de EDAR que permite explorar con detalle nuevas estrategias de operación y control, con especial énfasis en la reproducción de los costes operacionales. El simulador de operación incluye un modelo matemático dinámico, detallado, mecanicista y estándar de los sis¬temas de aireación de EDAR. La coherencia de los resultados del simulador propuesto es analizada rigurosamente y su capacidad predictiva es verificada experimentalmente de manera satisfactoria bajo diferentes condiciones ambientales y de operación en la EDAR de Galindo. Como resultado, la herramienta desarrollada permite proponer y cuantificar económicamente nuevas estrategias de operación para el tratamiento biológico de la planta que suponen un ahorro significativo de los costes de aireación respecto al control actual.