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Control de la aireación del proceso biológico de la EDAR de Martorell mediante Respirometría On-line

23/07/2024

Control de la aireación del proceso biológico de la EDAR de Martorell mediante Respirometría On-line



1. Antecedentes

 
La EDAR Martorell es una planta de depuración de aguas residuales urbana con un caudal de diseño de 10.500 m3/día y que recibe el agua residual de una población equivalente de 61.250 habitantes.
 
Se trata de una planta que tiene la necesidad de eliminar C, N y P, debido al medio receptor (río Llobregat). No obstante, aún cumpliendo con la calidad de salida, los valores de nitrógeno total se encuentran cercanos al límite máximo de vertido (15 ppm), de manera que se hacía necesario buscar un mayor control en el proceso biológico, necesario para la eliminación de los 3 elementos.
 
 
 

2. Descripción

 
Con la idea de controlar el proceso aeróbico de forma más precisa para conseguir una mayor estabilización del proceso en el tiempo y obtener unos parámetros de salida más estables cumpliendo los límites de vertido, RUBATEC y el ACA decidieron realizar la instalación de un respirómetro on-line SN8 marca SENSARA.
 
 
2.1. Instalación y selección de test
 
En una primera etapa se instaló el equipo mecánica e hidráulicamente y se realizó la optimización de los tests a realizar.
 
Los tests seleccionados a realizar fueron el test de Respirometría Global (OUR/SOUR) y el test de Nitrificación (Rn/AUR). Dichos tests se realizan de forma secuencial durante 24 horas al día. Los tests de respirometría global duran en torno a 15 minutos mientras que los tests de nitrificación duran 75 minutos.
 
 
El objetivo del test de respirometría global es la detección temprana de episodios de lluvia, sobrecarga, toxicidad, etc.
 
SICAIR
 
Con el test de nitrificación y el algoritmo SICAIR de SENSARA se lleva a cabo el control de la aireación en función del Requerimiento de Oxígeno calculado mediante respirometría online.
 
La diferencia fundamental de este sistema con respecto a los sistemas tradicionales de control de aireación, es que el sistema SICAIR tiene en cuenta, de forma directa, una variable fundamental como es la cinética de respiración de las bacterias en cada momento (OUR/AUR).
 
Qaire (m3/h) = Fcorr*AOR / (δaire* SOTE * % O2)
 
Con estas variables, el algoritmo de SICAIR calcula el volumen de oxígeno que las bacterias necesitan en cada momento y con los datos técnicos de las soplantes se calculan los minutos de funcionamiento de las mismas.
 
Con el sistema SICAIR se consigue una aireación más equilibrada, sin picos y valles, obteniendo una estabilización efectiva de la biomasa.
donde:
 
  • Qaire (m3/h) = caudal de aire necesario
  • δaire (Kg/m3) = densidad del aire
  • AOR (kg O2/h) = Requerimiento de Oxígeno (Respirometría Online SN8)
  • % O2 (%) = porcentaje de oxígeno en el aire
  • SOTE (%) = tasa de transferencia de oxígeno
 
Para el caso de episodios de lluvia, en los que se producen procesos de dilución, el sistema los detecta, mediante el test de respirometría global y el dato de TRH, aplicando un factor de corrección al cálculo de aireación.

De la misma forma, cuando el sistema detecta episodios de sobrecarga, mediante el test de respirometría global y las sondas de planta, se aplica un factor de corrección al cálculo de aireación.
 
Comunicación
 
El sistema respirométrico (binomio SN8-SICAIR) se comunica con el SCADA de planta de forma bidireccional. El sistema respirómetrico envía vía MODBUS todas las señales y a su vez el SCADA comparte señales con el sistema respirométrico.
De esta forma, el sistema de aireación de planta, por defecto funciona mediante respirometría, pero en caso de fallos, averías, etc. de forma automática pasa al control tradicional por sondas evitando que la planta se quede sin control en ningún momento.
 
2.2. Variables compartidas por la planta
 
Los datos de tiempo de retención hidráulica (TRH) y de amonio/nitratos se obtienen a través de las sondas de planta de caudal y NH4/NO3.
 
 
Asimismo, el SCADA de planta comparte otro tipo de variables necesarias para el control como estado de soplantes (parada/en marcha), estado variadores de frecuencia, situación (operativa/fuera de servicio), modo de aireación (sondas/respirómetro), fallo comunicación, etc.
 
2.3. Variables respirómetro SN 8
 
Los datos de respirometría global (OUR/AOUR) y tasa de nitrificación (Rn/AUR) se obtienen a través del respirómetro SN8:
 
 
 
2.4. Curvas soplantes
 
 
 

3. Resultados

 
En este apartado se describen los resultados de funcionamiento del proceso obtenidos desde la puesta en marcha.
 
3.1. Fase de optimización
 
Durante un mes aproximadamente, el sistema funcionó en modo piloto con el fin de optimizar los tests así como las consignas del algoritmo SICAIR.
 
3.1.1. OUR/SOUR
 
 
3.1.2. Test de Nitrificación (Rn/AUR)
 
 
3.2. Fase de funcionamiento
 
Una vez optimizado el sistema respirométrico y realizada la programación tanto en el PLC del respirómetro SN8 como en el SCADA de planta, se comenzó a controlar la aireación con el sistema SICAIR.
 
Los valores obtenidos de los distintos parámetros desde la puesta en funcionamiento han sido:
 
3.2.1. OUR/SOUR
 
Las tasas de respirometría global (OUR/SOUR) de la planta en situación de funcionamiento óptima están en la orquilla de SOUR = 8 - 16 mg O2/g.h con una concentración media de sólidos de SSVLM ≈ 3500 mg/L.
 
 
3.2.2. Test de Nitrificación (Rn/AUR)
 
Las tasas de nitrificación (Rn/AUR) de la planta en situación de funcionamiento óptima están en la orquilla de Rn = 2 - 8 mg NH4/L.h con una concentración media de sólidos de SSVLM ≈ 3500 mg/L.
 
 

4. Análisis de Resultados

 
 
4.1. Parámetros de Proceso
 
Como se ha comentado en la introducción, el objetivo principal era la mejora de la calidad del efluente. Mediante el algoritmo SICAIR, se consigue una mayor estabilización del estado sanitario de la biomasa obteniendo así, desde la implantación del respirómetro entre 2022 y 2023, una reducción de la concentración de NT y NO3 en salida superiores:
 
 
 
4.2. Aireación
 
El otro objetivo principal era, una vez obtenida la mejora de la estabilización de la calidad del efluente, la optimización energética de la planta.
 
Como se puede observar en la gráfica de la Figura 10, una de las diferencias principales del sistema SICAIR es la obtención de una aireación más equilibrada, sin picos y valles tan pronunciados, lo que conlleva una estabilización mucho más efectiva de la biomasa.
 
 
Con el sistema inteligente SICAIR se ha obtenido una eficiencia energética del 14 % con respecto al consumo que se tenía mediante el control por sondas.
 

 
Autores
 
  • Jose Manuel Ochoa Martínez (SENSARA, S.L.) Iñigo Urruchi Sagredo (RUBATEC)
  • Sergi Leal Arranz (RUBATEC)
  • Núria Rodríguez Carrera (RUBATEC)
  • Antonio Aguirre Glez. de San Pedro (INCONEF, S.L.) David Vitores (INCONEF, S.L.)

 

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