Diseño de modelo de simulación con control automático para plantas de tratamiento de aguas

En este trabajo de fin de grado, a través de la simulación numérica, se simula el funcionamiento transitorio de una planta de tratamiento de aguas residuales, concretamente del tratamiento secundario de la misma. Los equipos fundamentales del tratamiento secundario son: reactores biológicos, decantador secundario, línea de recirculación, línea de purga, espesador y deshidratador. Para poder reproducir la función de estos equipos se requiere de un modelo matemático hidrodinámico y biológico acoplados. Una parte fundamental de este trabajo es la comprensión de modelos biológicos que tratan de describir las reacciones que se llevan a cabo en el interior del reactor biológico. En estos modelos se detallan los componentes que están presentes en estos sistemas, así como los procesos biológicos que se llevan cabo en su interior. El elevado número de elementos químicos presentes (13), orgánicos e inorgánicos, así como el conjunto de reacciones químicas y transformaciones a modelar no lineales (8) hacen del conjunto final un sistema altamente no lineal. Una vez elegido el modelo biológico que será empleado, conocido como modelo de lodos activados (ASM), es necesario programar el modelo hidrodinámico 0D, que permita establecer las conexiones entre los equipos mencionados. Aunque este modelo no permite apreciar las diferencias de concentración en el espacio de un mismo equipo, el principal problema es el acoplamiento entre ambos modelos, biológico e hidrodinámico, pues el número de variables a calibrar es alto, en particular cuando se tratan de definir los mecanismos de regulación de la planta. Para llegar a un diseño que emule la realidad, en esta memoria se procede a la simulación de varias configuraciones de plantas de tratamiento aguas residuales, a las cuales se irán añadiendo cada uno de los equipos mencionados anteriormente hasta completar el diseño final. Cada equipo aporta una variación en el funcionamiento de la planta que será estudiado con detalle, haciendo hincapié en las relaciones entre componentes. A su vez, se realizará una comparativa entre los resultados de una de las configuraciones y los proporcionados por el programa comercial Linx ASM1. El modelo aquí desarrollado tendrá prestaciones superiores ya que cuenta con la simulación de los procesos en el decantador secundario. Parte del trabajo de fin de grado se centra en la simulación de una planta de tratamiento de aguas residuales con control automático, reproduciendo la complejidad de los mecanismos de oxigenación gobernados por la velocidad de rotación de los equipos de aireación. En esta parte del trabajo, la regulación de la purga y el control automático amonio-oxígeno se incluirán en los modelos desarrollados de la parte anterior. A continuación, se realizará una comparativa entre la información proporcionada por la planta de tratamiento de aguas residuales Río Huerva y los resultados proporcionados por la simulación del modelo con control automático. El realismo en la simulación se aumentará al incluir en la simulación anterior un modelo de decantador secundario más sofisticado, donde el flujo y las especies transportadas serán calculadas asumiendo variaciones temporales y espaciales en la vertical mediante un modelo 1D. También se realizará de nuevo la comparativa con la información anterior. A este trabajo de fin de grado le acompañan una serie de anexos que desarrollan con detalle el modelo matemático necesario para simular el funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales. En primer lugar, incluye una descripción del modelo biológico aplicado. Posteriormente, describe con detalle cada una de las configuraciones empleadas en la primera parte del trabajo. A su vez, incluye toda la información proporcionada por la planta de aguas residuales Río Huerva. Seguidamente, describe con detalle los modelos de simulación con control automático, incluyendo el modelo del decantador más sofisticado. Por último, incluye las conclusiones de ambas partes de trabajo