WO2010103151A1 - Sistema de control para la eliminación biológica de nitrógeno de aguas residuales mediante sondas de bajo coste - Google Patents

Sistema de control para la eliminación biológica de nitrógeno de aguas residuales mediante sondas de bajo coste Download PDF

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WO2010103151A1
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anoxic
control system
last
aerobic
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French (fr)
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Josep Ribes Bertomeu
M. Victoria RUANO GARCÍA
Aurora Seco Torrecillas
José FERRER POLO
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Universidad Politecnica de Valencia
Universitat de Valencia
Original Assignee
Universidad Politecnica de Valencia
Universitat de Valencia
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    • C02F3/006—Regulation methods for biological treatment
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    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention belongs to the technical field of the control of biological wastewater purification processes. Specifically, the invention comprises a control system for the biological elimination of nitrogen in wastewater treatment plants (WWTP) designed for the biological elimination of nutrients, from low-cost probes.
  • WWTP wastewater treatment plants
  • Wastewater is tributaries derived from domestic waste or industrial processes, which for reasons of public health and legal, economic and aesthetic considerations, cannot be disposed of without treatment in lakes, rivers or seas.
  • Inorganic materials included in them such as clay, sediments and other waste can be removed by mechanical and chemical methods;
  • the treatment involves other types of processes, usually, activities of microorganisms that oxidize and convert the organic matter into CO 2 , N 2 , etc.
  • Biological wastewater treatments are based primarily on the fact that certain microorganisms are capable of consuming soluble organic compounds and colloidal present in the wastewater for use as food.
  • Activated sludge systems are the most common biological treatment systems in wastewater treatment.
  • Activated sludge means active biomass responsible for the wastewater treatment process. This system consists of a stirred aeration tank, working continuously, to promote the growth of organisms that consume organic matter, followed by a sedimentation tank (secondary decanter) to separate biological sludge from clean water.
  • Activated sludge processes have been developed mainly for the elimination of organic matter and nutrients (nitrogen and phosphorus).
  • Wastewater treatment plants also called purification plants
  • WWTPs have the generic objective of obtaining, from different effluent wastewater and through different physical, chemical and biological procedures, an effluent water of better quality characteristics, taking as base certain standardized and standardized parameters.
  • the main objective in the operation of wastewater treatment plants is not only compliance with the discharge limits set by the legislation, but also minimize energy consumption. All this implies the correct exploitation of the current wastewater treatment plants and, in many cases, the increased performance of many of the wastewater treatment plants already built to adapt them to current needs.
  • WWTPs that incorporate biological nitrogen removal, through activated sludge are based on on-line analyzers that measure nitrate concentrations in the anoxic and toxic areas and those of ammonium in the toxic areas of the purification process.
  • the use of low cost probes in initial investment and maintenance, such as ORP probes (redox potential) and pH probes is a great advantage as a possible alternative to on-line analyzers given the growing interest in minimization, not only of the investment costs of a WWTP, but also of operation.
  • ORP probes redox potential
  • pH probes pH probes
  • a control system based on fuzzy logic which allows the biological elimination of nitrogen to be optimized in continuous processes of activated sludge, with pre-denitrification treatment configurations.
  • Configurations treatment denitrification correspond with those integrated into the biological process anoxic stage preceding an aerobic, such as stage: configurations continuous Ludzack-Ettinger modified (Barnard, 1973), configuration A 2/0 ( Hong et al, 1981) or the UCT configuration (Cape Town University) (Ekama et al, 1983).
  • stage configurations continuous Ludzack-Ettinger modified (Barnard, 1973), configuration A 2/0 ( Hong et al, 1981) or the UCT configuration (Cape Town University) (Ekama et al, 1983).
  • the present invention was validated in a UCT biological treatment scheme.
  • the UCT processes were developed at the University of Cape Town in the mid-8s.
  • the control system described in the present invention is based on the use of low cost, ORP (redox potential) and pH probes, without the need for the use of on-line ammonium and nitrate analyzers.
  • ORP redox potential
  • pH probes without the need for the use of on-line ammonium and nitrate analyzers.
  • the proposed low-cost probes have shorter response times than on-line nutrient analyzers.
  • a shorter response time of the probes implies an optimization in the operation of the controller.
  • This control system has been implemented in a computer application to be executed from the WWTP control PC.
  • the system described in the present invention has been validated in a pilot plant for biological nutrient removal, fed with wastewater from a WWTP. In contrast to other studies conducted with synthetic wastewater (YZ Peng et al, 2006), performing these tests With wastewater affluent to a WWTP, it confers greater reliability when applying the control system developed on an industrial scale.
  • This control system is the replacement of the general use of nutrient analyzers on Une, by low-cost probes, of the ORP type and pH. It differs from the systems described in the state of the art, in that the systems described in the state of the art are specific for a continuous treatment of wastewater according to the A / O scheme (anoxic reactor + aerobic reactor, with 2 recirculations internal to the first anoxic reactor), they also differ in the location and number of pH and ORP probes and in the additional use of OD probes, as well as in the decision scheme of the fuzzy logic method, since they propose a control system for nitrification and aeration process integrated in the same decision algorithm.
  • a / O scheme anoxic reactor + aerobic reactor, with 2 recirculations internal to the first anoxic reactor
  • control system of the present invention has been validated in a nutrient elimination pilot plant fed with water from a WWTP. These differences mean that the control system of the present invention offers a reduction in the initial and maintenance investment costs, a greater ease of operation, and a viable alternative to the use of nutrient analyzers. DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • a control system is described, based on diffuse logic, which allows to optimize the biological elimination of nitrogen in continuous processes of pre-denitrification type (anoxic stage prior to aerobic) with piston flow circulation regime or in mixing reactors
  • This control system is based on the use of low cost probes, of the ORP and pH type, without the need for the use of online nutrient analyzers. From the measurements taken of the pH and ORP probes, two fuzzy logic algorithms are executed. With the results obtained, the dissolved oxygen setpoint belonging to the WWTP aeration controller and the internal recirculation flow rate of the aerobic to the anoxic zone is modified. With this control the biological elimination of nitrogen is optimized in continuous pre-denitrification processes.
  • This control system has been implemented in a computer application to be executed from the WWTP control PC.
  • the system described in the present invention has been designed and validated in a pilot plant for biological nutrient removal, fed with wastewater from a wastewater treatment plant.
  • the following terms are stated:
  • Anoxic system capable of developing its functions in the absence of oxygen and presence of nitrates.
  • Aerobio system that needs the presence of oxygen to perform its functions.
  • Discontinuous processes those processes in which wastewater treatments are carried out through purification cycles.
  • the same reactor operates in function of time in different biological conditions (aerobic, anaerobic and / or anoxic).
  • Piston flow reactors the characteristic of these reactors is the variation along their length of the concentration of organic matter, microorganisms and the characteristics of the process in general. They are usually built in the form of a canal. Its configuration can be obtained from the arrangement of several complete mix reactors in series.
  • Figure 1 Plant scheme with a UCT type treatment configuration consisting of 5 complete mixing reactors, an: anaerobic: ax: anoxic: o: initial; f: final; ae: aerobic; A: tributary; E: effluent; DC: secondary decanter; CD: denitrification controller; AC: aeration controller: CN: nitrification controller: Q 1 .: internal recirculation flow; AQc increase in internal recirculation flow; ODc: setpoint of the concentration of oxygen disuclto; ⁇ ODc: increased setpoint of dissolved oxygen concentration; ORP: potential redo x.
  • Control algorithm used in the nitrification process Representation of the five diffuse stages that comprise the control algorithm.
  • the numbers 1, 2. 3, 4 and 5 represent each of the five fuzzy stages that the algorithm comprises.
  • Nitrification controller without specifying the fuzzy logic rules applied.
  • CN nitrification controller; ae: aerobic; o: initial; f: final; 6 dPHae , M : error of the moving average of the difference in pH between the first aerobic zone and the last aerobic zone (Equation 2): ⁇ 6 dpHae, M * variation of the error of the moving average of the difference in pH between the first aerobic zone and the last aerobic zone (Equation 3);
  • ODc setpoint of the concentration of dissolved oxygen: ⁇ ODc: increase of the setpoint of the concentration of dissolved oxygen.
  • Control algorithm used in the denitrification process Representation of the five diffuse stages that comprise the control algorithm.
  • the numbers 1, 2, 3, 4 and 5 represent each of the five diffuse stages that the algorithm comprises.
  • E entry; S: output, ax: anoxic; ORP: redox potential; dORP: difference in redox potential between the first anaerobic zone and the last anoxic zone (Equation 9); ⁇ dpH aXi vi: evolution of the mobile average of the difference in pH between the last anoxic zone and the last aerobic zone (Equation 10); ⁇ (): membership function of the physical variable to the diffuse variable (Equation 4); GN: diffuse variable Large Negative; PN: diffuse variable Small Negative; PP: diffuse variable Small Positive; GP: diffuse variable Large Positive: C: diffuse variable Zero; Qi internal circulation rate; ⁇ Qi_: increase in internal recirculation flow.
  • Denitrification controller without specifying the fuzzy logic rules applied.
  • CD denitrification controller an: anaerobic: ax: anoxic; o: start; f: final; Q L : recirculation flow rate; ⁇ Q L : increase in internal recirculation flow; (-): very negative; (+): positive; ORP: redox potential; dORP: redox potential difference between the first anaerobic zone and the last anoxic zone (Equation 9): ⁇ dpH ax M : evolution of the moving average of the pH difference between the last anoxic zone and the last aerobic zone (Equation 10).
