Biological wastewater treatment: new control strategies

[Resumen] En este trabajo se estudia el tratamiento biológico en estaciones depuradoras de aguas residuales mediante el Benchmark de Simulación BSM2. Se establecen como indicadores del proceso los relativos al nitrógeno total, el amonio en el efluente y los nitratos. Y como variables manipulables con mayor influencia en los anteriores indicadores: el caudal de purga, el caudal de recirculación interno, el caudal de la fuente de carbono externo, y la referencia de oxígeno disuelto en los tanques de denitrificación. Se analizan la influencia y los rangos de operación más adecuados de las anteriores variables a través de estudios estacionarios. Asimismo, se realizan análisis dinámicos para determinar el uso de variables en estrategias de control. Se propone un control dual del amonio en el efluente manipulando, en bandas de frecuencia diferentes, la recirculación y la concentración de oxígeno. Esto permite también la regulación de la concentración de oxígeno a valores deseados para favorecer la nitrificación-denitrificación o para minimizar gastos. El resto de variables manipulables se emplearían en lazos de control simples.[Abstract] In this work, the biological treatment in sewage treatment plants is studied through the BSM2 Simulation Benchmark. The indicators of the process are those related to total nitrogen, ammonium in the effluent and nitrates. And as manipulable variables with greater influence on the previous indicators: the purge flow rate, the internal recirculation flow rate, the flow rate of the external carbon source, and the dissolved oxygen reference in the denitrification tanks. The influence and the most adequate ranges of operation of the previous variables are analyzed through stationary studies. Likewise, dynamic tests are carried out to determine the use of variables in control strategies. It is proposed a dual control of the ammonium in the effluent by manipulating, in different frequency bands, the recirculation and oxygen concentration. This also allows the regulation of the oxygen concentration at desired values to favor nitrification-denitrification or to minimize costs. The rest of the manipulable variables would be used in simple control loops.Ministerio de Economía y Competitividad; DPI2016-77271-RUniversidad de La Rioja; REGI 2018/4