Sistema de control avanzado para el control automático de una planta de depuración de aguas residuales,

que comprende medios para determinar al menos una variable objetivo que define un punto óptimo de operación, y medios para determinar unas variables manipulables influyentes sobre dicha variable objetivo, siendo emparejada cada variable objetivo con un única variable manipulable. El sistema de control comprende un lazo de control principal (10) que adapta automáticamente dicha variable manipulable emparejada para cumplir los requisitos de la variable objetivo, y que es definido por un valor de consigna principal (11) que selecciona continuamente un valor de consigna secundario (13) en base a la comparación entre el valor de la consigna principal (11) y una variable principal de medición (17) de la variable objetivo, siendo dicho valor de consigna secundario (13) el correspondiente a la variable manipulable emparejada respectiva que alimenta un lazo de control secundario (14)

Sistema de control automático avanzado de una planta depuradora de aguas residuales.

Sector de la técnica

La presente invención se relaciona con un sistema de control avanzado adaptado a un proceso biológico en un reactor biológico de una planta depuradora de aguas residuales también denominada EDAR.

Estado anterior de la técnica

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales han tenido que acomodarse a una legislación cada vez más severa en los últimos años que, además de demandar la eliminación de la materia orgánica, ha impuesto límites máximos al contenido de nitrógeno y fósforo en las aguas vertidas al cauce receptor. Como consecuencia de ello, las configuraciones de la EDAR se han vuelto más complejas lo cual ha derivado en una mayor dificultad para los operarios y a la hora de determinar los criterios de operación más adecuados en cada momento. Aunque el proceso de depuración de aguas residuales es bien conocido en sus distintas fases, mecánica, físico- química y biológica, es en esta última en donde las necesidades de control son fundamentales. Son conocidas una diversidad de realizaciones de EDAR que tienen la característica común que comprenden una zona de nitrificación o zona en la cual se opera en condiciones aerobias, una zona de desnitrificación en donde se opera en condiciones anóxicas y un decantador secundario en donde se lleva a cabo una sedimentación de los fangos activos y desde cuyo depósito se recicla parte de los fangos activos llevándolos a la zona de nitrificación y/o a la de desnitrificación.

La elevada complejidad de control de los procesos biológicos ha derivado tradicionalmente en la construcción de plantas sobredimensionadas a fin de asegurar el cumplimiento de los objetivos de operación establecidos. El control convencional de las EDAR conocidas está basado en el mantenimiento de unos valores de referencia adecuados para las principales variables manipulables del proceso, siendo seleccionados dichos valores de referencia por el operario de la planta en función de las características específicas del proceso en cada momento. Por otro lado, el desconocimiento sobre la respuesta dinámica de la EDAR motiva el mantenimiento de las variables manipulables en su valor de diseño para las condiciones críticas de operación, independientemente de los cambios introducidos por las variaciones periódicas de concentración y caudal influente, cambios de temperatura, etc.

Las plantas depuradoras de aguas residuales durante su funcionamiento diario deben enfrentarse a perturbaciones frecuentes y de muy distintas naturaleza. En primer lugar, el agua de entrada varía sustancialmente en su composición y caudal con escalas de tiempo que se mueven entre las horas y los meses. Así mismo, hay que considerar las perturbaciones ocasionadas por las tormentas, vertidos tóxicos o picos de gran carga. Tampoco son extraños episodios en los cuales las poblaciones bacterianas sufren cambios en sus propiedades físicas y microbiológicas causando situaciones de mal funcionamiento en la EDAR. Por último, hay que tener en consideración las perturbaciones generadas por actuaciones inadecuadas en la EDAR ya sea por errores humanos o fallos en los equipos de actuación y monitorización.

En el estado de la técnica anterior son conocidos métodos de control en cascada basados en las mediciones de dos o más variables manipulables simultáneamente. En este sistema, el resultado de la medición de una primera variable manipulable se utiliza para determinar el valor deseado de una segunda variable manipulable. Dicho valor deseado se compara con la medición de la segunda variable manipulable llevada a cabo simultáneamente con la medición de la primera variable manipulable, y sobre dicha comparación se lleva a cabo una acción de control para cambiar la segunda variable manipulable al valor deseado.

En ES2093856T3 se describe un sistema de control automático de una EDAR que comprende las operaciones de medir uno o más de un número de parámetros del sistema, determinar un parámetro de control sobre la base de los resultados de la medición obtenidos y de una función de control seleccionada, seleccionar una acción de control sobre la base del parámetro de control determinado y ejecutar la acción de control seleccionada.

Exposición de la invención

El objeto de la presente invención es el de proporcionar un sistema de control avanzado adaptable de un proceso biológico en un reactor biológico de una planta de depuración de aguas residuales o EDAR según se define en las reivindicaciones.

Un objetivo de la presente invención es un sistema de control avanzado que comprende medios para determinar al menos una variable objetivo que define un punto óptimo de operación, y medios para determinar unas variables manipulables que influyen sobre dicha variable objetivo. El sistema de control remoto empareja cada variable objetivo con una única variable manipulable, y comprende un lazo de control principal, asociado a cada variable objetivo, que adapta de forma continua y automática dicha variable manipulable emparejada a unas condiciones cambiantes de la EDAR para cumplir los requisitos definidos a través de la variable objetivo. El lazo de control principal se define por un valor de consigna principal que selecciona en cada momento un valor de consigna secundario a través de un controlador principal en base al resultado de la comparación entre el valor de la consigna principal y una variable principal de medición de la variable objetivo, siendo dicho valor de consigna secundario el valor correspondiente a la variable manipulable emparejada respectiva que alimenta un lazo de control secundario.