  • the present invention describes a control system, based on fuzzy logic, of the process of biological removal of nitrogen in continuous processes of
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Denitrification-nitrification type with piston flow circulation regime or in full-mix reactors, in Wastewater Treatment Plants (WWTP).
  • Said control system allows to optimize the functioning of the activated sludge process, since it keeps the nitrogen below the discharge limits with the minimum energy consumption through the use of a controller that takes its data from low-cost pH type probes and ORP (redox potential).
  • the controller has been implemented in a computer application to be executed from the WWTP control PC. This controller has been designed and validated in a pilot nitrogen and phosphorus biological elimination plant (with a UCT treatment scheme), fed with wastewater from a wastewater treatment plant.
  • the plant configuration must have at least one anoxic reactor (where denitrification occurs) followed by another aerobic reactor (where nitrification occurs), with a variable flow of water recirculation from aerobic to anoxic. If the reactors are of the complete mixture type, they must have at least two different aerobic zones and two different anoxic zones. In the case of piston flow type reactors, this differentiation is not necessary within each type of reactor (anoxic and aerobic), due to the characteristic longitudinal flow of this type of reactors ( Figure 1). In this sense, the control system described in the present invention is composed of 2 independent controllers based on the fuzzy logic system:
  • Nitrification process controller modifies the dissolved oxygen setpoint of the aerobic reactor from two pH probes located in the first and the last aerobic zone.
  • Figure 1 depicts the application of the present invention to the pilot plant of an WWTP.
  • Denitrification process controller modifies the internal recirculation flow rate of the aerobic to the anoxic reactor, from the difference in pH given by two pH probes, located in the first and last anoxic zone. and the value of the ORP in the last anoxic zone. If the WWTP has an anaerobic reactor, an additional ORP probe located in the last anaerobic zone will also be used, using the difference of ORP between the probe located in the last anaerobic zone and the ORP of the last anoxic zone for the system of control. In the
  • the WWTP in order to control the nitrification process, the WWTP must have an aeration control system.
  • the aeration control system of an WWTP controls the oxygen concentration of the aerobic reactor, keeping it at a certain setpoint.
  • the nitrification process controller acts as a supervisory control of the setpoint of oxygen concentration in the aerobic reactor, changing it according to the conditions of the nitrification process. In this way energy consumption is minimized. keeping aeration to a minimum as long as the concentration of ammonium in the effluent meets the specific discharge conditions.
  • the WWTP in order to modify the internal recirculation flow rate of the aerobic to the anoxic reactor, the WWTP must have a variator that allows the flow rate of the internal recirculation pump to be modified.
  • the denitrification process control system will only increase the flow when the process has the capacity to denitrify the increase in nitrate associated with the increase in internal recirculation. For this reason, this control system also minimizes the energy cost derived from pumping costs (Figure 1).
  • the invention is not restricted to this type of scheme, but is applicable to any continuous nutrient biological removal system in which
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) there are at least two anoxic zones followed by two aerobic zones, for full mix type reactors, or an anoxic zone followed by an aerobic zone for piston ⁇ ujo type reactors.
  • the control system developed in the present invention consists of two independent control algorithms, based on fuzzy logic, for the biological nitrogen removal process.
  • the nitrification process is controlled to optimize the removal of ammonium in the aerobic zone carried out by the autotrophic organisms that oxidize the ammonium to nitrate.
  • the other of the algorithms used controls the denitrification process for the elimination or use of nitrate as an electron acceptor, with the aim of reducing the overall energy consumption of the activated sludge process.
  • the denitrification process takes place in the anoxic stage, where heterotrophic organisms use nitrate as an electron acceptor reducing it to nitrogen gas that diffuses directly into the atmosphere.
  • the control system described in the present invention is applicable to WWTP configurations of continuous systems with flow regime in piston flow or in full-mix reactors. If the reactors are of the complete mixture type, they must have at least two different aerobic zones and two different anoxic zones. In the case of piston flow type reactors, this differentiation is not necessary within each type of reactor (anoxic and aerobic), due to the characteristic longitudinal flow of this type of reactors. Furthermore, said WWTP must have an aeration control system that controls the concentration of dissolved oxygen in the aerobic zone, since the nitrification process control system acts as a supervisory control of the dissolved oxygen setpoint of the control system of aeration. In general, an WWTP has aeration control systems where the dissolved oxygen setpoint of the aerobic reactor is set manually.
  • the WWTP must also have a variator that modifies the internal nitrate recirculation flow rate from the aerobic to the anoxic reactor, since the denitrification process control system of the present invention modifies this flow rate depending on the process conditions.
  • control system is applicable to biological nitrogen removal systems with pre-denitrification treatment schemes, and may also include biological phosphorus removal, provided there is an anaerobic stage prior to the anoxic stage.
  • the main control parameter is the concentration of ammonium and / or the concentration of nitrate at the end of the aerobic stage, manipulating the oxygen concentration of the aerobic reactor, and in the process of denitrification, the concentration of nitrate at the end of the anoxic stage and at the end of the aerobic stage, modifying the recirculation flow rate from aerobic to anoxic.
  • the object of the present invention relates to a control system for the biological elimination of nitrogen in continuous processes of treatment of residual tributary liquids, which they understand, sequentially.
  • a first controller of the denitrification process, which has at least one pH probe in the anoxic zone, this first controller calculating the difference between the pH values of each anoxic zone, and in addition, it has an ORP probe in the last anoxic zone, said pH difference together with the value of the ORP probe determining the internal recirculation flow rate from the aerobic to the anoxic zone; - a second controller, of the nitrification process that modifies the dissolved oxygen setpoint in the aerobic zone, from at least one pH probe disposed in said zone, which carries out periodic pH measurements
  • control system of the present invention is characterized by comprising in the continuous process of treatment of residual tributary liquids, additionally, at least one initial treatment area in anaerobiosis, then providing the system with at least an additional ORP redox probe, located in said anaerobic zone, also calculating the second controller, the difference in redox potentials between the anaerobic zone and the anoxic zone.
  • control system of the present invention when carried out by means of a piston flow circulation system, it has:
  • control system of the present invention is characterized in that the aerobic zone has an aeration control system that modifies the dissolved oxygen setpoint and the anoxic zone has a variator that modifies the flow rate of circulation. the aerobic zone to the anoxic.
  • the second object of the present invention relates to the process of biological removal of nitrogen in continuous processes of treatment of residual tributary liquids, which comprise, sequentially, at least one treatment zone in anoxia and, at least, one treatment zone in aerobiosis, of
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) said tributaries, with a variable flow rate of circulation from the aerobic zone to the anoxic zone characterized by using the control system described above.
  • the process of the present invention is characterized by comprising in the continuous process of treatment of residual tributary liquids, additionally, at least one initial treatment area in anaerobiosis.
  • the process of the present invention is characterized in that when the continuous process is carried out by means of a piston flow circulation regime the control system has: - at least one pH probe in the first and last aerobic zone,
  • control system when the continuous process is carried out by means of a circulation regime in complete mixing reactors, the control system has:
  • the method described in the present invention is characterized in that the aerobic zone has an aeration control system and a variator for automatic regulation of the internal recirculation flow between the aerobic zone and the anoxic zone
  • the process described in the present invention is characterized in that the continuous process is carried out in wastewater treatment plants (WWTP).
  • WWTP wastewater treatment plants
  • Example 1 Control algorithm of the nitrification process.
  • the nitrification process control algorithm allows to maintain a low concentration of ammonium in the last aerobic zone (which meets the conditions
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) specific discharge) with the minimum energy consumption.
  • the controller acts as a supervisory control by modifying the dissolved oxygen setpoint of the aeration system controller available to the aerobic zone.
  • the control algorithm scheme based on fuzzy logic contains five stages that are shown in Figure 2 and are detailed below:
  • dpH ae M- calculating for each control time, the average of the values of dpH ae for a fixed time interval and prior to each control time.
  • the input variables to the controller are determined from the value of dpH ae M, which correspond to: o Error of This variable represents the error of the value of the control variable dpH ae M, with respect to the value set as the setpoint, dpH ae £. defined as:
  • TR Response time of the controller
  • ⁇ d ⁇ HaeMl t absolute value of the variable dpH ac M for the control time t.
  • ⁇ dpHacMl t -TR absolute value of the variable dpH ae M for the previous control time. If the variable ⁇ dpHaeM is greater than zero, it implies that the variable dpH ae M is moving away from the setpoint. In this case, the action of the control system developed should be more abrupt. On the contrary if it is less than zero, it will imply that the control variable is approaching the setpoint value, so that the controller's action should be smoother.
  • Stage 2 Fuzzification. After the determination of the physical variables of input to the controller. ⁇ HaeM AND ⁇ SdpHaeM these are transformed to the fuzzy variables represented in the scheme.
  • the membership functions representative of each linguistic label are defined, in the form of a Gaussian distribution defined by the following expression:
  • the membership functions will be defined by two parameters, the center c and the width ⁇ .
  • the values of these parameters will be specific to each WWTP where the control system is implemented. Therefore, the appropriate values will be determined in the calibration process of the control system.
