diseño o y validación n de estrategias avanzadas de control en EDAR. Aplicación n a la EDAR de Galindo

Transcripción

1 Utilización n de modelos matemáticos ticos para el diseño o y validación n de estrategias avanzadas de control en EDAR. Aplicación n a la EDAR de Galindo

2 INDICE 1. OBJETIVOS DEL TRABAJO 2. VALIDACIÓN POR SIMULACIÓN DE CONTROLADORES PARA LA EDAR DE GALINDO 3. IMPLANTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL 4. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL

3 1. 1. OBJETIVOS IMPLANTACIÓN A ESCALA REAL DE CONTROLADORES AVANZADOS CON LOS SIGUIENTES OBJETIVOS: 1. Ganar en estabilidad y robustez del proceso 2. Optimizar la eliminación de nitrógeno 3. Reducir costes de operación SE PROPONE CONTROLAR LAS SIGUIENTES VARIABLES DE PROCESO 1. Masa total de sólidos 2. Amonio en el efluente 3. Nitratos en la zona anóxica

4 1. 1. OBJETIVOS Arquitectura de control jerárquica Información sintetizada Supervisión Gestión Planificación SCADA Avanzado SCADA Convencional EDAR Información sintetizada Información bruta Control Avanzado Control Semiautomático Control Automatización

5 1. 1. OBJETIVOS APLICACIÓN APLICACIÓN DE DE ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE DE CONTROL CONTROL TIPO TIPO FEEDBACK FEEDBACK 1. Control de la masa total de sólidos en el reactor biológico Set-point SSLM + - Controlador de SSLM Set-point Q purga + NIVEL 0 - Controlador de Q purga EDAR Medida Q purga Valor Medio SSLM Medida SSLM NIVEL 1 Media Móvil 24-h Asegurar un valor constante de la masa de sólidos en el biológico (set-point) Adecuación automática del caudal de purga de fango en exceso

6 1. 1. OBJETIVOS APLICACIÓN APLICACIÓN DE DE ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE DE CONTROL CONTROL TIPO TIPO FEEDBACK FEEDBACK 2. Control de la concentración media de amonio efluente Set-point Amonio + - Controlador de Amonio Set-point OD + NIVEL 0 - Controlador de OD EDAR Medida OD Valor Medio Amonio Medida Amonio Efluente NIVEL 1 Media Móvil 24-h Regula de forma automática el sistema de aireación Media móvil para evitar que la actuación del controlador responda a la variación diaria del amonio efluente provocada por el amonio influente Regula de manera suave el set-point de oxigeno disuelto adecuando la planta a las perturbaciones a medio y largo plazo

7 1. 1. OBJETIVOS APLICACIÓN APLICACIÓN DE DE ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE DE CONTROL CONTROL TIPO TIPO FEEDBACK FEEDBACK 3. Control de la concentración de nitratos en el último reactor de la zona anóxica Optimización del proceso de desnitrificación aportando a la zona anóxica la cantidad justa de nitratos Prevenir inhibiciones de la desnitrificación: (1) bien, por ausencia de nitratos; o (2) por presencia de oxígeno disuelto Compara el valor de referencia de nitratos con el valor medido, para controlar las variaciones de concentración de los mismos.

8 2. 2. VALIDACIÓN POR POR SIMULACIÓN Desarrollo de la herramienta de simulación Se ha utilizado la plataforma de simulación WEST Se ha simulado el tratamiento biológico de una de las seis líneas Simulaciones con datos de funcionamiento de Galindo durante todo un año (diferentes condiciones operacionales: tiempo seco, lluvias ) Primera fase: simulaciones en lazo abierto Segunda fase: implementación en el simulador de los tres controladores Análisis del funcionamiento de cada controlador

9 2. 2. VALIDACIÓN POR POR SIMULACIÓN Configuración hidráulica de la EDAR de Galindo Caudal influente Caudal de recirculación interna Caudal de purga Caudal elfluente R1 R2 S1 S2 D F1 F2 N1 N2 N3 Caudal de aire Caudal de recirculación externa Caudal de aire

10 Simulador en lazo abierto VALIDACIÓN POR POR SIMULACIÓN

11 Simulador en lazo cerrado VALIDACIÓN POR POR SIMULACIÓN

12 2. 2. VALIDACIÓN POR POR SIMULACIÓN Resultados de simulación Control de masa de sólidos La producción de fangos se reduce un 25% SST (g/m 3 ) SST(N3) sin control SST(N3) control 0 1 año

