ES2490065B1

ES2490065B1 - Overflow monitoring system in pipe networks

Info

Publication number: ES2490065B1
Application number: ES201330274A
Authority: ES
Inventors: Lluís COROMINAS TABARES; Oriol GUTIÉRREZ GARCÍA MORENO; Vicenç ACUÑA SALAZAR
Original assignee: INST CATAL DE RECERCA de l AIGUA FUNDACIO PRIVADA ICRA; Institut Catala De Recerca De L'aigua Fundacio Privada (icra)
Current assignee: INST CATAL DE RECERCA de l AIGUA FUNDACIO PRIVADA ICRA; Institut Catala De Recerca De L'aigua Fundacio Privada (icra)
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2015-06-16
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: ES2490065A1

Abstract

Un sistema para monitorizar vertidos-descargas en una red de tuberías. Incluye al menos un sensor de temperatura (1) situado por encima del nivel de líquido ordinario, de forma que quede sumergida solamente en caso de vertido. También incluye una unidad de procesamiento (3) para recibir datos del sensor de temperatura (1) en diferentes momentos y para asociar una variación de la temperatura mayor que un umbral durante un intervalo de tiempo con un aumento del nivel de líquido en el conducto (2).#Particularmente, la invención es apropiada para identificar ocurrencia y duración de episodios de descargas del sistema de alcantarillado unitario (DSU) producidos en redes de saneamiento unitarias (RSU) durante condiciones de lluvia y/o vertidos no autorizados. Suponiendo diferencias de temperatura entre el agua residual de desbordamiento y la fase de gas del alcantarillado, el cambio de temperatura producido está relacionado con un episodio de DSU.A system to monitor discharge-discharges in a pipe network. It includes at least one temperature sensor (1) located above the ordinary liquid level, so that it is submerged only in case of spillage. It also includes a processing unit (3) to receive data from the temperature sensor (1) at different times and to associate a temperature variation greater than a threshold during a time interval with an increase in the level of liquid in the duct ( 2). # Particularly, the invention is appropriate to identify occurrence and duration of episodes of unitary sewer system (DSU) discharges produced in unitary sewage networks (MSW) during rain conditions and / or unauthorized spills. Assuming temperature differences between the overflow wastewater and the gas phase of the sewer, the temperature change produced is related to an episode of DSU.

Description

DESCRIPCIÓN DESCRIPTION

Sistema de monitorización de desbordamientos en redes de tuberías. Overflow monitoring system in pipe networks.

Campo de la invención Field of the Invention

La invención se refiere a la detección de presencia de líquidos. La invención es aplicable a estructuras que transportan líquidos, tales como tuberías o canales, y está 5 específicamente diseñada para monitorizar vertidos en puntos de desbordamiento-descarga de redes de saneamiento unitario de aguas residuales. The invention relates to the detection of the presence of liquids. The invention is applicable to structures that transport liquids, such as pipes or channels, and is specifically designed to monitor spills at overflow-discharge points of sewage sewage networks.

Antecedentes de la invención Background of the invention

La técnica anterior relacionada con la invención trata principalmente de las redes de saneamiento y alcantarillado. La gestión de la escorrentía de aguas pluviales en las 10 ciudades es un reto de planificación urbana, debido al aumento constante de las áreas impermeables. La mayor parte del agua de lluvia se transfiere a los sistemas de alcantarillado subterráneos donde, en el caso de redes de saneamiento unitarias (RSU, en inglés CSS de Combined Sewer System), se mezcla con las aguas residuales de origen doméstico y/o industrial. 15 The prior art related to the invention deals mainly with sanitation and sewerage networks. The management of stormwater runoff in the 10 cities is a challenge of urban planning, due to the constant increase of waterproof areas. Most of the rainwater is transferred to underground sewage systems where, in the case of unitary sewage networks (MSW, in English CSS of Combined Sewer System), it is mixed with wastewater of domestic and / or industrial origin . fifteen

Ocasionalmente, durante fuertes lluvias, la capacidad de drenaje del alcantarillado no es suficiente para transferir la mezcla de agua de lluvia y las aguas residuales a las plantas de tratamiento de aguas residuales y, a continuación, se libera directamente al medio ambiente a través de aliviaderos, causando eventos comúnmente llamados episodios de descargas del sistema unitario de alcantarillado (DSU, o en inglés CSO de Combined 20 Sewer Overflow). Occasionally, during heavy rains, the drainage capacity of the sewer system is not sufficient to transfer the mixture of rainwater and sewage to the wastewater treatment plants and then it is released directly into the environment through spillways , causing events commonly called episodes of unitary sewer system (DSU) or CSO Combined 20 Sewer Overflow.

Los puntos de DSU están diseñados para evitar posibles situaciones de inundación en el sistema de alcantarillado y en las zonas urbanas, aunque a costa de contaminar el medio receptor con aguas residuales sin tratar. Debido a un aporte excesivo de agua (por ejemplo, fuertes lluvias), el agua y la escorrentía de aguas residuales se mezclan y luego 25 se vierten en el mar o en los ríos sin ser tratadas adecuadamente. The DSU points are designed to avoid possible flood situations in the sewer system and in urban areas, although at the cost of contaminating the receiving environment with untreated sewage. Due to an excessive supply of water (for example, heavy rains), water and wastewater runoff are mixed and then poured into the sea or rivers without being properly treated.