  • Stage 3 Inference. Stage in which the value of each of the linguistic labels of the diffuse output variable is obtained, increase in the oxygen setpoint ⁇ ( ⁇ 0Dc), based on the linguistic knowledge available. For this, a series of rules are defined and evaluated using the Max-Prod procedure of Larscn (1980), described with the following equations: jo For the logical operator "and" H regia, ⁇ ⁇ i [ ⁇ j Equation 5 io Para the logical operator "or” M k ⁇ Max [ ⁇ reg ⁇ a J Equation 6
  • Stage 5 Physical output of the control system. In this stage the physical output variable obtained in the previous stage of defuzzification. ⁇ ODc- is used to calculate the value of the dissolved oxygen setpoint, according to the following expression:
  • OD C OD C ant + ODA C Equation 8 where: ODc .an t is I a setpoint of dissolved oxygen prior to the control action
  • the nitrification process control system acts as a supervisory control of the aeration control system, acting on the oxygen setpoint dissolved in the last aerobic zone.
  • the aeration system controller is completely independent of the nitrification controller and its only function is to keep the OD at the setpoint value set by it.
  • the WWTP aeration system will maintain a low dissolved oxygen concentration in the first aerobic zone (around 0.5 ppm), and the dissolved oxygen (OD) setpoint in the last zone is controlled by this supervisory control system. In this way, this controller saves energy as it only increases the OD setpoint in cases where it is really necessary to eliminate ammonia.
  • the controller output modifies the dissolved oxygen setpoint belonging to the aeration controller installed in the WWTP.
  • Figure 3 shows the input variables to the control system and the tendency that each of them would independently have on the output variable of the controller. It is also reflected as the combination of the value of the two variables ( ⁇ dpH M and ⁇ ⁇ dpH ⁇ ⁇ ).
  • Example 2 Algorithm to control the denitrification process.
  • the control algorithm of the denitrification process allows maintaining a low nitrate concentration in the last anoxic zone. modifying the internal recirculation flow rate from the aerobic zone to the anoxic zone.
  • the control algorithm scheme based on fuzzy logic, which contains five stages, is shown in Figure 4 and is detailed below: • Stage 1. Input of physical data to the controller. The measured physical variables correspond to the values ORP an , ORP 3x . pH ax-0 and pH ax f. With these four values, the 3 physical variables of input to the diffuse control system are calculated, which are the following: o 3x ORP.
  • control variable ORP 3x is very little negative, (this value will be little negative if the ORP value ax is very close to the value of the linguistic label PP (small positive), the value of this label defined by the center and width parameters of the Gaussian curve, they will be determined specifically for each WWTP where the control system is implemented. The values of these parameters together with the parameters that define the rest of the linguistic labels are the values to be determined in the control system calibration process)
  • the control system should reduce the aerobic-anoxic recirculation flow rate, in order to reduce the concentration of excess nitrate in the last anoxic stage and minimize its possible recirculation in the anaerobic stage (if it exists). On the contrary, if the value of this variable is very negative (this value will be
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) very negative if the 3x ORP value is very close to the value of the GN (large negative) linguistic tag, the value of this tag defined by the center and width parameters of the GN Gaussian curve, will be determined specifically for each WWTP where the system of control be implemented.)
  • the pump flow rate may be increased by the control system to increase the concentration of nitrate tributary to the anoxic stage.
  • dORP this variable is optional in case there is an anaerobic stage in the treatment scheme. This variable is obtained from the following expression:
  • control variable. dORP is very negative (this value will be very negative if the dORP value is very close to the value of the linguistic tag GN (large negative), the value of this tag defined by the center and width parameters of the Gaussian curve GN. will be determined specifically for each WWTP where the control system is implemented).
  • the redox potential of the last anoxic zone is well above that of the last anaerobic stage. In this case, this value is indicative of the presence of excess nitrate in the anoxic stage, so the control system should not increase aerobic-anoxic recirculation.
  • this variable is not very negative (this value will be little negative if the dORP value is very close to the value of the linguistic label PP (small positive), the value of this label defined by the center and width parameters of the PP Gaussian curve, they will be detected specifically for each WWTP where the control system is implemented), it will indicate that the conditions of the last anoxic stage are closer to anaerobic conditions. In this situation the control system may increase the recirculation flow.
  • Equation 1 Equation 1 1 where: dp ⁇ axM.am '• moving average of the variable dpH ax every 3 hours
  • Stage 3 Inference. Stage in which the value of each of the linguistic labels of the fuzzy output variable is obtained, increase in flow rate ⁇ ( ⁇ Q [.), Based on the linguistic knowledge available.
  • the inference process consists in the definition of a series of rules and using the Max-Prod procedure of Larscn (1980) to evaluate them, described above.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) physical output obtained in the previous stage of defuzzification, ⁇ Q L. It is used to calculate the value of anoxic aerobic recirculation flow. according to the following expression:
  • the denitrification process controller uses the signals of two pH probes located in the first and last anoxic zones. pH ax 0 and pH ax f respectively ( Figures 1. 4 and 5). If the difference in pH between these two zones is positive, it implies that the anoxic stage has denitrification capacity. In addition, it takes into account the redox potential of the last anoxic zone, ORP 3x , which indicates the greater or lesser presence of nitrate in the last anoxic zone and additionally, the redox potential of the last anaerobic zone, ORP a ⁇ , which indicates anaerobic conditions of the last anoxic zone, provided that the WWTP treatment scheme includes biological phosphorus removal with a previous anaerobic zone ( Figures 1, 4 and 5).
  • the controller output adequately modifies the internal recirculation flow rate from the aerobic to the anoxic zone.
  • an ORP probe two if there is an anaerobic stage
  • the 3x ORP signal It will indicate the greater or lesser presence of nitrates in the last anoxic zone. like the dORP variable (if it is the case of a treatment scheme that includes a previous anaerobic zone). The closer to zero is dORP. more anaerobic will be the last anoxic zone and therefore less nitrate concentration will be in that zone.
  • the two pH probes whose difference determined by the variable dpH dX , is an indicator of the degree of denitrification of anoxic zones.
  • the control system will increase the internal recirculation of the aerobic to the anoxic zone. thus optimizing the denitrification process and minimizing the energy costs derived from pumping.
  • the denitrification process control system not only takes into account a sufficiently low ORP measure that ensures a small concentration of nitrate in the last anoxic stage, but also the denitrification capacity of the anoxic stage. .
  • variable ⁇ dpH ; ⁇ XM is not positive, it will not be recirected any more since the anoxic stage will not be able to assimilate that increase and energy would be wasted in the pumping necessary for said recirculation.
  • FIG. 5 shows the three input variables to the controller
  • Both the nitrification process controller and the denitrification process controller which integrate the control system described in the present invention, optimize the biological removal of nitrogen from an WWTP, minimizing the energy cost related to the variables manipulated by the system of control.
  • the initial investment is minimized by replacing the analyzers with low-cost probes, which include the additional advantage of greater ease of maintenance and a shorter response time which optimizes the action of the control system.

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Abstract

Sistema de control para la eliminación biológica de nitrógeno de aguas residuales mediante sondas de bajo coste. La presente invención describe un sistema de control, basado en la lógica difusa, que permite optimizar la eliminación biológica de nitrógeno en procesos en contínuo de tipo predesnitrificación con régimen de circulación de flujo de pistón o en reactores de mezcla completa. Si los reactores son de tipo mezcla completa deben disponer de al menos dos zonas diferenciadas aerobias y dos zonas diferenciadas anóxicas. Cuando se trata de reactores de tipo flujo de pistón no es necesaria esta diferenciación dentro de cada tipo de reactor (anóxico y aerobio). Este sistema de control está basado en el uso de sondas de bajo coste de tipo pH y ORP.

Description

SISTEMA DE CONTROL PARA LA ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE SONDAS DE BAJO
COSTE
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al campo técnico del control de los procesos de depuración biológica de aguas residuales. Concretamente la invención comprende un sistema de control de la eliminación biológica de nitrógeno en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) diseñadas para la eliminación biológica de nutrientes, a partir de sondas de bajo coste.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Las aguas residuales son afluentes derivados de residuos domésticos o de procesos industriales, los cuales por razones de salud pública y por consideraciones legales, económicas y estéticas, no pueden desecharse vertiéndose sin tratamiento en lagos, ríos o mares. Los materiales inorgánicos comprendidos en ellas, como la arcilla, sedimentos y otros residuos se pueden eliminar por métodos mecánicos y químicos; sin embrago, cuando el material que debe ser eliminado es de naturaleza orgánica, el tratamiento implica otro tipo de procesos, usualmente, actividades de microorganismos que oxidan y convierten la materia orgánica en CO2, N2, etc.
Además del objetivo principal de eliminación de materia orgánica que persiguen los procesos de depuración de aguas, la eliminación de los nutrientes del agua residual, principalmente nitrógeno y fósforo está cobrando gran importancia. El vertido de estos nutrientes a las aguas superficiales y marítimas provoca su eutrofización, es decir, la proliferación masiva de plantas en los sistemas acuáticos, con el resultado de trastornos no deseados en el equilibrio entre organismos presentes en el agua y la calidad del agua a la que afecta.
Entre los procesos más extendidos para llevar a cabo la eliminación de nitrógeno y fósforo de las aguas residuales se encuentran los procesos de eliminación por vía biológica. Los tratamientos biológicos de aguas residuales, denominados tratamientos secundarios, están basados fundamentalmente en el hecho de que ciertos microorganismos son capaces de consumir los compuestos orgánicos solubles y coloidales presentes en el agua residual para utilizarlos como alimento.
