ES2933076B2 - METHOD AND SYSTEM FOR THE ESTIMATION OF WATER PARAMETERS IN A TREATMENT PLANT - Google Patents
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01D—SEPARATION
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-
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
MÉTODO Y SISTEMA PARA LA ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS DEL AGUA EN UNA METHOD AND SYSTEM FOR THE ESTIMATION OF WATER PARAMETERS IN A
PLANTA DE TRATAMIENTOPROCESSING FACILITIES
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente solicitud de patente tiene por objeto un método para la estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento, y sistema asociado, que comprende etapas de medición del valor de la conductividad, la temperatura, el pH, la presión, la recuperación de flujo, estimando de al menos un parámetro del agua en función de los valores medidos, y en función de un histórico acumulado, según se refleja en la reivindicación 1, obteniendo de dicha innovación notables ventajas.The purpose of this patent application is a method for estimating water parameters in a treatment plant, and associated system, which includes steps for measuring the value of conductivity, temperature, pH, pressure, recovery of flow, estimating at least one water parameter based on the measured values, and based on an accumulated history, as reflected in claim 1, obtaining notable advantages from said innovation.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Actualmente, en los sistemas de producción de agua para consumo humano mediante el proceso de ósmosis inversa es necesario realizar una analítica del agua producto según normativa. Ese proceso requiere de una toma de muestras en la instalación, traslado de las muestras a un laboratorio homologado, en donde se realiza, con la instrumentación específica, un análisis del agua para determinar la cuantificación de los parámetros establecidos en normativa. Existen instrumentos comerciales que, de forma continua, pueden suministrar información de un conjunto de parámetros del agua que se incluyen en la analítica. Sin embargo, existen otro conjunto importante de parámetros de los que no existe el instrumento de campo. Por lo que, la cuantificación completa de parámetros del agua, requeridos por normativa, se realiza en laboratorios a través de muestras periódicas Esto está establecido por normativa, para grandes plantas desalinizadoras cuyo objetivo es producir agua apta para consumo humano es un mes. Sin embargo, dicho procedimiento no proporciona información en tiempo real o de forma continua en plantas de ósmosis inversa.Currently, in water production systems for human consumption through the reverse osmosis process, it is necessary to carry out an analysis of the product water according to regulations. This process requires sampling at the facility, transfer of the samples to an approved laboratory, where a water analysis is carried out with specific instrumentation to determine the quantification of the parameters established in the regulations. There are commercial instruments that can continuously provide information on a set of water parameters that are included in the analysis. However, there is another important set of parameters for which the field instrument does not exist. Therefore, the complete quantification of water parameters, required by regulations, is carried out in laboratories through periodic samples. This is established by regulations, for large desalination plants whose objective is to produce water suitable for human consumption in one month. However, said procedure does not provide information in real time or continuously in reverse osmosis plants.
Existen divulgaciones y patentes que describen sistemas de monitorización y control de equipos de purificación de agua, basándose exclusivamente en un equipamiento y de una instrumentación en línea, no haciendo uso de datos de un histórico acumulado de datos correlacionable. Tampoco se han detectado divulgaciones en las se estimen concentraciones iónicas en el agua. There are disclosures and patents that describe monitoring and control systems for water purification equipment, based exclusively on equipment and on-line instrumentation, not making use of data from an accumulated historical data that can be correlated. Neither have disclosures been detected in the estimated ionic concentrations in the water.
A este respecto, es conocido del estado de la técnica, según se describe en el documento WO2020035874, un sistema de tratamiento de agua y un método de tratamiento del mismo. El sistema de tratamiento de agua incluye una fuente de alimentación, una unidad de filtración operativa para eliminar las impurezas del agua de alimentación; al menos un primer sensor de conductividad para medir la conductividad del agua filtrada recibida de la unidad de filtración una unidad de des ionización que des ioniza el agua filtrada durante un tiempo predefinido en una entrada eléctrica predefinida, al menos un segundo sensor de conductividad para medir la conductividad de agua des ionizada recibida de la unidad de desionización; y un controlador está configurado para recibir valores de conductividad desde el al menos un primer sensor de conductividad y el al menos un segundo sensor de conductividad. El controlador configura la fuente de alimentación para la entrada eléctrica predefinida a la unidad de desionización durante el tiempo predefinido basándose en al menos uno de los valores de conductividad.In this regard, it is known from the state of the art, as described in the document WO2020035874, a water treatment system and a treatment method thereof. The water treatment system includes a power supply, an operational filtration unit to remove impurities from the feed water; at least one first conductivity sensor for measuring the conductivity of filtered water received from the filtration unit a deionization unit that deionizes filtered water for a predefined time on a predefined electrical input at least one second conductivity sensor for measuring the conductivity of deionized water received from the deionization unit; and a controller is configured to receive conductivity values from the at least one first conductivity sensor and the at least one second conductivity sensor. The controller configures the power supply for predefined electrical input to the DI unit for the predefined time based on at least one of the conductivity values.
Por otro lado, es también conocido del estado de la técnica, según se describe en el documento W02014109074, un aparato de desalinización provisto de un primer medio de presurización, un primer módulo de membrana de ósmosis inversa, una primera línea de mezcla, un segundo medio de presurización, un segundo módulo de membrana de ósmosis inversa, una segunda línea de mezcla, un primer caudalímetro, una primera válvula de ajuste, un segundo medidor de flujo, una segunda válvula de ajuste, un medidor de conductividad eléctrica, un tercer medidor de flujo y una unidad de control. La unidad de control controla las acciones del segundo medio de presurización, la primera válvula de ajuste y la segunda válvula de ajuste sobre la base de la información adquirida y ajusta la potencia consumida por el segundo medio de presurización así como el caudal de agua del producto y la conductividad eléctrica.On the other hand, it is also known from the state of the art, as described in document W02014109074, a desalination apparatus provided with a first pressurization means, a first reverse osmosis membrane module, a first mixing line, a second pressurizing means, a second reverse osmosis membrane module, a second mixing line, a first flow meter, a first adjustment valve, a second flow meter, a second adjustment valve, an electrical conductivity meter, a third meter of flow and a control unit. The control unit controls the actions of the second pressurizing means, the first adjusting valve and the second adjusting valve on the basis of the acquired information and adjusts the power consumed by the second pressurizing means as well as the product water flow rate. and electrical conductivity.
