Descripción
El proyecto Waternet es un sistema autónomo para la automatización del control de las operaciones en una EDAR.
Una gestión efectiva de una EDAR es crucial no solo por su implicación directa con la calidad del agua efluente y la salud pública, sino que también es necesaria para minimizar la huella climática y los elevados costes asociados derivados de su operativa. El proceso de Lodos Activos es uno de los procesos más habituales en este tipo de plantas, por lo que el proyecto Waternet se ha centrado en él, específicamente en la automatización y optimización del control en su fase de aireación.
Arquitectura
La arquitectura de Waternet se fundamenta en un agente de control, desarrollado en base a un algoritmo de aprendizaje por refuerzo profundo (IA) que aprende en modo off-line a partir de un Gemelo Digital del proceso de aireación. El uso de este tipo de algoritmos habilita la posibilidad de operar con procesos altamente complejos, no lineales, y de alta dimensionalidad.
La función multi-objetivo que dichos agentes tratan de maximizar a largo plazo incluye las emisiones de N2O, el consumo energético, y los niveles de NO3 y NH4, que son trasladados a su equivalente en coste (€) para su combinación. Además, para incrementar la información que los agentes tienen del estado del proceso y mejorar así las decisiones que puedan tomar, se les facilita una predicción a corto plazo del volumen de agua que será necesario procesar.
Una vez los agentes han sido entrenados, pasan por una fase de validación, donde se enfrentan a escenarios preestablecidos por expertos en el dominio y se comparan con otras políticas de control estáticas generadas por algoritmos de optimización y con las políticas de operación actuales.
Finalmente, los agentes se integran con los sistemas de control de la EDAR para automatizar la operación de proceso.
Resultados
Una primera versión de los agentes fue desplegada en junio de 2022 para controlar de forma autónoma una de las siete líneas de tratamiento de aguas en la EDAR Ámsterdam West, que procesa agua equivalente a 1 millón de personas, y es operada por Waternet. Tras 6 meses de operativa autónoma, la línea de tratamiento controlada por dichos agentes generó un 50% menos de emisiones de gases de efecto invernadero, pero tuvo un consumo energético sensiblemente mayor que otra línea de tratamiento basada en control tradicional. Traducido a costes, en seis meses, la línea controlada por IA generó 500 toneladas menos de equivalente CO2, lo que se traduce a un ahorro de 50K€, respecto el incremento de 10K€ en costes energéticos, lo que presenta un balance positivo de 40K€ respecto las líneas de control tradicional.
En base a los excelentes resultados observados, Waternet estudia el escalado de la solución a las otras líneas de tratamiento de aguas, mientras se sigue avanzando con el desarrollo y estudio de nuevos agentes y la validación constante de sus capacidades.
Uso
Sistema para la automatización de la toma de decisiones en procesos
Web
Documentación