Los procesos de depuración de aguas residuales tienen comportamientos no lineales de manera más acusada incluso que los de potabilización, por lo que sus variables operativas no son interpretables de forma individual. Por otra parte, muchas técnicas de medida habituales presentan incertidumbres inherentes o son influidas por su entorno. Si a esto unimos la elevada variabilidad de los vertidos, resulta imprescindible mejorar la sensorización de los procesos de estas plantas para asegurar la calidad de los vertidos, la recuperación de recursos y la máxima eficiencia energética.
El objetivo general de la actuación consiste en actualizar los sistemas de ayuda a la operación para mejorar la eficiencia de la depuradora de Valladolid, asegurando el cumplimiento de los objetivos ambientales por medio de la innovación y la digitalización, concebidas como la recopilación de datos y la operación basadas en esa información. A medio plazo, tras la acumulación de conocimiento operativo suficiente, se pretende que la plataforma inteligente descrita en otra actuación, permita un grado de seguridad suficiente para operar la mayoría de los procesos durante la mayor parte del tiempo, en forma automática, resultando más fiables las decisiones basadas en datos que en decisiones subjetivas condicionadas por la información incompleta que actualmente pueden tener los operadores.
Contar con un sistema de ayuda a la explotación basado en datos es fundamental para hacer frente a los requerimientos de la revisión de la Directiva sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas que recientemente ha aprobado el Consejo Europeo, tanto para hacer frente al reto de neutralidad energética y energías renovables, como en la reducción de los límites de vertido en nitrógeno y fósforo, o en la eliminación de microcontaminantes, a los que debe enfrentarse la EDAR de la aglomeración urbana de Valladolid. Afrontar estos retos requiere aplicar soluciones que pueden complicar el control de los procesos. Como por ejemplo incorporar codigestión y el retorno de los escurridos del digestato, con alta carga orgánica: con ellos se producirá un incremento de la concentración de ácidos grasos y con ello de la producción de biogás; aunque si el incremento es acusado y se une la acumulación de amonio, podría desestabilizar el pH, reduciendo entonces el biogás, o generando problemas por aparición de espumas. Es por tanto necesario sensorizar cada variable de influencia en el digestor y analizar los datos recogidos para poder asegurar la gobernanza de los procesos y de la EDAR en su conjunto. Similar complejidad muestra el resto de procesos de la planta.
El alcance de la actuación incluye la implantación de medidores y un sistema de adquisición de datos para el control integral de la planta, en las líneas de tratamiento de agua, fangos y energía, para todos sus procesos: impulsiones, desbastes, tamizados, circulación y aireación de tanque de tormentas, desarenado y desengrasado, decantación primaria, etapas anaerobia, anóxica y óxica del proceso biológico, clarificación secundaria, vertido de efluente incluyendo microbiología, recirculaciones de agua, purga de bombeo de fangos, espesamiento, digestión, deshidratación de lodos, generación y almacenamiento de biogás, funcionamiento de motores de cogeneración y torres de refrigeración, y en general cuantos afecten al funcionamiento de la planta. Así mismo, la actuación incluye computación distribuida (Edge) donde sea precisa, y la realización de las pequeñas obras necesarias para la instalación (habilitación de puntos de toma, colocación de soportes o mástiles, instalaciones eléctricas y redes de comunicaciones en el interior de la propia planta, etc..). También se incluye la cualificación del personal de operaciones para mantener y supervisar el funcionamiento del sistema en base a la información recabada.
Las variables a monitorizar serán hidráulicas (niveles de agua o fangos, caudales, presiones, % sequedad…), de calidad (conductividad, pH, turbidez, MES, DQO, color, oxígeno disuelto, amonio, nitrógeno, nitritos, amonio, SST,…), energéticas (riqueza del biogás, PCS, volumen generado, temperatura de digestión, eficiencia intercambiadores…), eléctricas (potencia, intensidad, frecuencia, cos f, armónicos…), mecánicas (rpm, vibraciones o sonidos, fuerzas y pesos, desplazamientos…), neumáticas (caudal de aire, temperatura), etc; con la frecuencia apropiada en cada caso para poder caracterizar el proceso o el funcionamiento de la instalación.
El alcance de esta actuación incluye un nuevo sistema SCADA de control de EDAR, que sustituirá al existente con más de 10 años y sin capacidad para asumir toda la información procedente de la sensorización. Sobre él que se recabará la información y desde él se trasladará hasta el sistema de información técnica o datalake de todo el servicio municipal, que se describe en otra actuación. Igualmente se incluyen los servidores y sistemas software/hardware necesarios para implementar el sistema SCADA de telecontrol y en general todo lo que resulte imprescindible para desplegar sensorización.
Adicionalmente en el sistema de información se definirán “sensores software” que alimentados con las mediciones del proceso, permitan inferir otras variables operativas derivadas (altura del manto de lodos en los reactores o decantadores, cantidad de biomasa nitrificante…), y/o tipificar condiciones de funcionamiento, como podría ser -por ejemplo- en un digestor anaerobio, la estabilidad del funcionamiento del proceso biológico a partir de los datos de los sensores del caudal de alimentación y caudal de biogás producido en situación de alta carga, junto con datos externos de registros y predicciones ambientales; de cara a optimizar la producción de gas, y eventualmente mejorar la estabilización del fango tras modificar sus condiciones de operación de mesófilas a termófilas, regulando la temperatura mediante un caudal de micro aireación. La inferencia de estas nuevas variables se podrá realizar mediante dispositivos de computación distribuida a pie de proceso, o bien en el sistema de telecontrol; al margen de lo que pueda procesarse en la plataforma de business intelligence que se describirá en otra actuación de este proyecto.
La necesidad de esta actuación se fundamenta en los crecientes requisitos de funcionamiento de las depuradoras de aguas residuales, con procesos de alta demanda de energía y cada vez más difíciles de pilotar manualmente. En este contexto, la actuación debe:
- Aumentar la seguridad de los tratamientos de depuración de aguas residuales.
- Contribuir a preservar los recursos hídricos.
- Reducir el consumo energético y los reactivos.
- Optimizar los costes de mantenimiento en instalaciones y equipos.
- Mejorar la coordinación con la administración hidráulica.
- Democratizar la tecnología y el conocimiento abierto mediante la publicación de los datos generados para su utilización en la formación de profesionales.
La ejecución de esta actuación conlleva la adecuación de algunas instalaciones, la instalación de instrumentación y el entrenamiento del personal para su utilización y mantenimiento.