Las instalaciones de producción de agua pueden funcionar de forma continua y durante las todas las horas del día. En la operación continua, existe un desconocimiento de algunos de los parámetros del agua, cuando se opera entre las analíticas de laboratorio, que normalmente son mensuales. Algunos parámetros de la analítica pueden afectar a la calidad del agua y/o al adecuado funcionamiento de la instalación. A la vista de lo anterior se observa todavía una necesidad de poder estimar parámetros concretos del agua en tiempo real. The water production facilities can operate continuously and during all hours of the day. In continuous operation, there is a lack of knowledge of some of the water parameters, when operating between laboratory tests, which are normally monthly. Some analytical parameters may affect the quality of the water and/or the proper functioning of the installation. In view of the above, there is still a need to be able to estimate specific water parameters in real time.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención consiste en un método, y sistema asociado, para estimar, de forma continua, los parámetros de la analítica del agua producto como resultado de un proceso de osmosis inversa tal y como se describe en las reivindicaciones. El objetivo es evitar el desconocimiento de los parámetros existentes en el agua tratada en la planta, y estar produciendo agua en condiciones no adecuadas o afectando al correcto funcionamiento de la instalación.The present invention consists of a method, and associated system, to continuously estimate the analytical parameters of product water as a result of a reverse osmosis process as described in the claims. The objective is to avoid ignorance of the existing parameters in the water treated at the plant, and to be producing water in unsuitable conditions or affecting the proper functioning of the installation.
El método y sistema propuestos permite estimar la cuantificación de los parámetros establecidos en el Anexo I del Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano utilizando dos medidores de conductividad: El primero a la entrada a la instalación, en el punto de alimentación, y segundo a la salida del agua producto, en el punto de permeado. También se ha de disponer de unos medidores del pH y de la temperatura a la entrada de alimentación. La recuperación de flujo de la instalación que se puede calcular mediante caudalímetros situados en las líneas de alimentación, y agua producto, es decir, a la salida, o podrá ser suministrado por un operador al presente sistema. Con la información procedente de los transmisores en la instalación y con la información previa de los análisis de aguas realizados con anterioridad en los laboratorios homologados, donde se incluyen los parámetros indicados a estimar (con mayor número de análisis previo mayor será la precisión de la estimación), el método y sistema diseñado mostrará de forma continua la información cuantitativa de cada uno de los parámetros indicados. Con la ayuda de dichos datos históricos se obtiene una información adicional precisa y en tiempo real, para una correcta operación de la instalación, dentro de la normativa vigente en cuanto a la calidad del agua producto o resultante de la planta de tratamiento de agua salobre o agua de mar.The proposed method and system allows estimating the quantification of the parameters established in Annex I of Royal Decree 140/2003, of February 7, which establishes the sanitary criteria for the quality of water for human consumption using two conductivity meters. : The first at the entrance to the installation, at the feeding point, and the second at the outlet of the product water, at the permeation point. There must also be some pH and temperature meters at the feed inlet. The flow recovery of the installation that can be calculated by means of flowmeters located in the supply lines, and product water, that is, at the outlet, or it may be supplied by an operator to this system. With the information from the transmitters in the installation and with the previous information from the water analyzes carried out previously in the approved laboratories, which include the indicated parameters to be estimated (the greater the number of previous analyzes, the greater the precision of the estimation). ), the method and system designed will continuously show the quantitative information of each of the indicated parameters. With the help of said historical data, additional precise information is obtained in real time, for a correct operation of the installation, within the current regulations regarding the quality of the water product or resulting from the brackish water treatment plant or seawater.
El método para la estimación de al menos un parámetro (4) del agua (1) en una planta (2) de tratamiento, que comprende las etapas de: a) medición del valor de la conductividad (31) del agua (1) a la entrada (21) de la planta (2) y/o a la salida (22) de la planta (2); b) medición del valor de la temperatura (32) del agua (1) a la entrada (21) y/o a la salida (22) de la planta (2); c) medición del valor del pH (33) del agua (1) a la entrada (21) y/o a la salida (22) de la planta (2); d) medición del valor de la presión (34) del agua (1) a la entrada (21) y/o a la salida (22) de la planta (2); e) medición del valor de la recuperación de flujo (35) del agua (1); f) estimación de al menos un parámetro (4) del agua (1) en función de los valores medidos (3) en las etapas a) a e), y en función de la correspondencia de dichos valores medidos (3) con los datos de un histórico (5) acumulado de parámetros (4) del agua (1) de dicha planta (2), donde la función que permite la estimación de dicho al menos un parámetro (4) del agua (1) es:The method for estimating at least one parameter (4) of the water (1) in a treatment plant (2), comprising the steps of: a) measurement of the conductivity value (31) of the water (1) to the entrance (21) of the plant (2) and/or at the exit (22) of the plant (2); b) measurement of the value of the temperature (32) of the water (1) at the inlet (21) and/or at the outlet (22) of the plant (2); c) measurement of the pH value (33) of the water (1) at the inlet (21) and/or at the outlet (22) of the plant (2); d) measurement of the value of the pressure (34) of the water (1) at the inlet (21) and/or at the outlet (22) of the plant (2); e) measuring the value of the flow recovery (35) of the water (1); f) estimation of at least one parameter (4) of the water (1) based on the measured values (3) in steps a) to e), and based on the correspondence of said measured values (3) with the data of an accumulated history (5) of parameters (4) of the water (1) of said plant (2), where the function that allows the estimation of said at least one parameter (4) of the water (1) is:
nno
uj ugh = = Z z i=1 i=1 K k • a ) b- • a ) b-