Los sistemas de fangos activados son los sistemas de tratamiento biológico más habituales en el tratamiento de aguas residuales. Por fango activado se entiende la biomasa activa responsable del proceso de depuración de las aguas residuales. Este sistema se compone de un tanque de aireación agitado, trabajando en continuo, para promover el crecimiento de los organismos consumidores de materia orgánica, seguido de un tanque de sedimentación (decantador secundario) para separar los fangos biológicos del agua limpia. Los procesos de fangos activados se han desarrollado principalmente para la eliminación de la materia orgánica y los nutrientes (nitrógeno y fósforo).
En función del esquema general del tratamiento biológico, y las condiciones del reactor biológico (aerobio, anóxico y/o anaerobio) se pueden alcanzar diferentes niveles de tratamiento tales como eliminación de materia orgánica exclusivamente (reactor biológico aerobio+decantador secundario), o eliminación conjunta de nutrientes y materia orgánica (reactor biológico anaerobio+reactor biológico anóxico+reactor biológico aerobio+decantador secundario).
Las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs), también llamadas plantas de depuración, tienen el objetivo genérico de conseguir, a partir de aguas residuales afluentes y mediante diferentes procedimientos físicos, químicos y biológicos, un agua efluente de mejores características de calidad, tomando como base ciertos parámetros normalizados y estandarizados.
El principal objetivo en la explotación de las estaciones depuradoras de aguas residuales, no es sólo el cumplimiento de los límites de vertido marcados por la legislación, sino además minimizar el consumo de energía. Todo esto implica la correcta explotación de las actuales estaciones depuradoras de aguas residuales y, en muchos casos, el incremento del rendimiento de muchas de las estaciones depuradoras de aguas residuales ya construidas para adaptarlas a las actuales necesidades. La gran cantidad de factores que influyen en el funcionamiento de estos procesos y la variabilidad del afluente a tratar, hace necesario el control de los sistemas de depuración para cumplir requisitos de vertido y minimizar el consumo energético, teniendo en cuenta tanto las características del agua residual a tratar como el tipo de proceso de depuración para el cual ha sido diseñada la estación depuradora de aguas residuales. En general, estos sistemas de control están basados en la lógica difusa, también llamada lógica Fuzzy (Serralta et al 2002, Puñal et al 2003), ya que suponen una alternativa viable para sistemas con un comportamiento no lineal y muy dinámico como es el caso de los procesos de fangos activados. Esta lógica, en la que están basados los controladores difusos, es una rama de la inteligencia artificial que intenta reproducir la forma de pensar de los seres humanos y por tanto, admite los problemas en los que hay incertidumbre e imprecisión, al contrario de lo que sucede con la lógica clásica (Booleana). Básicamente, la lógica difusa proporciona un medio efectivo para interpretar la naturaleza inexacta del mundo real. Actualmente, los sistemas de control de nitrógeno implementados en las
EDARs que incorporan eliminación biológica de nitrógeno, mediante fangos activados, están basados en analizadores on-line que miden las concentraciones de nitrato en las zonas anóxicas y óxicas y las de amonio en las zonas óxicas del proceso de depuración. El uso de sondas de bajo coste en inversión inicial y en mantenimiento, tales como sondas ORP (potencial redox) y sondas de pH, supone una gran ventaja como posible alternativa a los analizadores on Une dado el creciente interés en la minimización, no sólo de los costes de inversión de una EDAR, sino también de operación. El uso de estas sondas ha resultado ser una técnica viable y económica para el control de procesos de eliminación biológica de nutrientes en discontinuo (Y.Z. Peng. et al. 2002, N. Kishido et al, 2003; B. S. Akin et al, 2005; M.Pius et al. 2007). Sin embargo su aplicación a procesos de fangos activados en continuo no está tan extendida.
En el campo del tratamiento biológico de aguas residuales, existen documentos en los que se detallan la aplicación de las etapas de nitrificación- desnitrificación y aireación, con vistas a la reducción de la carga orgánica y de nitrógeno presente, así como referencias a la utilización de la lógica difusa como modelo de decisión en la automatización de la operación de tratamientos de aguas residuales. Pero en dichas referencias se han utilizado sistemas de control basados en la lógica difusa utilizando analizadores on Une de nutrientes. Existen documentos que describen el uso de sondas ORP, pH y OD (oxígeno disuelto) para el control de la evolución del tratamiento del agua residual (Ma Y. et al. 2006; Y.Z. Peng. et al. 2006). En ellos se contempla que es plausible el establecimiento de medidas de control del proceso de nitrificación mediante medidas de pH y de OD en las etapas de nitrificación. Se cita la correlación entre las medidas de sondas ORP y la evolución de la concentración de nitrato y amonio en el reactor aerobio, la correlación entre el ORP y la concentración de nitrato en el reactor anóxico, y la correlación entre el OD y la concentración de amonio afluente. Los datos proporcionados por dichas sondas (pH, ORP y OD) alimentan a modelos de lógica difusa para las operaciones del procedimiento.
En la presente invención se describe un sistema de control basado en la lógica difusa que permite optimizar la eliminación biológica de nitrógeno en procesos en continuo de fangos activados, con configuraciones de tratamiento de predesnitrificación. Las configuraciones de tratamiento de predesnitrificación corresponden con aquellas que integren en el proceso biológico una etapa anóxica que preceda a una etapa aerobia, tales como: las configuraciones en continuo de Ludzack-Ettinger modificado (Barnard, 1973), la configuración A2/0 (Hong et al, 1981) o la configuración UCT (Universidad Cape Town) (Ekama et al, 1983). En concreto la presente invención fue validada en un esquema de tratamiento biológico UCT. Los procesos UCT se desarrollaron en la universidad de Cape Town a mediados de los 8O's. Estos sistemas incluyen tres zonas básicas: anaerobia, anóxica y aerobia y 2 caudales de recirculación interna. El sistema de control descrito en la presente invención se basa en el uso de sondas de bajo coste, ORP (potencial redox) y pH, sin necesidad del empleo de analizadores on Une de amonio y nitrato. Además de la reducción de costes de inversión, mantenimiento y operación, las sondas de bajo coste propuestas presentan unos tiempos de repuesta menores que los analizadores on Une de nutrientes. Adicionalmente un menor tiempo de respuesta de las sondas implica una optimización en el funcionamiento del controlador. Este sistema de control ha sido implementado en una aplicación informática para ser ejecutado desde el PC de control de la EDAR. Además el sistema descrito en la presente invención se ha validado en una planta piloto de eliminación biológica de nutrientes, alimentada con agua residual procedente de una EDAR. En contraste con otros estudios realizados con agua residual sintética (Y. Z. Peng et al, 2006), la realización de estas pruebas con agua residual afluente a una EDAR, confiere mayor fiabilidad a la hora de aplicar el sistema de control desarrollado a escala industrial.
La singularidad de este sistema de control es la sustitución del uso general de analizadores de nutrientes on Une, por sondas de bajo coste, de tipo ORP y pH. Se diferencia de los sistemas descritos en el estado de la técnica, en que los sistemas descritos en el estado de la técnica son específicos para un tratamiento en continuo del agua residual según el esquema A/O (reactor anóxico+reactor aerobio, con 2 recirculaciones internas al primer reactor anóxico), además difieren en la ubicación y número de sondas de pH y ORP y en el uso adicional de sondas OD, así como en el esquema de decisión del método de lógica difusa, ya que proponen un sistema de control del proceso de nitrificación y aireación integrado en un mismo algoritmo de decisión. Otra diferencia destacable es que, en los documentos antes mencionados, las correlaciones entre las sondas de bajo coste empleadas (pH, ORP, OD) y los procesos de nitrificación y desnitrificación se han obtenido a partir del seguimiento analítico de la concentración de nitrógeno y amonio en las zonas aerobias y anóxicas del reactor. En cambio, en la presente invención, la validación del uso de las sondas de bajo coste (pH y ORP), se ha realizado a partir del seguimiento de analizadores de nutrientes de amonio y nitrato (contrastando sus valores con las correspondientes medidas analíticas en laboratorio), realizando de este modo un análisis comparativo y validando el uso de sondas de bajo coste como una mejor alternativa al uso de analizadores on Une de nutrientes. Por otro lado, como se ha mencionado anteriormente, el sistema de control de la presente invención se ha validado en una planta piloto de eliminación de nutrientes alimentada con agua procedente de una EDAR. Estas diferencias hacen que el sistema de control de la presente invención ofrezca una reducción en los costes de inversión inicial y de mantenimiento, una mayor facilidad de operación, y una alternativa viable al uso de analizadores on Une de nutrientes. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Breve descripción de la invención
En la presente invención se describe un sistema de control, basado en la lógica difusa, que permite optimizar la eliminación biológica de nitrógeno en procesos en continuo de tipo predesnitrificación (etapa anóxica previa a la aerobia) con régimen de circulación de flujo de pistón o en reactores de mezcla. Dicho sistema de control se basa en el uso de sondas de bajo coste, de tipo ORP y pH, sin necesidad del empleo de analizadores de nutrientes on line. A partir de las medidas tomadas de las sondas de pH y ORP se ejecutan dos algoritmos de lógica difusa. Con los resultados obtenidos se modifica la consigna de oxígeno disuelto perteneciente al controlador de aireación de la EDAR y al caudal de recirculación interna de la zona aerobia a la anóxica. Con este control se optimiza la eliminación biológica de nitrógeno en procesos continuos de predesnitrificación. Este sistema de control ha sido implementado en una aplicación informática para ser ejecutado desde el PC de control de la EDAR. Además, el sistema descrito en la presente invención, se ha diseñado y validado en una planta piloto de eliminación biológica de nutrientes, alimentada con agua residual procedente de una estación depuradora de aguas residuales. A efectos de la presente invención, se hacen constar los siguientes términos:
- Afluente: líquido que llega a una planta depuradora para su posterior tratamiento.
