Supervisory systems in waste water treatment plants: sistematise their implementation

Abstract

La implantació de Sistemes de Suport a la presa de Decisions (SSD) en Estacions Depuradores d'Aigües Residuals Urbanes (EDAR) facilita l'aplicació de tècniques més eficients basades en el coneixement per a la gestió del procés, assegurant la qualitat de l'aigua de sortida tot minimitzant el cost ambiental de la seva explotació. Els sistemes basats en el coneixement es caracteritzen per la seva capacitat de treballar amb dominis molt poc estructurats, i gran part de la informació rellevant de tipus qualitatiu i/o incerta. Precisament aquests són els trets característics que es poden trobar en els sistemes biològics de depuració, i en conseqüència en una EDAR. No obstant, l'elevada complexitat dels SSD fa molt costós el seu disseny, desenvolupament i aplicació en planta real, pel que resulta determinant la generació d'un protocol que faciliti la seva exportació a EDARs de tecnologia similar. L'objectiu del present treball de Tesi és precisament el desenvolupament d'un protocol que faciliti l'exportació sistemàtica de SSD i l'aprofitament del coneixement del procés prèviament adquirit. El treball es desenvolupa en base al cas d'estudi resultant de l'exportació a l'EDAR Montornès del prototipus original de SSD implementat a l'EDAR Granollers. Aquest SSD integra dos tipus de sistemes basats en el coneixement, concretament els sistemes basats en regles (els quals són programes informàtics que emulen el raonament humà i la seva capacitat de solucionar problemes utilitzant les mateixes fonts d'informació) i els sistemes de raonament basats en casos (els quals són programes informàtics basats en el coneixement que volen solucionar les situacions anormals que pateix la planta en el moment actual mitjançant el record de l'acció efectuada en una situació passada similar). El treball està estructurat en diferents capítols, en el primer dels quals, el lector s'introdueix en el món dels sistemes de suport a la decisió i en el domini de la depuració d'aigües. Seguidament es fixen els objectius i es descriuen els materials i mètodes utilitzats. A continuació es presenta el prototipus de SSD desenvolupat per la EDAR Granollers. Una vegada el prototipus ha estat presentat es descriu el primer protocol plantejat pel mateix autor de la Tesi en el seu Treball de Recerca. A continuació es presenten els resultats obtinguts en l'aplicació pràctica del protocol per generar un nou SSD, per una planta depuradora diferent, partint del prototipus. L'aplicació pràctica del protocol permet l'evolució del mateix cap a un millor pla d'exportació. Finalment, es pot concloure que el nou protocol redueix el temps necessari per realitzar el procés d'exportació, tot i que el nombre de passos necessaris ha augmentat, la qual cosa significa que el nou protocol és més sistemàtic.

The decision support systems (DSS) implemented in wastewater treatment plants (WWTP) make easier the application of better techniques based on the knowledge to manage the process, insuring the effluent quality and minimising the economical costs of its exploitation. The knowledge-based systems are characterised by its capability of working in ill structured domains, and with relevant information of type qualitative or uncertain. These are the characteristics that could be found in the biological systems treatments, and consequently in a wastewater treatment plant. However, the high complexity of the DSS makes very expensive their design, development and the application in a real WWTP, and because this reason it is very important the generation of a protocol that makes easier the exportation of the program to other similar plants. The objective of the present document is the development of a protocol that makes easier the systematic exportation of DSS and the reuse of the process knowledge acquired previously. The document is developed in basis on the study case from the DSS exportation from the Granollers WWTP to Montornès WWTP. This knowledge-based system integrates two kinds of systems based on knowledge, concretely the rule-based systems (which are programs that simulate the human reasoning and its capability of problem solving using the same information sources) and the case-based reasoning systems (which are informatic programs based on knowledge that solve the current abnormal situations in the plant by means of retrieving the executed action in a similar past situation). The document is structured in different chapters, in the first chapter; the lector is introduced in the DSS domain and in the wastewater treatment domain. Afterwards the objectives are defined and the materials and methods used are explained. Following, the Granollers DSS prototype is presented. Once, the prototype is explained, the first protocol made by the author in his research work is presented. Afterwards, the results obtained from the protocol application to export the DSS to other plant are presented. The real application of the protocol allows making better itself. In conclusion, the new protocol reduces the needed time to make the exportation process, although the new protocol needs more steps to make the same work, this means that it is more systematic.