Más en particular, el método para la estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento, comprende las etapas de i) medición del valor de la conductividad del agua a la entrada de la planta; ii) medición del valor de la temperatura del agua a la entrada de la planta; iii) medición del valor del pH del agua a la entrada de la planta; iv) medición del valor de la presión del agua a la entrada de la planta; v) medición del valor de la conductividad del agua a la salida de la planta; vi) medición del valor de la recuperación de flujo del agua; vii) estimación de al menos un parámetro del agua en función de los valores medidos en las etapas i) a vi), y en función de la correspondencia de dichos valores medidos con los datos de un histórico acumulado de parámetros del agua de dicha planta, donde la función que permite la estimación de dicho al menos un parámetro (4) del agua (1) es:More particularly, the method for estimating water parameters in a treatment plant comprises the steps of i) measuring the conductivity value of the water at the plant inlet; ii) measurement of the value of the water temperature at the entrance of the plant; iii) measurement of the pH value of the water at the entrance of the plant; iv) measurement of the value of the water pressure at the entrance of the plant; v) measurement of the value of the conductivity of the water at the outlet of the plant; vi) measurement of the value of water flow recovery; vii) estimation of at least one water parameter based on the values measured in stages i) to vi), and based on the correspondence of said measured values with data from an accumulated history of water parameters of said plant, where the function that allows the estimation of said at least one parameter (4) of the water (1) is:
nno
u j u j = = Z z ((
i=1 i=1 w w • a i ) b j • ai ) bj
De este modo se hace posible estimar con mayor precisión, y de manera más ágil en el tiempo, parámetros concretos del agua en tiempo real, indicativos de la calidad del agua. Señalar que cada uno de los parámetros es representativo de la presencia en mayor o menor medida de un elemento químico en el agua. La estimación de la calidad del agua producto, es decir, a la salida de la planta, en términos de la cuantificación de los parámetros establecidos en el Anexo I del Real Decreto 140/2003, tiene como principal ventaja el poder conocer de forma estimada, la calidad del agua producto en tiempo real, teniendo en cuenta los parámetros de operación de la plantaIn this way, it is possible to estimate with greater precision, and in a more agile way in time, specific water parameters in real time, indicative of water quality. Point out that each of the parameters is representative of the presence to a greater or lesser extent of a chemical element in the water. The estimation of the quality of the product water, that is, at the outlet of the plant, in terms of the quantification of the parameters established in Annex I of Royal Decree 140/2003, has the main advantage of being able to know in an estimated way, the quality of the product water in real time, taking into account the operating parameters of the plant
Cabe precisar que la etapa vi) de medición del valor de la recuperación de flujo del agua, es por medio del cociente entre el valor medido del caudal de agua a la salida de la planta, dividido entre el valor medido del caudal de agua a la entrada de la planta, de manera que se obtiene de manera precisa la eficiencia de la planta de tratamiento en cuanto al volumen de agua que ha sido tratada con respecto a la suministrada. Preferentemente, la medición del valor del caudal de agua a la salida y/o a la entrada de la planta es por medio de un caudalímetro, aprovechando la precisión de dichos dispositivos en la actualidad. Alternativamente, la medición del valor del caudal de agua a la salida y/o a la entrada de la planta es por medio de la medición manual de un operario de la planta, de manera que se posibilita un ahorro en los dispositivos necesarios en la instalación.It should be noted that stage vi) of measuring the value of the water flow recovery, is by means of the quotient between the measured value of the water flow at the outlet of the plant, divided by the measured value of the water flow at the entrance of the plant, so that the efficiency of the treatment plant in terms of the volume of water that has been treated with respect to that supplied is accurately obtained. Preferably, the measurement of the value of the water flow at the outlet and/or at the entrance of the plant is by means of a flow meter, taking advantage of the precision of said devices at present. Alternatively, the measurement of the value of the water flow at the outlet and/or inlet of the plant is through the manual measurement of a plant operator, so that savings are possible in the necessary devices in the installation.
Más concretamente, el al menos un parámetro estimado del agua es la concentración de un ión, considerándose dicha concentración, una propiedad química del agua, indicativa de su calidad y su aptitud para el consumo humano (la concentración de los iones son parámetros incluidos en el RD 140/2003. Habrá una concentración por cada ión). Así, la estimación de dicho parámetro permitiría corregir en tiempo real la operación de la planta para cumplir los criterios establecidos por normativa y evitar que se produzca agua producto no apta para consumo humano, lo que podría tener efectos perjudiciales para la salud.More specifically, the at least one estimated parameter of the water is the concentration of an ion, considering said concentration a chemical property of the water, indicative of its quality and suitability for human consumption (the concentration of the ions are parameters included in the RD 140/2003. There will be a concentration for each ion). Thus, the estimation of said parameter would make it possible to correct the operation of the plant in real time to meet the criteria established by regulations and prevent the production of product water unfit for human consumption, which could have detrimental effects on health.
Según otro aspecto de la invención, en la etapa vii) la estimación de al menos un parámetro del agua está adicionalmente en función de un coeficiente de calibración, de manera que se puede ajustar las estimaciones a lo largo de tiempo, y de la operación de la planta de tratamiento, a la vista de las desviaciones observadas entre la estimación, y las mediciones de los laboratorios homologados.According to another aspect of the invention, in stage vii) the estimate of at least one water parameter is additionally a function of a calibration coefficient, so that the estimates can be adjusted over time, and of the operation of the treatment plant, in view of the deviations observed between the estimation and the measurements of the approved laboratories.
Más en detalle, el ajuste del coeficiente de calibración se realiza en función de unos últimos valores medidos del agua de dicha planta. Clarificar que el recalibrado por medio de un coeficiente de calibración consiste en aportar al sistema una nueva información complementaria de posteriores análisis. Para ello, cuando se realice de forma discreta una nueva analítica de laboratorio, será necesaria la introducción esta nueva información. Esto permitirá que el sistema se recalibre con esta información adicional. Este proceso se podrá realizar cada vez que se disponga de nuevas analíticas realizadas por laboratorios homologados.More in detail, the adjustment of the calibration coefficient is carried out based on some last measured values of the water of said plant. Clarify that recalibration by means of a calibration coefficient consists of providing the system with new complementary information from subsequent analyses. For this, when a new laboratory test is carried out discreetly, it will be necessary to introduce this new information. This will allow the system to recalibrate with this additional information. This process can be carried out whenever new analyzes are carried out by approved laboratories.
