Modelado, simulación y control del oxígeno disuelto en el tratamiento de aguas residuales con lodos activados mediante controlador PID: Reducción de costes energéticos

Resumen

Esta investigación explora el control del Oxígeno Disuelto (DO) en Plantas de Tratamiento de Residuos Basadas en Lodos Activados (PTRLA) utilizando un controlador clásico Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Además del control de DO, el sistema monitoriza el Potencial Redox (RP) y la Turbidez, asegurando un proceso de tratamiento bien regulado. Los niveles de DO en el tanque de reacción se regulan ajustando los aireadores según la Demanda Química de Oxígeno (DQO) de los nutrientes existentes y un análisis de respirometría previamente realizado. Los datos indican que el consumo de energía puede reducirse hasta un 66,83%, lo que se traduce en ahorros financieros equivalentes a 73.151,38 dólares, equivalentes a 1.406.757,21 kWh por año. El sistema fue ajustado para alcanzar una concentración objetivo de DO de 8,0 mg/l en una hora. Durante este período, los aireadores estuvieron apa[1]gados durante 40,1 minutos y operativos durante 19,9 minutos. Es importante destacar que el sistema de aireación inicialmente operó al 90% de su máxima intensidad, pero posteriormente man[1]tuvo una intensidad reducida del 60%, contribuyendo aún más al ahorro energético al minimizar tanto el tiempo de operación como la intensidad. Además, la respuesta del DO se simuló en LabView utilizando la ecuación diferencial para la dinámica del DO en la EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales), incorporando parámetros de respirometría como los niveles iniciales de oxígeno, el consumo de oxígeno por los lodos y las tasas de aireación. Las respuestas prácticas y teóricas se compararon para su validación. El ajuste del PID se realizó en MATLAB y se implementó en LabView, integrando sensores y actuadores.