Optimización de procesos de depuración mediante módulos de control estandarizados

Las exigencias medioambientales cada vez más restrictivas obligan a la gestión eficiente de los procesos de depuración de agua residual. El compromiso entre la calidad requerida de efluente y el ajuste de los costes de explotación solo puede conseguirse mediante la introducción de lazos automáticos de control. La gestión de las plantas de depuración de aguas residuales está basada habitualmente en sistemas centralizados de PLC (Controlador Lógico Programable).

Cuando se pretende implementar medidas de automatización, se requieren normalmente cambios y/o ampliaciones del sistema de PLC de planta. Para ello se necesita la preparación de especificaciones, la implementación de algoritmos en el PLC, revisión de su funcionamiento, elaboración de pantallas de SCADA y documentación asociada. Estas tareas se desarrollan con la asistencia de compañías externas, generando costes significativos y dilatando en el tiempo los beneficios deseados por la automatización. En el caso de plantas pequeñas o muy antiguas, a menudo es necesario modificar el hardware del PLC y accionamientos de planta, lo que conlleva el retraso o cancelación en las medidas de automatización al considerar una relación coste/beneficio desfavorable.

Los módulos de control estandarizados RTC se han desarrollado por Hach Lange específicamente para su aplicación en el tratamiento biológico de aguas residuales, y permiten incorporar conceptos de automatización a las plantas de depuración de una forma rápida y económica. Esto es particularmente útil en plantas que carecen de un departamento dedicado de automatización, o no disponen del soporte necesario para la especificación de los algoritmos de control. Igualmente en plantas medias-grandes diferentes subprocesos pueden ser automatizados con módulos RTC.

Los módulos están formulados para su aplicación en tareas específicas de automatización sin modificación del software de planta. Comparados con la práctica convencional de implementación de algoritmos en el PLC, los módulos RTC se instalan y ponen en funcionamiento de forma rápida y sencilla, consiguiendo de inmediato los objetivos de ahorro. La configuración de las diferentes variables se encuentra integrada en la unidad de control de la instrumentación asociada, permitiendo también su envío hacia el PLC de planta mediante de bus de campo, e incluso su transmisión remota mediante GSM/GPRS.

En la actualidad están disponibles los siguientes módulos de control RTC:

El establecimiento de sistemas de control de proceso exige la utilización de mediciones en tiempo real de las variables relevantes del proceso. La calidad de estas mediciones es fundamental para que el control se ejecute de forma satisfactoria. Para garantizar el correcto estado de los medidores, Hach Lange ha desarrollado Prognosys, un complemento de diagnóstico predictivo que analiza diversas variables y señales del instrumento y proporciona una indicación visual del estado y del rendimiento de cada sensor. Igualmente identifica las tareas de mantenimiento a realizar en el futuro, determinando el tiempo restante hasta la siguiente intervención requerida. El indicador de calidad y el indicador de mantenimiento se muestran como barras coloreadas en el controlador de los sensores, identificando de forma clara su situación actual por medido de su escala verde, amarilla y roja. Pulsando cada barra el usuario encontrará información detallada de la situación actual de cada indicador, como el estado de calibración, las señales de diagnóstico del sensor, los niveles de reactivos y otras lecturas específicas del instrumento.

Todos estos datos permiten agilizar el cuidado activo del instrumento, la solución de problemas y la respuesta, ya que el estado del instrumento siempre está visible. El módulo de control RTC utiliza igualmente esta información para determinar si las mediciones del instrumento reúnen la fiabilidad suficiente para ser utilizadas en el lazo de control. Si no es así el módulo RTC pasa de forma automática a trabajar con una estrategia de control alternativa, sustituyendo la medición en tiempo real por datos de perfil histórico o secuencia de tiempo según ventanas previamente configuradas por el usuario.

En el proceso de eliminación química de fósforo mediante la adición de sal metálica como cloruro férrico o sulfato de alúmina, el controlador P-RTC (Módulo de Control de Fosfato en Tiempo Real) permite realizar la dosificación adecuada de reactivo en base a las necesidades actuales del proceso, evitando costes innecesarios y permitiendo la reacción rápida ante necesidades puntuales de régimen alto de dosificación. En función de la carga de fosfato que haya en cada caso, P-RTC calcula automáticamente la cantidad correcta de precipitantes necesaria para mantener de forma fiable los valores de salida necesarios. Por otro lado, al reducir el consumo de precipitantes también se minimiza la producción de lodos, reduciendo los costes vinculados a la desecación y la retirada de los mismos.