- Efluente: líquido procedente de una planta depuradora después de su tratamiento.
- Anóxico: sistema capaz de desarrollar sus funciones en ausencia de oxígeno y presencia de nitratos. - Aerobio: sistema que necesita de la presencia de oxígeno para realizar sus funciones.
- Anaerobio: sistema caracterizado por la ausencia de oxígeno y nitrato, donde se llevan a cabo funciones específicas.
- Procesos en continuo: aquellos procesos en los que los tratamientos de las aguas residuales se desarrollan secuencialmente en diferentes tanques.
- Procesos en discontinuo: aquellos procesos en los que los tratamientos de las aguas residuales se realizan mediante ciclos de depuración. Un mismo reactor opera en función del tiempo en diferentes condiciones biológicas (aerobia, anaerobia y/o anóxicas).
- Reactores de mezcla completa: la característica de estos reactores es que la concentración de materia orgánica, de microorganismos, así como las características del proceso en general, se mantienen constantes en todo el volumen de reacción.
- Reactores de flujo de pistón: la característica de estos reactores es la variación a lo largo de su longitud de la concentración de materia orgánica, de microorganismos y de las características del proceso en general. Habitualmente se construyen en forma de canal. Su configuración se puede obtener a partir de la disposición de varios reactores de mezcla completa en serie.
Descripción de las Figuras:
Figura 1. Esquema de planta con una configuración de tratamiento tipo UCT compuesta por 5 reactores de mezcla completa, an: anaerobio: ax: anóxico: o: inicial; f: final; ae: aerobio; A: afluente; E: efluente; DC: decantador secundario; CD: controlador de desnitrificación; CA: controlador de la aireación: CN: controlador de nitrifícación: Q1.: caudal de recirculación interna; AQc incremento del caudal de recirculación interna; ODc: consigna de la concentración de oxígeno disuclto; ΔODc: incremento de la consigna de la concentración de oxígeno disuelto; ORP: potencial redo x.
Figura 2. Algoritmo de control utilizado en el proceso de nitrificación. Representación de las cinco etapas difusas que comprenden el algoritmo de control. Los números 1, 2. 3, 4 y 5 representan cada una de las cinco etapas difusas que comprende el algoritmo. E: entrada: S: salida, ae: aerobio; 6dPHae,M : error de la media móvil de la diferencia de pH entre la primera zona aerobia y la última zona aerobia (Ecuación 2); Δ€φHae.M 1 variación del error de la media móvil de la diferencia de pH entre la primera zona aerobia y la última zona aerobia (Ecuación 3); μ(): función de pertenencia de la variable física a la variable difusa (Ecuación 4); GN: variable difusa Grande Negativo; PN: variable difusa Pequeño Negativo: PP: variable difusa Pequeño Positivo; GP: variable difusa Grande Positivo; C: variable difusa Cero;
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) ODc: consigna de la concentración de oxígeno disuelto; ΔODc: incremento de la consigna de la concentración de oxígeno disuelto.
Figura 3. Controlador de nitrifícación sin especificar las reglas de lógica difusa aplicadas. CN: controlador de nitrifícación; ae: aerobio; o: inicial; f: final; 6dPHae,M: error de la media móvil de la diferencia de pH entre la primera zona aerobia y la última zona aerobia (Ecuación 2): Δ6dpHae,M * variación del error de la media móvil de la diferencia de pH entre la primera zona aerobia y la última zona aerobia (Ecuación 3); ODc: consigna de la concentración de oxígeno disuelto: ΔODc: incremento de la consigna de la concentración de oxígeno disuelto. Figura 4. Algoritmo de control utilizado en el proceso de desnitrificación Representación de las cinco etapas difusas que comprenden el algoritmo de control. Los números 1 , 2, 3, 4 y 5 representan cada una de las cinco etapas difusas que comprende el algoritmo. E:entrada; S:salida, ax: anóxico; ORP: potencial redox; dORP: diferencia de potencial redox entre la primera zona anaerobia y la última zona anóxica (Ecuación 9); ΔdpHaXivi: evolución de la inedia móvil de la diferencia de pH entre la última zona anóxica y la última zona aerobia (Ecuación 10); μ(): función de pertenencia de la variable física a la variable difusa (Ecuación 4); GN: variable difusa Grande Negativo; PN: variable difusa Pequeño Negativo; PP: variable difusa Pequeño Positivo; GP: variable difusa Grande Positivo: C: variable difusa Cero; Qi. caudal de rccirculación interna; ΔQi_: incremento del caudal de recirculación interna. Figura 5. Controlador de desnitrificación sin especificar las reglas de lógica difusa aplicadas. CD: controlador de desnitrificación an: anaerobio: ax: anóxico; o: inicio; f: final; QL: caudal de recirculación; ΔQL: incremento del caudal de recirculación interna; (-): muy negativo; (+): positivo; ORP: potencial redox; dORP: diferencia de potencial redox entre la primera zona anaerobia y la última zona anóxica (Ecuación 9): ΔdpHax M: evolución de la media móvil de la diferencia de pH entre la última zona anóxica y la última zona aerobia (Ecuación 10).
Descripción detallada de la invención La presente invención describe un sistema de control, basado en la lógica difusa, del proceso de eliminación biológica de nitrógeno en procesos continuos de
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) tipo desnitrificación- nitrificación con régimen de circulación de flujo de pistón o en reactores de mezcla completa, en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR). Dicho sistema de control permite optimizar el funcionamiento del proceso de fangos activados, ya que mantiene el nitrógeno por debajo de los límites de vertido con el mínimo consumo energético mediante el uso de un controlador que toma sus datos de sondas de bajo coste de tipo pH y ORP (potencial redox). El controlador ha sido implementado en una aplicación informática para ser ejecutado desde el PC de control de la EDAR. Este controlador se ha diseñado y validado en una planta piloto de eliminación biológica de nitrógeno y fósforo (con un esquema de tratamiento UCT), alimentada con agua residual procedente de una estación depuradora de aguas residuales.
La configuración de la planta tiene que disponer como mínimo de un reactor anóxico (donde se produce la desnitrificación) seguido de otro reactor aerobio (donde se produce la nitrificación), con un caudal variable de recirculación de agua del aerobio al anóxico. Si los reactores son de tipo mezcla completa deben disponer de al menos dos zonas diferenciadas aerobias y dos zonas diferenciadas anóxicas. Cuando se trata de reactores de tipo flujo de pistón no es necesaria esta diferenciación dentro de cada tipo de reactor (anóxico y aerobio), debido al flujo longitudinal característico de este tipo de reactores (Figura 1 ). En este sentido, el sistema de control descrito en la presente invención se compone de 2 controladores independientes basados en el sistema de lógica difusa:
* Controlador del proceso de nitrificación: modifica la consigna de oxígeno disuelto del reactor aerobio a partir de dos sondas de pH situadas en la primera y en la última zona aerobia. En la Figura 1 se representa la aplicación de la presente invención a la planta piloto de una EDAR.
* Controlador del proceso de desnitrificación: modifica el caudal de recirculación interna del reactor aerobio al anóxico, a partir de la diferencia de pH dado por dos sondas de pH, situadas en la primera y la última zona anóxica. y del valor del ORP en la última zona anóxica. Si la EDAR cuenta con un reactor anaerobio, también se utilizará una sonda adicional de ORP localizada en la última zona anaerobia, utilizándose la diferencia de ORP entre la sonda situada en la última zona anaerobia y el ORP de la última zona anóxica para el sistema de control. En la
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) planta piloto de la EDAR en la que se ha llevado a cabo el proceso de validación de la presente invención, se disponía de reactor anaerobio (Figura 1 ).
Por un lado, para poder controlar el proceso de nitrificación, la EDAR ha de disponer de un sistema de control de la aireación. El sistema de control de la aireación de una EDAR controla la concentración de oxígeno del reactor aerobio, manteniéndola a una consigna determinada. En este caso, el controlador del proceso de nitrifícación actúa como control supervisor de la consigna de concentración de oxígeno disuclto del reactor aerobio, modificándola en función de las condiciones del proceso de nitrificación. De esta manera se minimiza el consumo energético. manteniendo al mínimo la aireación siempre y cuando la concentración de amonio en el efluente cumpla con las condiciones de vertido específicas.
Por otro lado, para poder modificar el caudal de recirculación interna del reactor aerobio al anóxico, la EDAR ha de disponer de un variador que permita modificar el caudal de la bomba de recirculación interna. El sistema de control del proceso de desnitrificación sólo incrementará el caudal cuando el proceso tenga capacidad para desnitrificar el incremento de nitrato asociado al aumento de la recirculación interna. Por este motivo este sistema de control también minimiza el coste energético derivado de los costes de bombeo (Figura 1).
A partir de las medidas tomadas de las sondas de pH y ORP (potencial Redox) se ejecutan dos algoritmos de lógica difusa. Con los resultados obtenidos se modifica por un lado la consigna de oxígeno disuelto perteneciente al controlador de aireación de la EDAR y por otro el caudal de recirculación interna de la zona aerobia a la anóxica, optimizando la eliminación biológica de nitrógeno en procesos en continuo. Los algoritmos de control han sido πnplementados en una aplicación informática para su ejecución desde el PC de control de la EDAR. Esta aplicación permite, mediante la comunicación entre el sistema de adquisición de datos, SCADA, de la EDAR, realizar las acciones de control sobre los elementos finales de control manteniendo los valores de las variables de control en los respectivos valores de consigna.
