Modelación dinámica de una estación de depuración de aguas residuales (EDAR). Caso práctico: EDAR de Carral

Abstract

[Resumen:] Ante un porvenir de reforma sobre lo ya establecido, en el que las condiciones de contorno afectantes sobre la infraestructura podrán ser muy variables entre sí, se hace fundamental desarrollar la técnica que permita evaluar futuribles muy dispares. En el ámbito de la ingeniería, la modelización a escala es una práctica extendida, aunque ésta es dificultosa tanto en medios como en criterios de aproximación. Por ello, y, aunque aun en este mismo trabajo se verá lo útil de implementar estudios a escala, se debe seguir desarrollando el ámbito de la modelización mediante métodos numéricos, matemáticos o algebraicos como los estudiados en este proyecto técnico. En el presente estudio, estas cuestiones se hacen notables a partir de la evaluación de la EDAR que cubre el TM de Carral y Abegondo. Partiendo de una infraestructura ya ejecutada y perfectamente implementada en el medio, se pretende estudiar si efectivamente hay concordancia entre lo medido in situ sobre la misma (acercándose al modelo a escala), lo previsible partiendo únicamente de la literatura y de los estándares promulgados por las instituciones del ámbito de las aguas residuales, y, por último, evaluando también el ajuste o predicción mediante modelos como los diseñados por la IWA, el ASM1, ASM2d, o modificados. Para ello e inicialmente, los trabajos realizados han sido de documentación y revisión del estado del conocimiento. Se ha recabado información en lo relativo a una parte concreta de las estaciones depuradoras, el reactor de fangos activos, ya que la gran mayoría de datos tangibles que se han podido recabar en la EDAR de Carral están muy influenciados por éste, dando lugar a, ajustadas y de gran nivel, relaciones entre teoría y datos empíricos en el ámbito concreto de los procesos de nitrificación y desnitrificación en el reactor. En segundo lugar, de la síntesis entre calibración y comprobación del rendimiento de los métodos de modelización, se han seguido dos pretensiones fundamentales. Por un lado, mediante el empleo del software AQUASIM y el modelo propio del ASM1, se han asentado las bases teóricas recabadas al inicio del proyecto, poniéndolas en práctica y caracterizándolas para las aguas de A Coruña. De este modo se ha ejecutado una doble evaluación, en primer lugar, de aptitudes del programa de modelización y su capacidad para representar la realidad conocida, y, en segundo lugar, sobre el comportamiento de las aguas de este municipio, discerniendo así cuáles serán las características “de interés” que en el caso de Carral se deberán de controlar. Con el conocimiento adquirido sobre los puntos a tener en cuenta en la modelización de las aguas y las relaciones que los sistemas algebraicos de representación implican, se ha desarrollado una modelización completa de la EDAR de Carral empleando el programa DESASS (ASM2d modificado), que debido a sus características, requiere de un aprendizaje más compacto sobre los procesos globales que tienen lugar en las estaciones depuradoras. Así, se ha realizado una triple evaluación, de nuevo, de las características del agua residual de este entorno, de la veracidad de lo aportado por AQUASIM y, finalmente, de la capacidad de previsión del futurible que programas como DESASS a día de hoy pueden aportar con muestreos como base.