Como fuente de información el sistema P-RTC utiliza la medida de ortofosfato en el punto de adición de reactivo, junto con el caudal del licor mezcla en ese punto. La medida de ortofosfato se realiza mediante el analizador colorimétrico Phosphax sc junto con la unidad de acondicionamiento Filtrax, que extrae un pequeño caudal de permeado de membranas sumergidas en el punto de análisis. El módulo P-RTC incluye algoritmos avanzados de control que permiten su adaptación a cualquier disposición de planta, pudiendo ser configurado para su trabajo tanto en lazo cerrado como abierto. En el primer caso la medición de ortofosfato se realiza posteriormente a la adición de sal metálica, estableciendo un doble lazo PID en base a la concentración de ortofosfato residual y al caudal actual en el punto de adición; este control permite reacciones rápidas ante cambios de régimen hidráulico de la planta y la confirmación de que el proceso de eliminación química se ha realizado correctamente.

En el caso de que la instalación en lazo cerrado no sea posible por la geometría de la planta, es posible la utilización del sistema P-RTC en lazo abierto, con medición de la concentración de ortofosfato previa al punto de adición de reactivo. Para ello el P-RTC, incluye en su memoria interna tablas empíricas de cálculo de la relación estequiométrica β metal/ortofosfato para los diferentes tipos de reactivos en función de la necesidad de reducción de ortofosfato, estimando con gran precisión el caudal requerido de reactivo para mantener un nivel de consigna programable de ortofosfato residual.

En procesos biológicos con reactor biológico con aireación continua, el módulo N-RTC permite establecer la concentración de oxígeno óptima en función de las siguientes mediciones:

• Medida de amonio a la entrada de reactor óxico mediante sonda A-ISE por electrodo de selectivo de iones.
• Medida de sólidos del reactor biológico mediante sonda Solitax.
• Medida de oxígeno y temperatura del reactor mediante sonda luminiscente LDO.
• Medida de amonio a final de reactor óxico mediante analizador Amtax por electrodo selectivo de gas amoníaco.
• Caudal del reactor óxico.

En base a estas mediciones el módulo N-RTC determina por aplicación de modelo la concentración de oxígeno óptima para la carga de amonio a tratar en el reactor, reajustando la consigna de oxígeno según el valor de concentración obtenido a final de tratamiento respecto a la consigna de amonio establecida por el usuario.

En procesos con aireación intermitente, el módulo N/DN-RTC permite establecer los tiempos de marcha/paro de la aireación y la consigna óptima de oxígeno en función de la medida de la concentración de amonio y nitrato en el reactor mediante la sonda AN-ISE por electrodo selectivo de iones. Al limitar el período de aireación al tiempo exigido por la carga de amonio, se puede optimizar el proceso de desnitrificación, reduciendo considerablemente la concentración de nitrógeno total con un ahorro importante de energía.

Los módulos RTC permiten también mejorar la eficiencia del tratamiento de fangos. El módulo SRT-RTC (Sludge Retention Time) controla la edad del fango monitorizando la temperatura del agua y la concentración de sólidos en los tanques de aireación y en la recirculación de fango. El sistema calcula la edad de fango óptima y determina la purga de fango requerida. Esto ayuda a la estabilidad de la nitrificación y a disminuir el coste de la energía de aireación.

El módulo ST-RTC (Sludge Thickening) permite controlar la dosificación de polielectrolito en los espesadores dinámicos, obteniendo un fango espesado estable y con alta concentración de sólidos a la entrada del digestor, lo que permite optimizar la producción de biogás. Utiliza la medida de la concentración de sólidos a la entrada y salida del espesador. Igualmente, el módulo SD-RTC (Sludge Dewatering) realiza el ajuste de la dosificación de polielectrolito a la entrada de centrífuga monitorizando la concentración de sólidos y el caudal, permitiendo mejorar la sequedad del fango deshidratado y reducir los costes de reactivo.