La invención no está restringida a este tipo de esquema, sino que es aplicable a cualquier sistema en continuo de eliminación biológica de nutrientes en el que
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) exista al menos dos zonas anóxicas seguidas de dos zonas aerobias, para reactores de tipo mezcla completa, o una zona anóxica seguida de una zona aerobia para reactores de tipo ñujo de pistón.
El sistema de control desarrollado en la presente invención consta de dos algoritmos de control independientes, basados en la lógica difusa, para el proceso de eliminación biológica de nitrógeno. Con uno de los algoritmos se controla el proceso de nitrificación para optimizar la eliminación de amonio en la zona aerobia llevado a cabo por los organismos autótrofos que oxidan el amonio a nitrato. El otro de los algoritmos utilizados controla el proceso de desnitrificación para la eliminación o el aprovechamiento del nitrato como aceptor de electrones, con el objetivo de disminuir el consumo energético global del proceso de fangos activados. El proceso de desnitrificación tiene lugar en la etapa anóxica, donde los organismos heterótrofos utilizan el nitrato como aceptor de electrones reduciéndolo a nitrógeno gas que se difunde directamente a la atmósfera. El sistema de control descrito en la presente invención es aplicable a configuraciones de EDAR de sistemas en continuo con régimen de circulación en flujo de pistón o en reactores de mezcla completa. Si los reactores son de tipo mezcla completa deben disponer de al menos dos zonas diferenciadas aerobias y dos zonas diferenciadas anóxicas. Cuando se trata de reactores de tipo flujo de pistón no es necesaria esta diferenciación dentro de cada tipo de reactor (anóxico y aerobio), debido al flujo longitudinal característico de este tipo de reactores. Además dicha EDAR ha de disponer de un sistema de control de la aireación que controle la concentración de oxígeno disuelto en la zona aerobia, ya que el sistema de control del proceso de nitrificación actúa como control supervisor de la consigna de oxígeno disuelto del sistema de control de la aireación. En general una EDAR dispone de sistemas de control de la aireación donde la consigna de oxígeno disuelto del reactor aerobio se establece manualmente. Habitualmente estas consignas de oxígeno suelen establecerse en valores elevados para cumplir requisitos de vertido en materia orgánica y nutrientes. Con el sistema de control de la nitrificación propuesto, el valor de consigna de oxígeno disuelto se establecerá automáticamente a través del controlador, en función de las necesidades de aireación de cada momento. De este modo el sistema de control de la invención supone un ahorro energético considerable
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) en la explotación de una EDAR.
La EDAR también ha de disponer de un variador que modifique el caudal de recirculación interna de nitratos del reactor aerobio al anóxico, ya que el sistema de control del proceso de desnitrificación de la presente invención, modifica este caudal en función de las condiciones del proceso.
Las variables a manipular por cualquier sistema de control dependerán de la configuración de la EDAR para la eliminación biológica de nutrientes. En la presente invención, el sistema de control desarrollado es aplicable a sistemas de eliminación biológica de nitrógeno con esquemas de tratamiento de tipo predesnitrificación, pudiendo incluir también eliminación biológica de fósforo, siempre que exista una etapa anaerobia previa a la etapa anóxica. Según este tipo de esquemas de tratamiento, en el proceso de nitrificación. el principal parámetro de control es la concentración de amonio y/o la concentración de nitrato al final de la etapa aerobia, manipulando la concentración de oxígeno del reactor aerobio, y en el proceso de desnitrificación, la concentración de nitrato al final de la etapa anóxica y al final de la etapa aerobia, modificando el caudal de recirculación del aerobio al anóxico.
Así el objeto de la presente invención se refiere a un sistema de control de la eliminación biológica de nitrógeno en procesos en continuo de tratamiento de líquidos afluentes residuales, que comprendan, secuencialmente. al menos una zona de tratamiento en anoxia, dónde se produce la desnitrificación y, al menos, una zona de tratamiento en aerobiosis, donde se produce la nitrificación, de los afluentes, con un caudal variable de rccirculación de la zona aerobia a la anóxica, caracterizado porque dispone, al menos, de un primer y de un segundo controlador independientes.
- un primer controlador, del proceso de desnitrificación, que dispone de al menos una sonda de pH en la zona anóxica, calculando este primer controlador la diferencia entre los valores de pH de cada zona anóxica, y además, dispone de una sonda de ORP en la última zona anóxica, determinando dicha diferencia de pH junto con el valor de la sonda ORP el caudal de recirculación interna de la zona aerobia a la anóxica; - un segundo controlador, del proceso de nitrificación que modifica la consigna de oxígeno disuelto en la zona aerobia, a partir de al menos una sonda de pH dispuesta en dicha zona, que efectúa mediciones periódicas del pH
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) correspondiente, calculando este segundo controlador la diferencia entre los valores de pH de cada zona aerobia.
En una realización preferida, el sistema de control de la presente invención, se caracteriza por comprender en el proceso continuo de tratamiento de líquidos afluentes residuales, adicionalmente, al menos una zona de tratamiento inicial en anaerobiosis, disponiendo entonces el sistema de, al menos, una sonda redox ORP adicional, situada en dicha zona anaerobia, calculando también el segundo controlador, la diferencia de potenciales redox entre la zona anaerobia y la zona anóxica. En otra realización preferida, cuando el sistema de control de la presente invención es llevado a cabo mediante régimen de circulación de flujo de pistón dispone de:
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona aerobia,
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona anóxica - una sonda redox en la última zona anóxica
- una sonda redox adicional situada en Ia última zona anaerobia;
Y, cuando es llevado a cabo mediante un régimen de circulación en reactores de mezcla completa dispone de:
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona aerobia, - al menos una sonda de pH en la primera y última zona anóxica
- una sonda redox en la última zona anóxica
- una sonda redox adicional situada en la última zona anaerobia.
En otra realización preferida, el sistema de control de la presente invención se caracteriza porque la zona aerobia dispone de un sistema de control de la aireación que modifica la consigna de oxígeno disuelto y la zona anóxica dispone de un variador que modifica el caudal de rccirculación de la zona aerobia a la anóxica.
El segundo objeto de la presente invención se refiere al procedimiento de eliminación biológica de nitrógeno en procesos en continuo de tratamiento de líquidos afluentes residuales, que comprendan, secuencialmente, al menos una zona de tratamiento en anoxia y, al menos, una zona de tratamiento en aerobiosis, de
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) dichos afluentes, con un caudal variable de rccirculación de la zona aerobia a la zona anóxica caracterizado por utilizar el sistema de control descrito anteriormente.
En una realización preferida, el procedimiento de la presente invención se caracteriza por comprender en el proceso continuo de tratamiento de líquidos afluentes residuales, adicionalmente, al menos una zona de tratamiento inicial en anaerobiosis.
En otra realización preferida, el procedimiento de la presente invención se caracteriza porque cuando el proceso en continuo es llevado a cabo mediante un régimen de circulación de flujo de pistón el sistema de control dispone de: - al menos una sonda de pH en la primera y última zona aerobia,
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona anóxica
- una sonda redox en la última zona anóxica
- una sonda redox adicional situada en la última zona anaerobia.
Y cuando el proceso en continuo es llevado a cabo mediante un régimen de circulación en reactores de mezcla completa el sistema de control dispone de:
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona aerobia,
- al menos una sonda de pH en Ia primera y última zona anóxica
- una sonda redox en la última zona anóxica
- una sonda redox adicional situada en la última zona anaerobia En otra realización preferida, el procedimiento descrito en la presente invención se caracteriza porque la zona aerobia dispone de un sistema de control de aireación y de un variador para la regulación automática del caudal de recirculación interna entre la zona aerobia y la zona anóxica
En otra realización preferida el procedimiento descrito en la presente invención se caracteriza porque el proceso continuo se lleva a cabo en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR).
Los ejemplos que se exponen a continuación tienen el objetivo de ilustrar la invención sin limitar el alcance de la misma.
Ejemplo 1. Algoritmo de control del proceso de nitrificación.