[Resumo:] Ante un porvir de reforma sobre o xa establecido, no que, as condicións de contorno afectantes sobre a infraestrutura poderán ser moi variables entre si, faise fundamental desenvolver a técnica que permita avaliar futuribles moi dispares. No ámbito da enxeñería, a modelización a escala é unha práctica estendida, esta é dificultosa tanto en medios como en criterios de aproximación. Por iso, e, aínda que neste mesmo traballo verase o útil de implementar estudos a escala, débese seguir desenvolvendo o ámbito da modelización mediante métodos numéricos, matemáticos ou alxebraicos como os estudados nos capítulos que a continuación se mostran. No presente estudo, estas cuestións fanse notables a partir da avaliación da EDAR que cobre o TM de Carral e Abegondo. Partindo dunha infraestrutura xa executada e perfectamente implementada no medio, preténdese estudar se efectivamente hai concordancia entre o medido in situ sobre a mesma (achegándose ao modelo a escala), o previsible partindo unicamente da literatura e dos estándares promulgados polas institucións imperantes no ámbito das augas residuais, e, por último, avaliando tamén o axuste ou predición mediante modelos como os deseñados pola IWA, o ASMN1, ASMN2d, ou modificados. Para iso e inicialmente, os traballos realizados foron de documentación e revisión do estado do coñecemento. Solicitouse información no relativo a unha parte concreta das estacións depuradoras, o reactor de lodos activos, xa que a gran maioría de datos tanxibles que se puideron solicitar na EDAR de Carral están moi influenciados por este, dando lugar a, axustadas e de gran nivel, relacións entre teoría e datos empíricos no ámbito concreto dos procesos de nitrificación e desnitrificación no reactor. En segundo lugar, da síntese entre calibración e comprobación do rendemento dos métodos de modelización, seguíronse dúas pretensións fundamentais. Por unha banda, mediante o emprego do software AQUASIM e o modelo propio do ASMN1, asentáronse as bases teóricas solicitadas ao comezo do proxecto, poñéndoas en práctica e caracterizándoas para as augas da Coruña. Deste xeito executouse unha dobre avaliación, en primeiro lugar de aptitudes do programa de modelización e a súa capacidade para representar a realidade coñecida, e, en segundo lugar, sobre o comportamento das augas deste municipio, discernindo así cales serán as características “de interese” que no caso de Carral deberanse de controlar. Co coñecemento adquirido sobre os puntos para ter en conta na modelización das augas e as relacións que os sistemas alxebraicos de representación implican, desenvolveuse unha modelización completa da EDAR de Carral empregando o programa DESASS (ASM2d modificado), que debido ás súas características, require dunha aprendizaxe máis compacta sobre os procesos globais que teñen lugar nas estacións depuradoras. Así, realizouse unha tripla avaliación, de novo, da características da auga residual desta contorna, da veracidade do achegado por AQUASIM e, finalmente, da capacidade de previsión do futurible que programas como DESASS a día de hoxe poden achegar en base a mostras.

[Abstract:] Faced with a future reform of what is already established, in which, the boundary conditions affecting the infrastructure may be highly variable, it is essential to develop a technique that allows us to evaluate very different futures. In the field of engineering, scale modelling is a widespread practice, but it is difficult both in terms of means and in terms of approximation criteria. For this reason, and, although in this same work we will see the usefulness of implementing scale studies, we must continue to develop the field of modelling by means of numerical, mathematical or algebraic methods such as those studied in the chapters shown below. In the present study, these issues are highlighted by the evaluation of the WWTP that covers the TM of Carral and Abegondo. Starting from an infrastructure already executed and perfectly implemented in the environment, we intend to study whether there is indeed concordance between what is measured in situ on the same (using the scale model), what is foreseeable starting only from the literature and the standards promulgated by the prevailing institutions in the field of wastewater, and, finally, also evaluating the adjustment or prediction using models such as those designed by the IWA, or ASMN1, ASMN2d, or modified models. To this end, the work carried out initially consisted of documentation and a review of the state of knowledge. Information has been collected in relation to a specific part of the wastewater treatment plants, the activated sludge reactor, since most of the tangible data collected at the Carral WWTP are highly influenced by it, giving rise to adjusted, high-level relations between theory and empirical data in the specific field of nitrification and denitrification processes in the reactor. Secondly, from the synthesis between calibration and performance testing of the modelling methods, two fundamental claims have been followed. On the one hand, using the AQUASIM software and the ASMN1 model, the theoretical bases collected at the beginning of the project were established, putting them into practice and characterising them for the waters of A Coruña. In this way, a double evaluation was carried out, firstly on the aptitude of the modelling programme and its capacity to represent the known reality, and secondly, on the behaviour of the waters of this municipality, thus discerning the characteristics "of interest" which, in the case of Carral, should be controlled. With the knowledge acquired on the points to be taken into account in water modelling and the relationships that the algebraic representation systems imply, a complete modelling of the Carral WWTP was developed using the DESASS programme (modified ASMN2d), which, due to its characteristics, requires a more compact learning process on the global processes that take place in the wastewater treatment plants. Thus, a triple evaluation has been carried out, once again, of the characteristics of the wastewater in this environment, of the veracity of the information provided by AQUASIM and, finally, of the capacity for forecasting the future that programmes such as DESASS can currently provide based on samplings.