Optimització de processos de depuració mitjançant mòduls de control estandarditzats

Les exigències mediambientals cada vegada més restrictives obliguen a la gestió eficient dels processos de depuració d'aigua residual. El compromís entre la qualitat requerida d'efluent i l'ajust dels costos d'explotació solament pot aconseguir-se mitjançant la introducció de llaços automàtics de control. La gestió de les plantes de depuració d'aigües residuals està basada habitualment en sistemes centralitzats de PLC (Controlador Lògic Programable).

Quan es pretén implementar mesures d'automatització, es requereixen normalment canvis i/o ampliacions del sistema de PLC de planta. Per a això es necessita la preparació d'especificacions, la implementació d'algorismes en el PLC, revisió del seu funcionament, elaboració de pantalles de SCADA i documentació associada. Aquestes tasques es desenvolupen amb l'assistència de companyies externes, generant costos significatius i dilatant en el temps els beneficis desitjats per l'automatització. En el cas de plantes petites o molt antigues, sovint és necessari modificar el maquinari del PLC i accionaments de planta, la qual cosa comporta el retard o cancel·lació en les mesures d'automatització en considerar una relació cost/beneficio desfavorable.

Els mòduls de control estandarditzats RTC s'han desenvolupat per Hach Lange específicament per a la seva aplicació en el tractament biològic d'aigües residuals, i permeten incorporar conceptes d'automatització a les plantes de depuració d'una forma ràpida i econòmica. Això és particularment útil en plantes que manquen d'un departament dedicat d'automatització, o no disposen del suport necessari per a l'especificació dels algorismes de control. Igualment en plantes mitjanes-grans diferents subprocesos poden ser automatitzats amb mòduls RTC.

Els mòduls estan formulats per a la seva aplicació en tasques específiques d'automatització sense modificació del programari de planta. Comparats amb la pràctica convencional d'implementació d'algorismes en el PLC, els mòduls RTC s'instal·len i posen en funcionament de forma ràpida i senzilla, aconseguint immediatament els objectius d'estalvi. La configuració de les diferents variables es troba integrada en la unitat de control de la instrumentació associada, permetent també el seu enviament cap al PLC de planta mitjançant de bus de camp, i fins i tot la seva transmissió remota mitjançant GSM/GPRS.

En l'actualitat estan disponibles els següents mòduls de control RTC:

L'establiment de sistemes de control de procés exigeix la utilització de mesuraments en temps real de les variables rellevants del procés. La qualitat d'aquests mesuraments és fonamental perquè el control s'executi de forma satisfactòria. Per garantir el correcte estat dels mesuradors, Hach Lange ha desenvolupat Prognosys, un complement de diagnòstic predictiu que analitza diverses variables i senyals de l'instrument i proporciona una indicació visual de l'estat i del rendiment de cada sensor. Igualment identifica les tasques de manteniment a realitzar en el futur, determinant el temps restant fins a la següent intervenció requerida. L'indicador de qualitat i l'indicador de manteniment es mostren com a barres acolorides en el controlador dels sensors, identificant de forma clara la seva situació actual per mesurat de la seva escala verda, groga i vermella. Prement cada barra l'usuari trobarà informació detallada de la situació actual de cada indicador, com l'estat de calibratge, els senyals de diagnòstic del sensor, els nivells de reactius i altres lectures específiques de l'instrument.

Totes aquestes dades permeten agilitar la cura activa de l'instrument, la solució de problemes i la resposta, ja que l'estat de l'instrument sempre està visible. El mòdul de control RTC utilitza igualment aquesta informació per determinar si els mesuraments de l'instrument reuneixen la fiabilitat suficient per ser utilitzades en el llaç de control. Si no és així el mòdul RTC pansa de forma automàtica a treballar amb una estratègia de control alternativa, substituint el mesurament en temps real per dades de perfil històric o seqüència de temps segons finestres prèviament configurades per l'usuari.

En el procés d'eliminació química de fòsfor mitjançant l'addició de sal metàl·lica com a clorur fèrric o sulfat d'alúmina, el controlador P-RTC (Mòdul de Control de Fosfat en Temps Real) permet realitzar el dosatge adequat de reactiu sobre la base de les necessitats actuals del procés, evitant costos innecessaris i permetent la reacció ràpida davant necessitats puntuals de règim alt de dosatge. En funció de la càrrega de fosfat que hi hagi en cada cas, P-RTC calcula automàticament la quantitat correcta de precipitantes necessària per mantenir de forma fiable els valors de sortida necessaris. D'altra banda, en reduir el consum de precipitantes també es minimitza la producció de llots, reduint els costos vinculats a la dessecació i la retirada dels mateixos.