13 Resultados de simulación Control de amonio VALIDACIÓN POR POR SIMULACIÓN 7 N-NH4m ef sin control 6 N-NH4m ef control 5 N-NH 4 m ef (g/m3) año

14 2. 2. VALIDACIÓN POR POR SIMULACIÓN Resultados de simulación Control de amonio (el consumo de aire se redujo un 20% aprox.) Kla (N2) sin control Kla (N2) control Kla (N2) (1/d) año

15 2. 2. VALIDACIÓN POR POR SIMULACIÓN Resultados de simulación Control de Nitratos (reducción de costes energéticos) 14 N-NO3 sin control N-NO3 control N-NO 3 (D) (g/m3) año

16 A B C D E F G H SE LECTED ON-LINE IMPLANTACIÓN DEL DEL SISTEMA DE DE CONTROL Solución innovadora con una arquitectura de control abierta para su interacción con cualquier sistema de control y supervisión actual. CONTROL SYSTEM OVERVIEW New Supervisory Control Strategies Level 3 New Advanced Control Scada-HMI Scada-HMI Remote Control Level 2 HMI Supervision Control ETHERNET PLC PLC Control Desks Drives Control Desks Drives Level 1 Automation Control Profibus Profibus BS BL W BS BL W Remote I/O Sensors Remote I/O Sensors

17 3. 3. IMPLANTACIÓN DEL DEL SISTEMA DE DE CONTROL Arquitectura de control compacta instalada sobre una plataforma PC/PLC constituida por los siguientes elementos: - Un PC estandar con 512 Mb de Ram - Una base de datos Oracle/SQL Server - Un PLC Siemens - Un Scada In-Touch/ Win CC para la supervisión de la aplicación - Un sistema de comunicaciones con el control de la planta. Ethernet/Profibus - Un modem - Un software de aplicación

18 4. 4. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL Aplicación a la la EDAR de de Galindo Bilbao ( HE)

19 4. 4. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL SINÓPTICO SINÓPTICO DEL DEL SCADA SCADA AVANZADO. AVANZADO. ACCESO ACCESO REMOTO REMOTO PARA PARA SEGUIMIENTO SEGUIMIENTO ON-LINE ON-LINE

20 4. 4. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL Controlador Controladorde de Sólidos Sólidos caudal caudal de de purga purga Masa Total Sólidos (T)100 REF 25 Caudal purga (m 3 /min) 1.9 Límite Superior Límite Inferior 23/08 28/08 02/09 07/09 12/09 17/09 22/09 27/09 02/10 07/10

21 4. 4. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL Controlador Controladorde de amonio amonioefluente set-point set-point de de OD OD N-NH 4 (mgn/l) Valor instantáneo de amonio Media móvil de amonio REF DO Set-point (mg/l) /08 28/08 02/09 07/09 12/09 17/09 22/09 27/09 02/10 07/10

22 4. 4. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL Controlador Controladorde de nitratos nitratosen en zona zonaanóxica anóxica 4 3,5 nitratos(m/l) nitratos(mg/l) Nitratos (mg/l) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 3 meses

23 4. 4. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL Comparación Comparación entre entre una una línea línea operada operada de de forma forma convencional convencional y y controlada controlada por por nuevos nuevos controladores controladores avanzados avanzados OD (mg/l) Sin Control Supervisor Con Control Supervisor REF 0.0 Límite Inferior Caudal Aire (m 3 /h) Sin Control Supervisor Con Control Supervisor 0 08/09 09/09 10/09 11/09 12/09 13/09 14/09 15/09 Ahorros en la aireación entre un 15-20%

24 CONCLUSIONES La validación experimental de los controladores ha confirmado las expectativas del estudio de simulación Funcionamiento más estable Reducción de costes de aireación en torno al 20% El problema de control debe ser incorporado al problema de diseño de una EDAR (no son problemas separados, sino que deben ser considerado de manera conjunta) Proveedores de bombas, de equipos de aireación y también de controladores avanzados La exploración por simulación de estrategias de control constituye una metodología muy eficaz como paso previo a la implantación real

25 CONCLUSIONES La solución de control implantada en la EDAR de Galindo puede ser fácilmente adaptada a otras configuraciones con eliminación de N y a otros tamaños de EDAR Aplicación a EDAR de medio tamaño (Ejemplo: la EDAR de Durango) Trabajos futuros en la línea de control: Extender las actuales soluciones de control a nuevas especificaciones de control (reducción de picos de amonio en el efluente) Detectar automáticamente situaciones de funcionamiento anómalo: fallos en los equipos de actuación y medida que intervienen en los lazos de control