En una realización preferida de la invención, al menos un parámetro a ser estimado es representativo de al menos un elemento químico y/o propiedad química del grupo de Escherichia coli, Enterococo, Clostridium perfringens, Antimonio, Arsénico, Benceno, Benzo(a)pireno, Boro, Bromato, Cadmio, Cianuro, Cobre, Cromo, 1,2-Dicloroetano, Fluoruro, Hidrocarburos Policíclicos Aromáticos (HPA), Mercurio, Microcistina, Níquel, Nitrato, Nitritos, Total de plaguicidas, Plaguicida individual, Plomo, Selenio, Trihalometanos (THMs), Tricloroeteno Tetracloroeteno, Acrilamida, Epiclorhidrina, Cloruro de vinilo, Bacterias coliformes, Recuento de colonias a 22°C, Aluminio, Amonio, Carbono orgánico total, Cloro combinado residual, Cloro libre residual, Cloruro, Color, Conductividad, Hierro, Manganeso, Olor, Oxidabilidad, pH, Sabor, Sodio. De este modo la estimación de las propiedades químicas del agua se ajusta a lo requerido por la normativa, y en concreto al Anexo I del Real Decreto 140/2003, de 7 de febreroIn a preferred embodiment of the invention, at least one parameter to be estimated is representative of at least one chemical element and/or chemical property from the group of Escherichia coli, Enterococcus, Clostridium perfringens, Antimony, Arsenic, Benzene, Benzo(a)pyrene. , Boron, Bromate, Cadmium, Cyanide, Copper, Chromium, 1,2-Dichloroethane, Fluoride, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (HPA), Mercury, Microcystin, Nickel, Nitrate, Nitrites, Total Pesticides, Individual Pesticide, Lead, Selenium, Trihalomethanes (THMs), Trichloroethene Tetrachloroethene, Acrylamide, Epichlorohydrin, Vinyl Chloride, Coliform Bacteria, Colony Count at 22°C, Aluminium, Ammonium, Total Organic Carbon, Residual Combined Chlorine, Residual Free Chlorine, Chloride, Color, Conductivity, Iron, Manganese, Odor, Oxidability, pH, Taste, Sodium. In this way, the estimation of the properties water chemicals conforms to what is required by the regulations, and specifically to Annex I of Royal Decree 140/2003, of February 7
Es por otro lado objeto de la presente invención un sistema de estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento, que comprende unos medios de procesamiento configurados para ejecutar el método referido con anterioridad.On the other hand, the object of the present invention is a system for estimating water parameters in a treatment plant, which comprises processing means configured to carry out the aforementioned method.
Opcionalmente, el sistema de estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento comprende un conductímetro para la medida de la conductividad del agua a la entrada y/o a la salida de la planta, estando situado preferentemente a la entrada. Con la presencia de dicho dispositivo se pueden efectuar unas medidas de la conductividad de mayor precisión, minimizando el margen de error debido al factor humano.Optionally, the system for estimating water parameters in a treatment plant comprises a conductivity meter for measuring the conductivity of the water at the inlet and/or outlet of the plant, preferably located at the inlet. With the presence of said device, more precise conductivity measurements can be made, minimizing the margin of error due to the human factor.
Según otro aspecto de la invención, el sistema de estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento comprende un termómetro para la medida de la temperatura del agua a la entrada y/o a la salida de la planta, estando situado preferentemente a la entrada. De igual modo, la presencia de dicho dispositivo permite efectuar unas medidas de la temperatura de mayor precisión, minimizando el margen de error debido al factor humano.According to another aspect of the invention, the system for estimating water parameters in a treatment plant comprises a thermometer for measuring the temperature of the water at the inlet and/or outlet of the plant, preferably located at the inlet. In the same way, the presence of said device allows for more precise temperature measurements, minimizing the margin of error due to the human factor.
Por otro lado, el sistema de estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento comprende un pH-metro para la medida del pH del agua a la entrada y/o a la salida de la planta, estando situado preferentemente a la entrada. De igual modo, la presencia de dicho dispositivo permite efectuar unas medidas de la temperatura de mayor precisión, minimizando el margen de error debido al factor humano.On the other hand, the system for estimating water parameters in a treatment plant comprises a pH-meter for measuring the pH of the water at the entrance and/or exit of the plant, preferably being located at the entrance. In the same way, the presence of said device allows for more precise temperature measurements, minimizing the margin of error due to the human factor.
Adicionalmente, el sistema de estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento comprende un manómetro para la medida de la presión del agua a la entrada y/o a la salida de la planta, estando situado preferentemente a la entrada. De igual modo, la presencia de dicho dispositivo permite efectuar unas medidas de la presión de mayor precisión, minimizando el margen de error debido al factor humano.Additionally, the system for estimating water parameters in a treatment plant comprises a pressure gauge for measuring the water pressure at the inlet and/or outlet of the plant, preferably located at the inlet. In the same way, the presence of said device allows for more precise pressure measurements, minimizing the margin of error due to the human factor.
Complementariamente, el sistema de estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento comprende un caudalímetro para la medida del caudal del agua a la entrada y/o a la salida de la planta, estando situado preferentemente en ambos lugar, a la entrada y a la salida. De igual modo, la presencia de dicho dispositivo permite efectuar unas medidas del caudal, y de la recuperación de flujo del agua, de mayor precisión, minimizando el margen de error debido al factor humano.In addition, the system for estimating water parameters in a treatment plant includes a flow meter for measuring the flow of water at the inlet and/or outlet of the plant, preferably located in both places, at the inlet and outlet. . In the same way, the presence of said device makes it possible to carry out some measurements of the flow, and of the recovery of water flow, with greater precision, minimizing the margin of error due to the human factor.
En una realización preferida de la invención, el sistema de estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento comprende unos medios de introducción de valores medidos del agua de dicha planta a los medios de procesamiento, de modo que la estimación puede alcanzar una mayor precisión, al poder corregir y recalibrar el sistema en función de valores reales medidos.In a preferred embodiment of the invention, the system for estimating water parameters in a treatment plant comprises means for introducing measured values of the water from said plant to the processing means, so that the estimation can achieve greater precision. , by being able to correct and recalibrate the system based on real measured values.
