14 de junio de 2024

Un gemelo digital ayuda a una EDAR a reducir la energía destinada a aireación en un 10%.

Una planta de tratamiento de aguas residuales cerca de Tirol, Italia, quería minimizar el consumo de energía de su proceso de lodos activados sin dejar de cumplir los requisitos de vertido. Mediante el despliegue de la Optimización del Sistema de Tratamiento (TSO — por sus siglas en inglés) de Xylem, que crea modelos digitales de los procesos de tratamiento, la planta redujo el consumo de energía en un 10 %, a pesar de un aumento de la carga del 33 %. La planta también redujo el vertido de nitrógeno en un 16 % y el de fósforo total en un 25 %.

ARA Pustertal AG explota la planta de tratamiento de aguas residuales Innichen-Sexten (San Candido-Sesto en español), cerca de Tirol, Italia. La planta de tratamiento, con capacidad para 36.000 habitantes, tiene un proceso convencional de lodos activados, con una desnitrificación previa y una eliminación biológica de fósforo.

Las aguas residuales tratadas en la planta consisten aproximadamente en un 25 % de aguas residuales municipales, un 25 % de aguas residuales comerciales y un 50 % de aguas residuales procedentes del turismo. Las aguas residuales comerciales incluyen las procedentes de lecherías locales, un fabricante de zumos y otro de beicon y salchichas, que representan la mayor parte de las aguas residuales comerciales.

Uso de datos para elaborar recomendaciones

Para este proyecto, el director optó por la Optimización del Sistema de Tratamiento (TSO) de Xylem. Esta solución proporciona un análisis en tiempo real de los parámetros de funcionamiento de las plantas de tratamiento y, a continuación, elabora recomendaciones a los operarios para ayudarles a gestionar las plantas de forma más eficaz, segura y económica.

La solución TSO utiliza un enfoque de inteligencia de decisiones que maximiza los datos de una planta para ofrecer resultados altamente procesables y cuantificables. A medida que los datos se actualizan en tiempo real, se transmiten inmediatamente al sistema para su perfeccionamiento y mejora continuos.

«La mayor parte del consumo energético en el tratamiento de aguas residuales corresponde a la aireación y el bombeo», afirma Konrad Engl, Director General de ARA Pustertal AG. «La aireación introduce oxígeno disuelto en las aguas residuales para favorecer la oxidación aeróbica y la eliminación de nitrógeno. El bombeo se utiliza para mover y hacer circular el agua y los lodos a través de la secuencia de procesos de tratamiento. La aireación de las aguas residuales en una planta de tratamiento representa la mayor parte de la demanda total de electricidad de una planta.»

En el caso de la planta de Innichen-Sexten, el objetivo era garantizar el cumplimiento de los límites de vertido y reducir al mínimo el consumo de energía del sistema de lodos activados. La planta quería optimizar la entrada de oxígeno y automatizar el control de recirculación.

Un modelo de gemelo digital con redes neuronales

Basándose en los objetivos de la planta, Xylem desarrolló un gemelo digital de los procesos de tratamiento de la planta. Este modelo, alimentado por redes neuronales artificiales, permitiría a la planta comprender diferentes correlaciones entre las cargas del caudal de entrada, las cantidades, las temperaturas, los perfiles de aireación y otras variables del proceso, junto con los índices de degradación y las concentraciones de los vertidos resultantes.

El sistema TSO calculó propuestas para distintos escenarios que garantizarían el cumplimiento fiable de los valores de vertido con un consumo energético y un uso de productos químicos mínimos. Esto también incluía cálculos del impacto financiero de cada paso.

El modelo de gemelo digital proporcionó previsiones basadas en los valores de entrada, y el sistema TSO calculó la configuración de funcionamiento más conveniente (aireación de la línea individual, recirculación, modo de funcionamiento, etc.) modificando selectivamente las variables de control.

10 % de reducción del consumo de energía

El sistema TSO puede tanto elaborar recomendaciones a los operarios de la planta, que las llevan a cabo manualmente, como conectarse directamente al sistema de control de la planta de tratamiento. Si el sistema está en modo manual, los operarios reciben notificaciones con recomendaciones para ajustar manualmente el funcionamiento. Si el sistema está en modo automático, el sistema TSO controla la planta de tratamiento con recomendaciones que los operarios supervisan.

«Con la acuciante necesidad de ganar eficiencia energética y reducir costes, el sistema TSO de Xylem nos permitió aprovechar la inteligencia de decisión, es decir, utilizar los datos para optimizar los procesos, obtener mejores resultados y reducir el consumo de energía», afirma Konrad Engl, Director General de ARA Pustertal AG.

Tras cuatro meses de funcionamiento del sistema TSO, la planta de tratamiento redujo el consumo de energía en un 10 %, a pesar de que la carga contaminante de entrada había aumentado considerablemente, un 33 %. La planta también redujo el nitrógeno total en un 16 % y el fósforo total en un 25 % en comparación con el funcionamiento normal de la planta, que ya contaba con un excelente rendimiento de depuración.