Optimal control of an integrating system consisting of a sewer network and a wastewater treatment plant

Abstract

La tesi doctoral proposa models avançats i mètodes de control òptims per a xarxes de clavegueram i estacions de tractament d'aigües residuals. L'objectiu principal és aplicar una sèrie d'accions de control a ambdós sistemes per tal de reduir-ne l'impacte ambiental mitjançant l'abocament de la menor quantitat possible de contaminants als receptors naturals, alhora que s'utilitza la menor energia possible, sense alliberant massa gasos d'efecte hivernacle a l'atmosfera. Això s'aborda de manera integrada, obre el camí per reduir encara més l'impacte ambiental d'aquests sistemes, estudiant el tema del control òptim dels sistemes integrats d'aigües residuals urbanes. En aquest sentit, la recerca es va centrar en tres direccions: reduir l'impacte ambiental de les xarxes de clavegueram mitjançant l'aplicació de diversos algorismes de control òptim, reduir l'impacte ambiental de les depuradores d'aigües residuals mitjançant l'aplicació de diversos algorismes de control òptim, i estudiar la interconnectivitat dels dos sistemes mitjançant l'avaluació. els efectes que té el control òptim de la xarxa de clavegueram en el sistema integrat. Aquestes tres direccions van requerir, com a pas previ, el desenvolupament de models per als sistemes de recollida i tractament d'aigües residuals.

La tesis doctoral propone métodos avanzados de modelización y control óptimo de redes de alcantarillado y plantas de tratamiento de aguas residuales. El objetivo principal es aplicar una serie de acciones de control a ambos sistemas con el fin de reducir su impacto ambiental mediante la descarga de la menor cantidad posible de contaminantes a los receptores naturales, al mismo tiempo que se utiliza la menor energía posible, sin liberar demasiados gases de efecto invernadero a la atmósfera. Esto se aborda de forma integrada, allanando el camino para reducir aún más el impacto ambiental de dichos sistemas, mediante el estudio del tema del control óptimo de los sistemas integrados de aguas residuales urbanas. En este sentido, la investigación se centró en tres direcciones: reducción del impacto ambiental de las redes de alcantarillado mediante la aplicación de varios algoritmos de control óptimo, reducción del impacto ambiental de las plantas de tratamiento de aguas residuales mediante la aplicación de varios algoritmos de control óptimo, y estudio de la interconectividad de los dos sistemas mediante la evaluación de los efectos que el control óptimo de la red de alcantarillado tiene sobre el sistema integrado. Estas tres direcciones requirieron, como paso preliminar, el desarrollo de modelos para los sistemas de recolección y tratamiento de aguas residuales.

The doctoral thesis proposes advanced modelling and optimal control methods for sewer networks and wastewater treatment plants. The main goal is to apply a series of control actions to both systems in order to reduce their environmental impact by discharging a quantity as little as possible of pollutants into natural receptors, while, at the same time, using as little energy as possible, without releasing too much greenhouse gases into the atmosphere. This is approached in an integrated manner, paving the way for reducing further the environmental impact of such systems, by studying the topic of optimal control of integrated urban wastewater systems. In this sense, the research focused on three directions: reducing the environmental impact of sewer networks by applying various optimal control algorithms, reducing the environmental impact of wastewater treatment plants by applying various optimal control algorithms, and studying the interconnectivity of the two systems by assessing the effects that sewer network optimal control has on the integrated system. These three directions required, as a preliminary step, the development of models for the wastewater collecting and treatment systems.