En los dibujos adjuntos se muestra, a título de ejemplo no limitativo, figuras ilustrativas de un Método y sistema para la estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento constituido de acuerdo con la invención. Otras características y ventajas de dicho Método y sistema para la estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento, objeto de la presente invención, resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan.The attached drawings show, by way of non-limiting example, illustrative figures of a Method and system for estimating water parameters in a treatment plant constituted in accordance with the invention. Other characteristics and advantages of said Method and system for the estimation of water parameters in a treatment plant, object of the present invention, will become evident from the description of a preferred, but not exclusive, embodiment, which is illustrated by way of non-limiting example in the accompanying drawings.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figura 1.- Vista general en esquema de sistema para la estimación de parámetros del agua en una planta de tratamiento, de acuerdo con la presente invención. La leyenda con las denominaciones concretas que aparecen en la figura 1, sería la siguiente:Figure 1.- General view of the system scheme for the estimation of water parameters in a treatment plant, according to the present invention. The legend with the specific denominations that appear in figure 1 would be the following:
- (CT) es la medida de conductividad a la entrada (21) y/o salida (22) de la planta (2);- (CT) is the conductivity measurement at the input (21) and/or output (22) of the plant (2);
- (TT) es la medida de la temperatura del agua de entrada (21);- (TT) is the measurement of the inlet water temperature (21);
- (pHT) es la medida del pH del agua (1) de entrada (21);- (pHT) is the measurement of the pH of the input water (1) (21);
- (PT) es la medida de la presión de alimentación;- (PT) is the measurement of the supply pressure;
- (FT) es la medida del flujo a la entrada (21) y/o salida (22) de la planta (2).- (FT) is the measurement of the flow at the entrance (21) and/or exit (22) of the plant (2).
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTEDESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT
A la vista de las mencionadas figuras y, de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, comprendiendo las etapas, partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.In view of the aforementioned figures and, in accordance with the numbering adopted, a preferred embodiment of the invention can be seen in them, comprising the stages, parts and elements that are indicated and described in detail below.
En la figura 1 se puede observar una vista general en esquema de sistema para la estimación de parámetros (4) del agua (1) en una planta (2) de tratamiento. Se observa el punto de entrada (21) y de salida (22) del agua (1) sobre la cual se efectúan una serie de mediciones de cara a llegar a un valor medido (3) de propiedades tales como la conductividad (31), la temperatura (32), el pH (33), la presión (34), el flujo (35), de cara a establecer una serie de parámetros (4) susceptibles de ser almacenados como datos en un histórico (5), por ejemplo en una base de datos en el disco duro de un ordenador. Dichas mediciones se efectúan en la entrada (21) y en la salida (22), colocando a tal efecto dispositivos tales como un caudalímetro (61), un conductímetro (62), un termómetro (63), un pH-metro (64) o un manómetro (65). El sistema puede contar adicionalmente con unos medios de procesamiento (7) de los datos y/o mediciones, y unos medios de introducción (71) de dichos datos y/o mediciones al objeto por ejemplo de actualizar el histórico (5) y conseguir estimaciones más precisas y ajustadas a la realidad.Figure 1 shows a general view of the system schematic for the estimation of parameters (4) of water (1) in a treatment plant (2). The entry point (21) and exit point (22) of the water (1) on which a series of measurements are made in order to arrive at a measured value (3) of properties such as conductivity (31), temperature ( 32), the pH (33), the pressure (34), the flow (35), in order to establish a series of parameters (4) that can be stored as data in a history (5), for example in a database data on a computer hard drive. These measurements are made at the inlet (21) and at the outlet (22), placing devices such as a flowmeter (61), a conductivity meter (62), a thermometer (63), a pH-meter (64) for this purpose. or a manometer (65). The system can additionally have processing means (7) of the data and/or measurements, and input means (71) of said data and/or measurements in order, for example, to update the history (5) and obtain estimates. more precise and adjusted to reality.
Cabe mencionar que el sistema para la estimación de la cuantificación de los parámetros (4) del agua (1) en una planta (2) de ósmosis inversa consiste en: a) una puesta en marcha inicial; b) una puesta en práctica; y un c) recalibrado.It is worth mentioning that the system for estimating the quantification of the parameters (4) of the water (1) in a reverse osmosis plant (2) consists of: a) an initial start-up; b) an implementation; and a c) recalibrated.
La puesta en marcha inicial es precisa para que el sistema funcione por primera vez, y sus etapas se describen a continuación: En primer lugar, se debe disponer de las analíticas realizadas por laboratorios homologados que reflejan la calidad del agua (1) y de los parámetros (4) que se desean estimar, según el Anexo I del Real Decreto 140/2003. Toda esa información se ha de aportar a la aplicación informática o medios de procesamiento (7), hasta que alcance un adecuado conocimiento de las variables y parámetros (4). Una vez realizada la introducción de las analíticas se dispondrá de un equipo calibrado para su operación en línea.The initial start-up is necessary for the system to work for the first time, and its stages are described below: First, the analyzes carried out by approved laboratories must be available, which reflect the quality of the water (1) and the parameters (4) to be estimated, according to Annex I of Royal Decree 140/2003. All this information must be provided to the computer application or processing means (7), until adequate knowledge of the variables and parameters is reached (4). Once the introduction of the analytics has been carried out, a calibrated equipment will be available for its online operation.