El algoritmo de control del proceso de nitrificación permite mantener una concentración baja de amonio en la última zona aerobia (que cumpla las condiciones
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) de vertido específicas) con el mínimo consumo energético. Para ello el controlador actúa como un control supervisor modificando la consigna de oxígeno disuelto del controlador del sistema de aireación de que disponga la zona aerobia. El esquema del algoritmo de control basado en la lógica difusa contiene cinco etapas que se muestran en la Figura 2 y se detallan a continuación:
• Etapa 1. Entrada de datos físicos al controlador. Las variables físicas medidas corresponden con los valores de pHae 0 y pHac j. Con estos valores se calcula la variable dpHae según la Ecuación 1
dpHae—pHae o - pHaef Ecuación 1
Seguidamente se calcula la media móvil de esta variable. dpHaeM- calculando para cada tiempo de control, la media de los valores de dpHae para un intervalo de tiempo fijo y previo a cada tiempo de control. A partir del valor de dpHaeM se determinan las variables de entrada al controlador, que corresponden con: o Error de
Figure imgf000016_0001
Esta variable representa el error del valor de la variable de control dpHaeM, con respecto al valor fijado como consigna, dpHae£. definido como:
ZdpHaeM = dpHaeC " φHaeAf Ecuación 2 Si la variable SápUaeM es negativa, la variable de control está por encima de la consigna establecida, indicando que el proceso de nitrificación no se ha completado y que el sistema requiere de más aireación para una nitrificación adecuada del amonio entrante. En este caso el sistema de control aumentará la consigna de oxígeno disuelto del sistema de control de la aireación, ODc. Por el contrario, si
^dpHaeM es positiva, implicará que se está suministrando una aireación en exceso, porque se está nitrificando más amonio del necesario para cumplir requisitos de vertido. Por ello el sistema de
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) control disminuirá la consigna ODc.
o Variación del error de dpHaeM, Δεtιpnae|vi. La variación del error es utilizada para identificar la tendencia de la variable de control dpHaeM en el proceso. La expresión de cálculo de la variación del error en el instante t. corresponde con la siguiente expresión:
ΔεdpHaeM -|εdpHaeM|t - |εdpHaeM|t-TR Ecuación 3 donde: TR: Tiempo de respuesta del controlador |εdρHaeMlt : valor absoluto de la variable dpHacM para el tiempo t de control. εdpHacMlt-TR: valor absoluto de la variable dpHaeM para el tiempo de control anterior. Si Ia variable ΔεdpHaeM es mayor que cero implica que la variable dpHaeM se está alejando del valor de consigna. En este caso, la acción del sistema de control desarrollado deberá ser más brusca. Por el contrario si es menor que cero, implicará que la variable de control se está acercando al valor de consigna, de manera que la acción del controlador deberá ser más suave.
Etapa 2. Fuzzificación. Tras la determinación de las variables físicas de entrada al controlador. εφHaeM Y ΔSdpHaeM éstas son transformadas a las variables difusas representadas en el esquema. Se definen las funciones de pertenencia representativas de cada etiqueta lingüística, en forma de un distribución gaussiana definida por la siguiente expresión:
μ ( p ) Ecuación 4
Figure imgf000017_0001
donde: μ(p): grado de pertenencia de la variable física, es la variable difusa
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) P: es la variable física c : es el centro de la curva gaussiana σ : es el ancho de la curva gaussiana
Como se puede observar en la Ecuación 4, las funciones de pertenencia vendrán definidas por dos parámetros, el centro c y la anchura σ. Los valores de estos parámetros serán específicos de cada EDAR donde sea implementado el sistema de control. Por ello, los valores adecuados serán determinados en el proceso de calibración del sistema de control.
• Etapa 3. Inferencia. Etapa en la que se obtiene el valor de cada una de las etiquetas lingüísticas de la variable difusa de salida, incremento de la consigna de oxígeno μ(Δ0Dc), en base al conocimiento lingüístico que se dispone. Para ello se definen una serie de reglas y se evalúan empleando el procedimiento Max-Prod de Larscn (1980), descrito con las siguientes ecuaciones: j o Para el operador lógico "y" H regia ,¡ ~ i [ ^ j Ecuación 5 i o Para el operador lógico "or" M k ~ Max [μ reg¡a ¡ J Ecuación 6
• Etapa 4. Desfuzzificación. En esta etapa la variable de salida difusa μ(ΔODc). es transformada a la variable de salida física del sistema de control. ΔODc, que corresponde con el incremento de consigna de oxígeno disuelto. Esta salida implica un aumento o disminución de la consigna de oxígeno disuelto. Para realizar esta transformación se ha utilizado, el método de la media difusa (Mendel, J. M., 1995). descrito por la siguiente ecuación:
∑ c , - μ ( P 1 ) ' n Ecuación 7
∑ μ ( P . ) ι = I donde: p: representa el valor físico de la variable de salida
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) μ(p,): es variable de salida difusa c,: es el centro de la ftinción de pertenencia de cada etiqueta lingüística de μ(p¡)
• Etapa 5. Salida física del sistema de control. En esta etapa la variable de salida física obtenida en la etapa previa de desfuzzificación. ΔODc- es utilizada para calcular el valor de la consigna de oxígeno disuelto, según la siguiente expresión:
ODC = ODC ant + AODC Ecuaci6n 8 donde: ODc .ant es Ia consigna de oxígeno disuelto anterior a la acción de control
En la presente invención, el sistema de control del proceso de nitrificación actúa como control supervisor del sistema de control de la aireación, actuando sobre la consigna de oxígeno disuelto en la última zona aerobia. El controlador del sistema de aireación es totalmente independiente del controlador de la nitrificación y su única función es la de mantener el OD en el valor de consigna establecido por éste. El sistema de aireación de la EDAR, mantendrá una concentración de oxígeno disuelto baja en la primera zona aerobia, (alrededor de 0.5 ppm), y la consigna de oxígeno disuelto (OD) en la última zona es controlada mediante este sistema de control supervisor. De esta forma, este controlador permite ahorrar energía ya que sólo aumenta la consigna de OD en los casos en que realmente es necesario para eliminar el amonio.
Tras el procesado de las variables de entrada al sistema de control de lógica difusa, la salida del controlador modifica la consigna de oxígeno disuelto perteneciente al controlador de aireación instalado en la EDAR.
En la Figura 3 se muestran las variables de entrada al sistema de control y la tendencia que independientemente tendría cada una de ellas sobre la variable de salida del controlador. Además se refleja como la combinación del valor de las dos variables ( εdpH M y ^εdpH ^¡ ). tras el procesado del sistema de control basado en la lógica difusa (mostrado en la Figura 2), actúa convenientemente modificando la
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) consigna de oxígeno disuclto del sistema de aireación.
De esta forma, en lugar de utilizar un analizador de amonio para el control del proceso de nitrifícación, se emplean dos sondas de pH. Con esta invención, la aireación se mantendrá al mínimo siempre que se cumplan los requisitos de vertido, minimizando así los costes energéticos de aireación de una EDAR. Cabe resaltar la importancia de esta minimización energética ya que los sistemas de aireación de una EDAR suponen el 50% de la energía total consumida.
Ejemplo 2. Algoritmo de control del proceso de desnitrificación. El algoritmo de control del proceso de desnitrificación permite mantener una concentración baja de nitrato en la última zona anóxica. modificando el caudal de recirculación interna de la zona aerobia a la zona anóxica. El esquema del algoritmo de control basado en la lógica difusa, que contiene cinco etapas, se muestra en la Figura 4 y se detalla a continuación: • Etapa 1. Entrada de datos físicos al controlador. Las variables físicas medidas corresponden con los valores ORPan, ORP3x. pHax-0 y pHax f. Con estos cuatro valores se calculan las 3 variables físicas de entrada al sistema de control difuso que son las siguientes: o ORP3x. Si la variable de control ORP3x es muy poco negativa, (este valor será poco negativo si el valor ORPax es muy próximo al valor de la etiqueta lingüística PP (pequeño positivo), el valor de esta etiqueta definido por los parámetros centro y ancho de la curva gaussiana, serán determinados específicamente para cada EDAR donde el sistema de control sea implementado. Los valores de estos parámetros junto con los parámetros que definen el resto de etiquetas lingüísticas son los valores a determinar en el proceso de calibración del sistema de control) el sistema de control deberá disminuir el caudal de recirculación aerobio-anóxico, con el fin de reducir la concentración de nitrato en exceso en la última etapa anóxica y minimizar su posible recirculación en la etapa anaerobia (en el caso en el que exista). Por el contrario, si el valor de esta variable es muy negativo (este valor será
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) muy negativo si el valor ORP3x es muy próximo al valor de la etiqueta lingüística GN (grande negativo), el valor de esta etiqueta definido por los parámetros centro y ancho de la curva gaussiana GN, serán determinados específicamente para cada EDAR donde el sistema de control sea implementado.) el caudal de la bomba podrá ser aumentado por el sistema de control para aumentar la concentración de nitrato afluente a la etapa anóxica. dORP, esta variable es opcional en el caso de que exista etapa anaerobia en el esquema de tratamiento. Esta variable se obtiene a partir de la siguiente expresión:
dORP = ORP m - ORP aχ Ecuac¡ón 9
Si la variable de control. dORP es muy negativa (este valor será muy negativo si el valor dORP es muy próximo al valor de la etiqueta lingüística GN (grande negativo), el valor de esta etiqueta definido por los parámetros centro y ancho de la curva gaussiana GN. serán determinados específicamente para cada EDAR donde el sistema de control sea implementado). el potencial redox de la última zona anóxica esta muy por encima del de la última etapa anaerobia. En este caso, este valor es indicativo de la presencia de nitrato en exceso en la etapa anóxica, por lo que el sistema de control no deberá aumentar la recirculación aerobio-anóxico. Por otro lado, si el valor de esta variable es poco negativo (este valor será poco negativo si el valor dORP es muy próximo al valor de la etiqueta lingüística PP (pequeño positivo), el valor de esta etiqueta definido por los parámetros centro y ancho de la curva gaussiana PP, serán deteπninados específicamente para cada EDAR donde el sistema de control sea implementado), indicará que las condiciones de la última etapa anóxica son más próximas a condiciones anaerobias. En esta situación el sistema de control podrá aumentar el caudal de recirculación.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) o Evolución de la media móvil del pH a lo largo de la etapa anóxica, ΔdpHaxM- Esta variable se obtiene a partir de la siguiente expresión:
ΔdpHaxM = dPHaxM ~ dPHaxM,ant Ecuación 10 donde: dpHaχJ\,f. media móvil de la variable dpHax cada 30 minutos. Esta variable se obtiene a partir de la siguiente expresión:
Figure imgf000022_0001
Ecuación 1 1 donde: dp^axM.am '• media móvil de la variable dpHax cada 3 horas
• Etapa 2. Fuzzificación. Tras la determinación de las variables físicas de entrada al controlador. ORP3x, dORP y ΔdpHaxM éstas son transformadas a las variables difusas representadas en la Figura 4. Se definen las funciones de pertenencia representativas de cada etiqueta lingüística, en forma de curvas gaussianas, tal y como se representa en la Ecuación 4.