Com a font d'informació el sistema P-RTC utilitza la mesura d'ortofosfato en el punt d'addició de reactiu, juntament amb el cabal del licor barreja en aquest punt. La mesura d'ortofosfato es realitza mitjançant l'analitzador colorimètric Phosphax sc juntament amb la unitat de condicionament Filtrax, que extreu un petit cabal de permeado de membranes submergides en el punt d'anàlisi. El mòdul P-RTC inclou algorismes avançats de control que permeten la seva adaptació a qualsevol disposició de planta, podent ser configurat per al seu treball tant en llaç tancat com a obert. En el primer cas el mesurament d'ortofosfato es realitza posteriorment a l'addició de sal metàl·lica, establint un doble llaç PID sobre la base de la concentració d'ortofosfato residual i al cabal actual en el punt d'addició; aquest control permet reaccions ràpides davant canvis de règim hidràulic de la planta i la confirmació que el procés d'eliminació química s'ha realitzat correctament.

En el cas que la instal·lació en llaç tancat no sigui possible per la geometria de la planta, és possible la utilització del sistema P-RTC en llaç obert, amb mesurament de la concentració d'ortofosfato prèvia al punt d'addició de reactiu. Per a això el P-RTC, inclou en la seva memòria interna taules empíriques de càlcul de la relació estequiomètrica β metall/ortofosfato per als diferents tipus de reactius en funció de la necessitat de reducció d'ortofosfato, estimant amb gran precisió el cabal requerit de reactiu per mantenir un nivell de consigna programable d'ortofosfato residual.

En processos biològics amb reactor biològic amb ventilació contínua, el mòdul N-RTC permet establir la concentració d'oxigen òptima en funció dels següents mesuraments:

• Mesurada d'amoni a l'entrada de reactor óxico mitjançant sonda A-ISE per elèctrode de selectiu de ions.
• Mesurada de sòlids del reactor biològic mitjançant sonda Solitax.
• Mesurada d'oxigen i temperatura del reactor mitjançant sonda luminescent Llic.
• Mesurada d'amoni a final de reactor óxico mitjançant analitzador Amtax per elèctrode selectiu de gas amoníac.
• Cabal del reactor óxico.

Sobre la base d'aquests mesuraments el mòdul N-RTC determina per aplicació de model la concentració d'oxigen òptima per a la càrrega d'amoni a tractar en el reactor, reajustant la consigna d'oxigen segons el valor de concentració obtingut a final de tractament respecte a la consigna d'amoni establerta per l'usuari.

En processos amb ventilació intermitent, el mòdul N/DN-RTC permet establir els temps de marxa/paro de la ventilació i la consigna òptima d'oxigen en funció de la mesura de la concentració d'amoni i nitrat en el reactor mitjançant la sonda AN-ISE per elèctrode selectiu de ions. En limitar el període de ventilació al temps exigit per la càrrega d'amoni, es pot optimitzar el procés de desnitrificació, reduint considerablement la concentració de nitrogen total amb un estalvi important d'energia.

Els mòduls RTC permeten també millorar l'eficiència del tractament de fangs. El mòdul SRT-RTC (Sludge Retention Estafi) controla l'edat del fang monitorizando la temperatura de l'aigua i la concentració de sòlids en els tancs de ventilació i en la recirculació de fang. El sistema calcula l'edat de fang òptima i determina la purga de fang requerida. Això ajuda a l'estabilitat de la nitrificació i a disminuir el cost de l'energia de ventilació.

El mòdul ST-RTC (Sludge Thickening) permet controlar el dosatge de polielectrolito en els espesadores dinàmics, obtenint un fang espessit estable i amb alta concentració de sòlids a l'entrada del digestor, la qual cosa permet optimitzar la producció de biogàs. Utilitza la mesura de la concentració de sòlids a l'entrada i sortida de l'espesador. Igualment, el mòdul SD-RTC (Sludge Dewatering) realitza l'ajust del dosatge de polielectrolito a l'entrada de centrífuga monitorizando la concentració de sòlids i el cabal, permetent millorar la sequedat del fang deshidratat i reduir els costos de reactiu.