Para la puesta en práctica de dicho sistema, se requiere esencialmente de la aportación de la información procedente de los dos conductímetros (62), entrada (21) de alimentación y salida (22) producto, medidor de pH o pH-metro (64), medidor de temperatura o termómetro (63), medidor de presión o manómetro (65) y recuperación de flujo en la instalación, ya sea mediante dos caudalímetros (61) o mediante información suministrada por un operario de la planta (2). En esta situación, el sistema está en disposición de suministrar la información de cada uno de los parámetros (4) establecidos en el Anexo I del Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua (1) de consumo humano de forma continua. Añadir que la información y el manejo de los datos proporcionados por los distintos elementos de medición que componen el sistema se lleva a cabo mediante un software instalado en los medios de procesamiento (7) de un ordenador. For the implementation of said system, it is essentially required the contribution of information from the two conductivity meters (62), input (21) of feeding and output (22) product, pH meter or pH-meter (64). , temperature meter or thermometer (63), pressure meter or manometer (65) and flow recovery in the installation, either through two flowmeters (61) or through information provided by a plant operator (2). In this situation, the system is in a position to provide information on each of the parameters (4) established in Annex I of Royal Decree 140/2003, of February 7, which establishes the sanitary quality criteria. of water (1) for human consumption continuously. Add that the information and management of the data provided by the different measurement elements that make up the system is carried out by means of software installed in the processing means (7) of a computer.
Cabe citar de modo complementario el listado de las variables que se pueden estimar en el sistema propuesto de la presente invención.In addition, it is worth mentioning the list of variables that can be estimated in the proposed system of the present invention.
- Como parámetros (4) microbiológicos: Escherichia coli, Enterococo, Clostridium perfringens;- As microbiological parameters (4): Escherichia coli, Enterococcus, Clostridium perfringens;
- Como parámetros (4) químicos: Antimonio, Arsénico, Benceno, Benzo(a)pireno, Boro, Bromato, Cadmio, Cianuro, Cobre, Cromo, 1,2-Dicloroetano, Fluoruro, Hidrocarburos Policíclicos Aromáticos (HPA), Mercurio, Microcistina, Níquel, Nitrato, Nitritos, Total de plaguicidas, Plaguicida individual, Plomo, Selenio, Trihalometa nos (THMs), Tricloroeteno Tetracloroeteno;- As chemical parameters (4): Antimony, Arsenic, Benzene, Benzo(a)pyrene, Boron, Bromate, Cadmium, Cyanide, Copper, Chromium, 1,2-Dichloroethane, Fluoride, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (HPA), Mercury, Microcystin , Nickel, Nitrate, Nitrites, Total Pesticides, Individual Pesticide, Lead, Selenium, Trihalomethanes (THMs), Trichloroethene Tetrachloroethene;
- Como parámetros (4) químicos que se controlan según las especificaciones del producto o agua (1) de salida (22) de la planta (2): Acrilamida, Epiclorhidrina, Cloruro de vinilo;- As chemical parameters (4) that are controlled according to the specifications of the product or water (1) output (22) from the plant (2): Acrylamide, Epichlorohydrin, Vinyl Chloride;
- Como parámetros (4) indicadores: Bacterias coliformes, Recuento de colonias a 22°C, Aluminio, Amonio, Carbono orgánico total, Cloro combinado residual, Cloro libre residual, Cloruro, Color, Conductividad, Hierro, Manganeso, Olor, Oxidabilidad, pH, Sabor, Sodio;- As parameters (4) indicators: Coliform bacteria, Colony count at 22°C, Aluminum, Ammonium, Total organic carbon, Residual combined chlorine, Residual free chlorine, Chloride, Color, Conductivity, Iron, Manganese, Odor, Oxidability, pH , Flavor, Sodium;
Más en particular, según se observa en la figura 1, el método de la presente invención para la estimación de parámetros (4) del agua (1) en una planta (2) de tratamiento, comprende las etapas de i) medición del valor de la conductividad (31) del agua (1) a la entrada (21) de la planta (2); ii) medición del valor de la temperatura (32) del agua (1) a la entrada (21) de la planta (2); iii) medición del valor del pH (33) del agua (1) a la entrada (21) de la planta (2); iv) medición del valor de la presión (34) del agua (1) a la entrada (21) de la planta (2); v) medición del valor de la conductividad (31) del agua (1) a la salida (22) de la planta (2); vi) medición del valor de la recuperación de flujo (35) del agua (1); vii) estimación de al menos un parámetro (4) del agua (1) en función de los valores medidos (3) en las etapas i) a vi), y en función de la correspondencia de dichos valores medidos (3) con los datos de un histórico (5) acumulado de parámetros (4) del agua (1) de dicha planta (2).More particularly, as seen in Figure 1, the method of the present invention for estimating parameters (4) of water (1) in a treatment plant (2), comprises the steps of i) measuring the value of the conductivity (31) of the water (1) at the inlet (21) of the plant (2); ii) measurement of the value of the temperature (32) of the water (1) at the inlet (21) of the plant (2); iii) measurement of the pH value (33) of the water (1) at the inlet (21) of the plant (2); iv) measurement of the value of the pressure (34) of the water (1) at the inlet (21) of the plant (2); v) measurement of the conductivity value (31) of the water (1) at the outlet (22) of the plant (2); vi) measuring the value of the flow recovery (35) of the water (1); vii) estimation of at least one parameter (4) of the water (1) based on the measured values (3) in steps i) to vi), and based on the correspondence of said measured values (3) with the data of an accumulated history (5) of parameters (4) of the water (1) of said plant (2).
Adicionalmente, según se observa en la figura 1, la etapa vi) de medición del valor de la recuperación de flujo (35) del agua (1), es por medio del cociente entre el valor medido (3) del caudal de agua (1) a la salida (22) de la planta (2), dividido entre el valor medido (3) del caudal de agua (1) a la entrada (21) de la planta (2).Additionally, as can be seen in Figure 1, stage vi) of measuring the value of the flow recovery (35) of the water (1), is by means of the quotient between the measured value (3) of the water flow (1 ) at the outlet (22) of the plant (2), divided by the measured value (3) of the water flow (1) at the inlet (21) of the plant (2).
Opcionalmente, según se observa en la figura 1, la medición del valor del caudal de agua (1) a la salida (22) y/o a la entrada (21) de la planta (2) es por medio de un caudalímetro (61). Optionally, as seen in figure 1, the measurement of the value of the water flow (1) at the outlet (22) and/or at the inlet (21) of the plant (2) is by means of a flowmeter (61) .
Alternativamente, según se observa en la figura 1, la medición del valor del caudal de agua (1) a la salida (22) y/o a la entrada (21) de la planta (2) es por medio de la medición manual de un operario de la planta (2).Alternatively, as can be seen in figure 1, the measurement of the value of the water flow (1) at the outlet (22) and/or at the inlet (21) of the plant (2) is by means of the manual measurement of a plant operator (2).