• Etapa 3. Inferencia. Etapa en la que se obtiene el valor de cada una de las etiquetas lingüísticas de la variable difusa de salida, incremento del caudal μ(ΔQ[.), en base al conocimiento lingüístico que se dispone. El proceso de inferencia consiste en la definición de una serie de reglas y empleando el procedimiento Max-Prod de Larscn ( 1980) para la evaluación de las mismas, descrito anteriormente.
• Etapa 4. Dcsfuzzificación. En esta etapa la variable de salida ditusa μ(ΔQi_), es transformada a la variable de salida tísica del sistema de control, ΔQL, que corresponde con el incremento de caudal de recirculación. Esta salida implica un aumento o disminución del caudal de recirculación interna aerobio- anóxico. Para realizar esta transformación se ha utilizado, el método de la media difusa (Mendel, J.M., 1995), descrito anteriormente.
• Etapa 5. Salida física del sistema de control. En esta etapa la variable de
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) salida física obtenida en la etapa previa de desfuzzificación, ΔQL. es utilizada para calcular el valor del caudal de recirculación aerobio anóxico. según la siguiente expresión:
QL = QL -aann,t + ΔQ «^L Ecuación 12 donde:
QLant: caudal de recirculación aerobio-anóxico anterior a la acción de control
El controlador del proceso de desnitrificación utiliza las señales de dos sondas de pH situadas en la primera y última zonas anóxicas. pHax 0 y pHax f respectivamente (Figuras 1. 4 y 5). Si la diferencia de pH entre estas dos zonas es positiva implica que la etapa anóxica tiene capacidad de desnitrificación. Además, tiene en cuenta el potencial redox de la última zona anóxica, ORP3x, que nos indica la mayor o menor presencia de nitrato en la última zona anóxica y adicionalmente, el potencial redox de la última zona anaerobia, ORPaπ, que nos indica las condiciones anaerobias de la última zona anóxica, siempre que el esquema de tratamiento de la EDAR incluya eliminación biológica de fósforo con una zona anaerobia previa (Figuras 1. 4 y 5).
Tras el procesado de las variables de entrada al sistema de control de lógica difusa, la salida del controlador modifica adecuadamente el caudal de recirculación interna de la zona aerobia a la anóxica. En este caso, en lugar de utilizar dos analizadores de nitrato, uno en la zona anóxica y otro en la aerobia, se utilizan una sonda ORP (dos si existe etapa anaerobia) y dos de pH. La señal ORP3x. indicará la mayor o menor presencia de nitratos en la última zona anóxica. al igual que la variable dORP (si es el caso de un esquema de tratamiento que incluya una zona anaerobia previa). Cuanto más próxima a cero sea dORP. más anaerobia será la última zona anóxica y por tanto menos concentración de nitrato habrá en esa zona. Y por último las dos sondas de pH. cuya diferencia determinada por la variable dpHdX, es un indicador del grado de desnitrificación de las zonas anóxicas.
En resumen, solo cuando ORP3x y dORP sean indicativos de poca presencia de nitrato en la última zona anóxica y el sistema sea capaz de asimilar más nitrato
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) para desnitrificar, ΔdpHaxM > 0. el sistema de control irá incrementando la recirculación interna de la zona aerobia a la anóxica. optimizando de esta manera el proceso de desnitrificación y minimizando los costes energéticos derivados del bombeo. Así, el sistema de control del proceso de desnitrificación no sólo tiene en cuenta una medida de ORP lo suficientemente baja que asegure una concentración pequeña de nitrato en Ia última etapa anóxica, sino que también se tiene en cuenta la capacidad de desnitrificación de la etapa anóxica. De manera que si la variable ΔdpH;ιXM no es positiva no se va a recireular más puesto que la etapa anóxica no será capaz de asimilar ese incremento y se estaría desperdiciando energía en el bombeo necesario para dicha recirculación.
En la Figura 5 se representan las tres variables de entrada al controlador
(ORP3x, dORP y Δdpl IaXM) obtenidas a partir de las sondas previamente citadas e instaladas en la EDAR. La variable dORP será utilizada únicamente si la EDAR dispone de zona anaerobia. Tras el procesado del valor de estas tres variables, se obtiene la salida del controlador y el caudal final de recirculación interna.
Tanto el controlador del proceso de nitrificación y el controlador del proceso de desnitrificación, que integran el sistema de control descrito en la presente invención, optimizan la eliminación biológica del nitrógeno de una EDAR, minimizando el coste energético relacionado con las variables manipuladas por el sistema de control. Además, con esta invención se minimiza la inversión inicial sustituyendo los analizadores por sondas de bajo coste, las cuales incluyen la ventaja adicional de una mayor facilidad en su mantenimiento y un menor tiempo de respuesta lo que optimiza la acción del sistema de control.
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Claims

REIVINDICACIONES
1.- Sistema de control de la eliminación biológica de nitrógeno en procesos en continuo de tratamiento de líquidos afluentes residuales, que comprenden, secuencialmente, al menos una zona de tratamiento en anoxia, dónde se produce la desnitrificación y, al menos, una zona de tratamiento en aerobiosis, donde se produce la nitrificación, de dichos afluentes, con un caudal variable de recirculación de la zona aerobia a la anóxica, caracterizado porque dispone, al menos, de un primer y de un segundo controlador independientes,
- un primer controlador, del proceso de desnitrificación, que dispone de al menos una sonda de pH en la zona anóxica, calculando este primer controlador la diferencia entre los valores de pH dentro de dicha zona anóxica, y además, dispone de una sonda redox ORP en la propia zona anóxica, determinando dicha diferencia de pH junto con el valor de ORP en la etapa anóxica, el caudal de recirculación de la zona aerobia a la anóxica; -un segundo controlador, del proceso de nitrificación que modifica la consigna de oxígeno disuelto en la zona aerobia, a partir de al menos una sonda de pH dispuesta en dicha zona, que efectúa mediciones periódicas del pH correspondiente, calculando este segundo controlador la diferencia entre los valores de pH dentro de la zona aerobia.
2.- Sistema de control según la reivindicación 1 caracterizado por comprender en el proceso continuo de tratamiento de líquidos afluentes residuales, adicionalmente, al menos una zona de tratamiento inicial en anaerobiosis, disponiendo entonces el sistema de, al menos, una sonda redox ORP adicional, situada en dicha zona anaerobia, calculando también el segundo controlador, la diferencia de potenciales redox entre la zona anaerobia y la zona anóxica.
3.- Sistema de control según la reivindicación 1 o 2 que cuando el proceso en continuo es llevado a cabo mediante un régimen de circulación de flujo de pistón dispone de:
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona aerobia,
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona anóxica
- una sonda redox en la última zona anóxica - una sonda redox adicional situada en la última zona anaerobia
4.- Sistema de control según la reivindicación 1 o 2 que cuando el proceso en continuo es llevado a cabo mediante un régimen de circulación en reactores de mezcla completa dispone de:
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona aerobia,
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona anóxica
- una sonda redox en la última zona anóxica
- una sonda redox adicional situada en la última zona anaerobia
5.- Sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque la zona aerobia dispone de un sistema de control de la aireación que modifica la consigna de oxígeno disuelto y la zona anóxica dispone de un variador que modifica el caudal de recirculación de la zona aerobia a la anóxica.
6.- Procedimiento de eliminación biológica de nitrógeno en procesos en continuo de tratamiento de líquidos afluentes residuales, que comprende, secuencialmente, al menos una zona de tratamiento en anoxia y, al menos, una zona de tratamiento en aerobiosis, de dichos afluentes, con un caudal variable de recirculación de la zona aerobia a la zona anóxica caracterizado por utilizar el sistema de control de las reivindicaciones 1 a 5.
7.- Procedimiento según la reivindicación 6 caracterizado por comprender en el proceso continuo de tratamiento de líquidos afluentes residuales, adicionalmente, al menos una zona de tratamiento inicial en anaerobiosis.
8. -Procedimiento según las reivindicaciones 6 o 7 caracterizado porque el proceso en continuo es llevado a cabo mediante un régimen de circulación de flujo de pistón caracterizado porque el sistema de control dispone de: - al menos una sonda de pH en la primera y última zona aerobia,
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona anóxica
- una sonda redox en la última zona anóxica
- una sonda redox adicional situada en la última zona anaerobia
9.- Procedimiento según las reivindicaciones 6 o 7 caracterizado porque el proceso en continuo es llevado a cabo mediante un régimen de circulación en reactores de mezcla completa caracterizados porque el sistema de control dispone de:
- al menos una sonda de pH en la primera y última zona aerobia, - al menos una sonda de pH en la primera y última zona anóxica
- una sonda redox en la última zona anóxica
- una sonda redox adicional situada en la última zona anaerobia
10.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9 dónde la zona aerobia dispone de un sistema de control de aireación.
11.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 en el que se dispone de un variador para la regulación automática del caudal de recirculación interna entre la zona aerobia y la zona anóxica
12.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11 caracterizado porque el proceso continuo se lleva a cabo en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs).
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