El sistema de control avanzado permite optimizar la explotación de la EDAR cumpliendo los objetivos de calidad frente a las diferentes perturbaciones externas, mejorando la estabilidad del proceso biológico, garantizando la calidad del caudal efluente así como reduciendo significativamente los gastos de explotación de la EDAR.

Esta y otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención.

Descripción de los dibujos

La Fig. 1 muestra un proceso biológico DN esquemático de una planta de depuración de aguas residuales EDAR según la invención.

La Fig. 2 muestra un proceso biológico RDN esquemático de una planta de depuración de aguas residuales EDAR según la invención.

La Fig. 3 muestra un proceso biológico DRDN esquemático de una planta de depuración de aguas residuales EDAR según la invención.

La Fig. 4 muestra un diagrama de bloques de un lazo de control principal comprendido en el sistema de control automático avanzado según la invención.

Exposición detallada de la invención

En las figuras 1 a 3, se muestran esquemáticamente diferentes tipos de procesos biológicos que pueden llevarse a cabo en un reactor biológico 1 de una EDAR, y en los cuales se implementa un sistema de control automático avanzado según la invención. Así pues, un proceso biológico DN comprende una etapa de desnitrificación seguida de otra etapa de nitrificación, un proceso biológico RDN comprende una etapa de regeneración seguida de una etapa de desnitrificación y de una etapa de nitrificación, y un proceso biológico DRDN comprende una etapa de desnitrificación seguida de una etapa de regeneración, una etapa de desnitrificación y una etapa de nitrificación.

El reactor biológico 1 de un proceso biológico DN, mostrado esquemáticamente en la figura 1, comprende una zona de desnitrificación 2 que incluye unos reactores anóxicos con microorganismos anaerobios, siendo los dos primeros reactores de desnitrificación 2a y 2b selectores con el fin de evitar la formación de filamentosas, una zona de nitrificación 3, contigua a la zona de desnitrificación 2, que incluye unos reactores óxicos con difusores y agitación independiente, y un decantador secundario 5. En el proceso biológico DN, un caudal influente Qi de agua residual es bombeado a la zona de desnitrificación 2 en la cual se produce una degradación de la materia orgánica de dicho caudal influente Qi y de unos nitratos aportados por un caudal de recirculación interna Qr proveniente del último reactor óxico 3a de la zona de nitrificación 3. En la zona de nitrificación 3 se produce la nitrificación de un nitrógeno amoniacal, generado previamente en la zona de desnitrificación 2, dando lugar a los nitratos, y la eliminación de unos fangos excedentes Qp en el último reactor óxico 3c de la zona...

1. Sistema de control avanzado para el control automático de un proceso biológico en un reactor biológico (1) de una planta de depuración de aguas residuales o EDAR, que comprende medios para determinar al menos una variable objetivo que define un punto óptimo de operación, y medios para determinar unas variables manipulables que influyen sobre dicha variable objetivo, caracterizado porque dicho sistema de control avanzado empareja cada variable objetivo con un única variable manipulable, y comprende un lazo de control principal (10), por cada variable objetivo, que adapta continua y automáticamente dicha variable manipulable emparejada a unas condiciones de operación cambiantes de la EDAR para cumplir los requisitos definidos a través de la variable objetivo, siendo definido dicho lazo de control principal (10) por un valor de consigna principal (11) que selecciona en cada momento un valor de consigna secundario (13) a través de un controlador principal (12) en base al resultado de la comparación entre el valor de la consigna principal (11) y una variable principal de medición (17) de la variable objetivo, siendo dicho valor de consigna secundario (13) el valor correspondiente a la variable manipulable emparejada respectiva que alimenta un lazo de control secundario (14).

2. Sistema de control avanzado según la reivindicación anterior, en donde dicho sistema de control avanzado tiene una estructura jerárquica, y comprende un nivel inferior que integra el lazo de control secundario (14) que regula a través de un controlador secundario (15) unos equipos de actuación de la EDAR en función del valor de consigna secundario (13) y un valor secundario de medición (16) de la variable manipulable emparejada, un nivel intermedio que incluye el lazo de control principal (10), y un nivel superior desde el cual se define el valor de consigna principal (11).

3. Sistema de control avanzado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los lazos de control principal (10) asociados a variables objetivo diferentes son monovariables y están desacoplados entre sí.

4. Sistema de control avanzado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la variable objetivo es una concentración de nitrógeno amoniacal en el caudal efluente (Qe), y la variable manipulable emparejada a dicha variable objetivo es el nivel de oxígeno disuelto (OD) en una zona de nitrificación (3) y/o de regeneración (4) del reactor biológico (1).

5. Sistema de control avanzado según la reivindicación 4, en donde la variable principal de medición (17) se corresponde con una media móvil de la concentración de amonio efluente.

6. Sistema de control avanzado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la variable objetivo es la concentración de nitratos en una zona de desnitrificación (2) del reactor biológico, y la variable manipulable emparejada a dicha variable objetivo es un caudal de recirculación interna (Qr) de una zona de nitrificación (3) a la zona de desnitrificación (2) del reactor biológico (1).

7. Sistema de control avanzado según la reivindicación 6, en donde la variable principal de medición (17) se corresponde con un valor instantáneo de la concentración de nitratos.

8. Sistema de control avanzado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la variable objetivo es la concentración de sólidos en suspensión (SSML) en el reactor biológico (1), y la variable manipulable emparejada a dicha variable objetivo es un caudal de fangos excedentes (Qp) de una zona de nitrificación (3).

9. Sistema de control avanzado según la reivindicación 8, en donde la variable principal de medición (17) se corresponde con una media móvil de la concentración de sólidos en suspensión (SSML) en el reactor biológico (1).

10. Sistema de control avanzado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho sistema de control es adaptable a diferentes tamaños de la EDAR y a diferentes criterios de calidad del caudal efluente.