En una realización preferida de la invención, según se observa en la figura 1, el al menos un parámetro (4) estimado del agua (1) es la concentración iónica.In a preferred embodiment of the invention, as seen in Figure 1, the at least one parameter (4) estimated from the water (1) is the ionic concentration.
Complementariamente, según se observa en la figura 1, la etapa vii) la estimación de al menos un parámetro (4) del agua (1) está adicionalmente en función de un coeficiente de calibración. Más específicamente, según se observa en la figura 1, el ajuste del coeficiente de calibración se realiza en función de unos últimos valores medidos (3) del agua (1) de dicha planta (2).Complementarily, as can be seen in figure 1, stage vii) the estimation of at least one parameter (4) of the water (1) is additionally a function of a calibration coefficient. More specifically, as can be seen in figure 1, the adjustment of the calibration coefficient is carried out based on some last measured values (3) of the water (1) of said plant (2).
En una realización preferida de la invención, según se observa en la figura 1, al menos un parámetro (4) a ser estimado es representativo de al menos un elemento químico (41) y/o propiedad química (42) del grupo de Escherichia coli, Enterococo, Clostridium perfringens, Antimonio, Arsénico, Benceno, Benzo(a)pireno, Boro, Bromato, Cadmio, Cianuro, Cobre, Cromo, 1,2-Dicloroetano, Fluoruro, Hidrocarburos Policíclicos Aromáticos (HPA), Mercurio, Microcistina, Níquel, Nitrato, Nitritos, Total de plaguicidas, Plaguicida individual, Plomo, Selenio, Trihalometanos (THMs), Tricloroeteno Tetracloroeteno, Acrilamida, Epiclorhidrina, Cloruro de vinilo, Bacterias coliformes, Recuento de colonias a 22°C, Aluminio, Amonio, Carbono orgánico total, Cloro combinado residual, Cloro libre residual, Cloruro, Color, Conductividad, Hierro, Manganeso, Olor, Oxidabilidad, pH, Sabor, Sodio.In a preferred embodiment of the invention, as seen in Figure 1, at least one parameter (4) to be estimated is representative of at least one chemical element (41) and/or chemical property (42) of the Escherichia coli group. , Enterococcus, Clostridium perfringens, Antimony, Arsenic, Benzene, Benzo(a)pyrene, Boron, Bromate, Cadmium, Cyanide, Copper, Chromium, 1,2-Dichloroethane, Fluoride, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (HPA), Mercury, Microcystin, Nickel , Nitrate, Nitrites, Total Pesticides, Individual Pesticide, Lead, Selenium, Trihalomethanes (THMs), Trichloroethene Tetrachloroethene, Acrylamide, Epichlorohydrin, Vinyl Chloride, Coliform Bacteria, Colony Count at 22°C, Aluminum, Ammonium, Total Organic Carbon , Residual combined chlorine, Residual free chlorine, Chloride, Color, Conductivity, Iron, Manganese, Odor, Oxidity, pH, Taste, Sodium.
Otro aspecto de la invención, según se observa en la figura 1, es el de un sistema de estimación de parámetros (4) del agua (1) en una planta (2) de tratamiento, que comprende unos medios de procesamiento (7) configurados para ejecutar el método anteriormente descrito. Más concretamente, según se observa en la figura 1, dicho sistema de estimación de parámetros (4), comprende un conductímetro (62) para la medida de la conductividad (31) del agua (1) a la entrada (21) y/o a la salida (22) de la planta (2). Por otro lado, según se observa en la figura 1, dicho sistema de estimación de parámetros (4) comprende un termómetro (63) para la medida de la temperatura (32) del agua (1) a la entrada (21) y/o a la salida (22) de la planta (2). Adicionalmente, según se observa en la figura 1, dicho sistema comprende un pH-metro (64) para la medida del pH (33) del agua (1) a la entrada (21) y/o a la salida (22) de la planta (2). Complementariamente, según se observa en la figura 1, dicho sistema comprende un manómetro (65) para la medida de la presión (34) del agua (1) a la entrada (21) y/o a la salida (22) de la planta (2). Ventajosamente, según se observa en la figura 1, dicho sistema comprende un caudalímetro (61) del agua (1) a la entrada (21) y/o a la salida (22) de la planta (2). En una realización preferida de la invención, según se observa en la figura 1, dicho sistema comprende unos medios de introducción (71) de valores medidos (3) del agua (1) de dicha planta (2) a los medios de procesamiento (7).Another aspect of the invention, as seen in figure 1, is that of a parameter estimation system (4) of the water (1) in a treatment plant (2), which comprises processing means (7) configured to execute the method described above. More specifically, as can be seen in Figure 1, said parameter estimation system (4) comprises a conductivity meter (62) for measuring the conductivity (31) of the water (1) at the inlet (21) and/or at the the exit (22) of the plant (2). On the other hand, as can be seen in Figure 1, said parameter estimation system (4) comprises a thermometer (63) for measuring the temperature (32) of the water (1) at the inlet (21) and/or at the the exit (22) of the plant (2). Additionally, as seen in Figure 1, said system comprises a pH-meter (64) for measuring the pH (33) of the water (1) at the inlet (21) and/or outlet (22) of the plant. (2). In addition, as can be seen in Figure 1, said system comprises a manometer (65) for measuring the pressure (34) of the water (1) at the entrance (21) and/or at the exit (22) of the plant (2). Advantageously, as can be seen in figure 1, said system comprises a flow meter (61) for water (1) at the inlet (21) and/or outlet (22) of the plant (2). In a preferred embodiment of the invention, as seen in figure 1, said system comprises input means (71) of measured values (3) of the water (1) of said plant (2) to the processing means (7 ).
