Combining experimental and modelling approaches towards full-scale implementation for membrane bioreactor optimisation

Els biorreactors de membrana (MBR) són una tecnologia consolidada en el tractament d’aigües residuals urbanes, gràcies a la seva elevada qualitat d’efluent i al seu disseny compacte. Tot i això, el seu funcionament continua condicionat pels fenòmens d’embrutiment de les membranes i pel consum energètic associat a l’aireig necessari per al control de la filtració. Aquesta tesi doctoral aborda aquestes limitacions mitjançant un enfocament integrat que combina caracterització experimental, estratègies avançades de control i models basats en dades per optimitzar l’operació dels MBR a escala real. En primer lloc, s’analitza la metodologia experimental utilitzada per avaluar la filtració. Es demostra que el flux-step test convencional no és suficient per descriure l’estabilitat operativa, ja que no considera la interacció entre el flux de permeat i la intensitat d’aireig. Per aquest motiu, es proposa un assaig complementari d’esglaons d’aireig que permet quantificar la demanda específica d’aireació i identificar condicions operatives estables per al control de l’embrutiment reversible. Els resultats mostren que membranes amb fluxos crítics similars poden presentar requeriments d’aireig diferents. La segona part de la tesi desenvolupa un sistema de control basat en lògica difusa aplicat a un MBR a escala real. El sistema utilitza mesures en línia de la pressió transmembrana i de l’evolució de l’embrutiment per ajustar dinàmicament l’aireig i, en situacions desfavorables, limitar la producció de permeat. La validació a escala real mostra una reducció de l’embrutiment i del consum energètic en comparació amb l’operació convencional, mantenint la robustesa del procés. Finalment, s’avalua l’ús de models d’aprenentatge automàtic per a la predicció de la pressió transmembrana, incorporant la quantificació de la incertesa com a eina de suport al manteniment predictiu. En conjunt, aquesta tesi contribueix al desenvolupament d’estratègies més eficients, robustes i intel·ligents per a l’operació dels biorreactors de membrana a escala real.