Retrofitting Analysis for Improving Benefits of A/O WWTPs Considering Process Control Aspects

Abstract

En aquest treball s'ha desenvolupat una metodologia per implementar l'eliminació biològica de fòsfor (EPBR) en les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes (EDAR) amb configuració anòxica / òxica (A/O) dissenyades per eliminar únicament matèria orgànica (DQO) i nitrogen (N). L'objectiu és eliminar biològicament i simultàniament DQO, N i fòsfor (P) tenint en compte aspectes de control de processos i amb el millor rendiment d'operació. La metodologia proposada cerca exhaustivament un model del procés, utilitzant les dades existents de la planta per determinar els paràmetres cinètics. El model de la planta s'ha calibrat utilitzant una metodologia basada en la matriu d'informació de Fisher (FIM). Usant l'estructura del model de la planta i les noves configuracions de plantes que es proposen, s'utilitza un conjunt de criteris per identificar quina és la millor alternativa. Entre els criteris utilitzats es troben: qualitat de l'efluent, solidesa de l'estructura de control del procés, costos d'operació i costos d'inversió per a compra d'equips i per dur a terme canvis en la distribució de la planta. També s'estudia la viabilitat dels organismes acumuladors de fòsfor (PAO) i l'efecte del creixement d'aquestes espècies amb diferents estructures de control del procés.

En este trabajo se ha desarrollado una metodología para implementar la eliminación biológica de fósforo (EPBR) en las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas (EDAR) con configuración anóxica / óxica (A/O) diseñadas para eliminar únicamente materia orgánica (DQO) y nitrógeno (N). El objetivo es eliminar biológica y simultáneamente DQO, N y fósforo (P) teniendo en cuenta aspectos de control de procesos y con el mejor rendimiento de operación. La metodología propuesta busca exhaustivamente un modelo del proceso, utilizando los datos existentes de la planta para determinar los parámetros cinéticos. El modelo de la planta se ha calibrado utilizando una metodología basada en la matriz de información de Fisher (FIM). Usando la estructura del modelo de la planta y las nuevas configuraciones de plantas que se proponen, se utiliza un conjunto de criterios para identificar cuál es la mejor alternativa. Entre los criterios utilizados se encuentran: calidad del efluente, solidez de la estructura de control del proceso, costos de operación y costos de inversión para compra de equipos y para llevar a cabo cambios en la distribución de la planta. También se estudia la viabilidad de los organismos acumuladores de fósforo (PAO) y el efecto del crecimiento de estas especies con diferentes estructuras de control del proceso.

A methodology for retrofitting existent Anoxic/Oxic (A/O) wastewater treatment plants (WWTP) to perform the Enhanced Biological Phosphorus Removal (EPBR) in order to biologically remove organic matter (COD), nitrogen (N) and phosphorus (P) at the same time, considering process control aspects, was developed. The proposed methodology exhaustively searches a process model, using existent plant data to determine the current kinetic parameters. The plant model is calibrated using a methodology based on the Fisher Information Matrix. Using the plant model structure, new plant configurations are proposed and a set of criteria are used to identify what is the best alternative. Amongst the criteria are: the robustness of the process control structure, operating costs, investment costs to perform changes in the plant layout and equipments and the effluent quality. The feasibility of phosphorus accumulating organisms (PAO) growth and the effect of these species in the existent process control structure are also studied.