Los detalles, las etapas, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, así como los elementos empleados en la implementación del método, y su sistema asociado, para la estimación de parámetros (4) del agua (1) en una planta (2) de tratamiento, podrán ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente equivalentes, y no se aparten de la esencialidad de la invención ni del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación de la siguiente lista.The details, stages, shapes, dimensions and other accessory elements, as well as the elements used in the implementation of the method, and its associated system, for the estimation of parameters (4) of water (1) in a plant (2 ) of treatment, may be conveniently replaced by others that are technically equivalent, and do not deviate from the essentiality of the invention or the scope defined by the claims that are included after the following list.
Lista referencias numéricas:Numerical reference list:
1 agua1 water
2 planta2 floor
21 entrada21 input
22 salida22 output
3 valor medido3 measured value
31 conductividad31 conductivity
32 temperatura32 temperature
33 pH33 pH
34 presión34 pressure
35 flujo35 flow
4 parámetro4 parameter
41 elemento químico41 chemical element
42 propiedad química42 chemical property
5 histórico5 historical
61 caudalímetro61 flowmeter
62 conductímetro62 conductivity meter
63 termómetro63 thermometer
64 pH-metro64 pH-meter
65 manómetro65 manometer
7 medios de procesamiento7 means of processing
71 medios de introducción 71 means of introduction
EjemploExample
Para que la solicitud de patente sea suficientemente clara y completa para un experto en la materia, se adjunta un ejemplo como demostrativo del invento. En este ejemplo se han utilizado como entradas la conductividad del agua de alimentación y permeado, la recuperación de flujo, el pH de la alimentación y un histórico de analíticas del agua producto (salida de la planta) para estimar la cuantificación de los parámetros de salida de la planta. En este caso el valor de la temperatura fue constante, por lo que no influye en la estimación de parámetros.In order for the patent application to be sufficiently clear and complete for a person skilled in the art, an example is attached to demonstrate the invention. In this example, the conductivity of the feed and permeate water, the flow recovery, the pH of the feed and a historical analysis of the product water (output from the plant) have been used as inputs to estimate the quantification of the output parameters. of the plant. In this case, the temperature value was constant, so it does not influence the parameter estimation.
Tabla 1. Valores medidos (3) por la instrumentación en la planta.Table 1. Values measured (3) by the instrumentation in the plant.
Tabla 2. Cuantificación de parámetros (4) del agua producto (salida de la planta, valores reales).Table 2. Quantification of parameters (4) of the product water (output from the plant, real values).
El estimador es un modelo basado en redes neuronales cuyas entradas son los parámetros mostrados en la Tabla 1. Dicho modelo es dinámico, ya que su parametrización irá variando según se le vayan proporcionando analíticas (como las mostradas en la Tabla 2) para entrenar el modelo. Para minimizar el número de neuronas de cada capa, se usó el algoritmo genético implementado en la Toolbox de optimización global del software Matlab, la población inicial fue de 50. Para cada parámetro estimado se ha determinado un modelo basado en redes neuronales con dos capas de neuronas ocultas, estableciendo un rango de 1 a 150 neuronas por capa. El bloque de entrenamiento está compuesto por el 80% de las muestras de agua, mientras un 10% para la validación y testeo. El algoritmo de entrenamiento usado es el de retropropagación de Levenberg-Marquardt. En la Tabla 3 se muestra los valores estimados por la red habiendo usado el 80% de las analíticas de la Tabla 2 como bloque de entrenamiento y minimizando el error cuadrático promedio entre los valores reales (Tabla 2) y los estimados (Tabla 3).The estimator is a model based on neural networks whose inputs are the parameters shown in Table 1. This model is dynamic, since its parameterization will vary as analytics (such as those shown in Table 2) are provided to train the model. . To minimize the number of neurons in each layer, the genetic algorithm implemented in the Matlab software global optimization Toolbox was used, the initial population was 50. For each estimated parameter, a model based on neural networks with two layers of data was determined. hidden neurons, establishing a range of 1 to 150 neurons per layer. The training block is made up of 80% of the water samples, while 10% is for validation and testing. The training algorithm used is the Levenberg-Marquardt backpropagation algorithm. Table 3 shows the values estimated by the network, having used 80% of the analytics in Table 2 as a training block and minimizing the average square error between the real values (Table 2) and the estimates (Table 3).
Tabla 3. Cuantificación estimada de parámetrosTable 3. Estimated quantification of parameters.
La Tabla 4 muestra la arquitectura de los modelos. Esta arquitectura no siempre será la misma y dependerá de la cantidad de parámetros a estimar, histórico y parámetros de entrada disponibles.Table 4 shows the architecture of the models. This architecture will not always be the same and will depend on the number of parameters to be estimated, history, and available input parameters.
Tabla 4. Arquitectura de los modelos basados en redes neuronalesTable 4. Architecture of models based on neural networks.
La función de salida que permite la estimación de parámetros es:The output function that allows the estimation of parameters is:
nno
u j uj = = Z z ((
i=1 i=1 w w • a i ) b • ai ) b
Por ejemplo, para la determinación del primer parámetro (pH_producto, uj) de la tabla 4, a¡ son los valores de los parámetros de operación (parte de la Tabla 1, porcentaje de parámetros que se escogieron para entrenar la red neuronal), estos sería los pesos (w¡j) y valores de bias (bj) obtenidos para las dos capas ocultas, que se muestran en la tabla 5 y en la tabla 6: For example, for the determination of the first parameter (pH_producto, uj) of Table 4, a¡ are the values of the operation parameters (part of Table 1, percentage of parameters that were chosen to train the neural network), these would be the weights ( w¡j) and bias values ( bj) obtained for the two hidden layers, which are shown in table 5 and table 6:
Tabla 5. Valores de la primera capa ocultaTable 5. Values of the first hidden layer
Tabla 6. Valores de la segunda capa ocultaTable 6. Values of the second hidden layer
Claims (1)
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|---|---|---|---|
| ES202130725A ES2933076B2 (en) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | METHOD AND SYSTEM FOR THE ESTIMATION OF WATER PARAMETERS IN A TREATMENT PLANT |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES202130725A ES2933076B2 (en) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | METHOD AND SYSTEM FOR THE ESTIMATION OF WATER PARAMETERS IN A TREATMENT PLANT |
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| ES2933076A1 ES2933076A1 (en) | 2023-01-31 |
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