Los eventos de DSU tienen efectos nocivos para el medio ambiente ya que contaminan los cauces de agua. Los impactos incluyen el consumo de oxígeno disuelto en el agua durante y después de la descarga, debido a la entrada de materia orgánica y bacterias heterótrofas presentes en las aguas residuales, el aumento de la turbidez, aumento de la 30 concentración de microorganismos contaminantes, metales y microorganismos patógenos y fecales. DSU events have harmful effects on the environment as they pollute water channels. Impacts include the consumption of dissolved oxygen in the water during and after discharge, due to the entry of organic matter and heterotrophic bacteria present in wastewater, increased turbidity, increased concentration of contaminating microorganisms, metals and pathogenic and fecal microorganisms.

Algunas propuestas son conocidas en el estado de la técnica para abordar este problema. Por ejemplo, el documento WO2006054373A1 describe una planta de tratamiento para la descontaminación de agua recibida en un tanque durante episodios 35 de DSU mediante radiación ultravioleta y compuestos químicos. Some proposals are known in the state of the art to address this problem. For example, WO2006054373A1 describes a treatment plant for the decontamination of water received in a tank during episodes of DSU by ultraviolet radiation and chemical compounds.

Con el fin de tomar medidas para mejorar el rendimiento de la red de alcantarillado, debe ser deseable controlar los episodios de DSU. Las inspecciones visuales directas representan una forma sencilla de evaluar la aparición y la duración de DSU, pero requieren la presencia humana en el sitio. Por otro lado, el uso de sensores permite 40 realizar campañas precisas de monitorización con una intervención humana mínima. Diferentes sensores que difieren en principios y precios están disponibles actualmente en el mercado, incluyendo sensores de nivel, sensores de calidad del agua, medidores de conductividad. A este respecto, se conoce a partir del documento WO2011023658A1 un sensor sumergible capacitivo para detectar la presencia de agua durante un evento de 45 DSU. In order to take measures to improve the performance of the sewerage network, it should be desirable to control the episodes of DSU. Direct visual inspections represent a simple way to assess the occurrence and duration of DSU, but require human presence at the site. On the other hand, the use of sensors allows precise monitoring campaigns with minimal human intervention. Different sensors that differ in principles and prices are currently available in the market, including level sensors, water quality sensors, conductivity meters. In this regard, a capacitive submersible sensor for detecting the presence of water during a DSU event is known from WO2011023658A1.

Otros sensores también están disponibles para proporcionar información sobre la incidencia y la duración del DSU. Por ejemplo, el documento GB2393783A describe un sensor láser para dirigir un haz de luz sobre el líquido hacia un detector de luz reflejada. Así, es posible, mediante la aplicación de un procesamiento de la señal, estimar diferentes parámetros (velocidad, turbidez, nivel de altura, etc.) 5 Other sensors are also available to provide information about the incidence and duration of the DSU. For example, GB2393783A describes a laser sensor for directing a beam of light on the liquid towards a reflected light detector. Thus, it is possible, by applying signal processing, to estimate different parameters (speed, turbidity, height level, etc.) 5

En la técnica, también existen métodos indirectos. Este es el caso del documento US2003/0236639A1, que propone un método de análisis del rendimiento del alcantarillado a través de curvas gráficas de la profundidad respecto a la velocidad. In the art, there are also indirect methods. This is the case of document US2003 / 0236639A1, which proposes a method of analysis of sewer performance through graphic curves of depth with respect to speed.

Se observa que las propuestas anteriores no son adecuadas para la mayoría de las instalaciones. Estos sensores son caros y requieren ajustes periódicos. Además, se 10 requiere personal cualificado para llevar a cabo el mantenimiento. It is noted that the above proposals are not suitable for most installations. These sensors are expensive and require periodic adjustments. In addition, qualified personnel are required to carry out maintenance.

Finalmente, se conoce un documento de Hoes et al. "Locating illicit connections in storm water sewers using fiber-optic distributed temperature sensing" (Water Research 43 (20), 5.187 a 5.197). Propone una técnica para identificar conexiones ilícitas (que provoca una descarga que no está enteramente compuesta de agua de lluvia) utilizando detección de 15 temperatura distribuida (tecnología DTS). La DTS no es adecuada para estimar la frecuencia y la duración de los vertidos. Las medidas se obtienen usando un cable en largas distancias (hasta 30 km) con un mínimo de 1 m de resolución espacial y una resolución temporal de unos 30 segundos. Notablemente, estas dos características no son apropiadas para la detección de vertidos de DSU. El diámetro de las tuberías es 20 usualmente menor de 1 m. Además, en algunos casos se requiere una resolución temporal menor de 30 segundos para capturar el cambio de temperatura cuando se produce un desbordamiento. Finally, a document by Hoes et al. "Locating illicit connections in storm water sewers using fiber-optic distributed temperature sensing" (Water Research 43 (20), 5,187 to 5,197). It proposes a technique to identify illicit connections (which causes a discharge that is not entirely composed of rainwater) using distributed temperature detection (DTS technology). DTS is not adequate to estimate the frequency and duration of spills. The measurements are obtained using a cable over long distances (up to 30 km) with a minimum of 1 m spatial resolution and a temporal resolution of about 30 seconds. Notably, these two features are not appropriate for the detection of DSU spills. The diameter of the pipes is usually less than 1 m. In addition, in some cases a temporary resolution of less than 30 seconds is required to capture the temperature change when an overflow occurs.

Por el contrario, la presente invención propone un sistema de bajo coste, que es fácil de instalar, que requiere poco mantenimiento y supervisión. La invención es capaz de 25 detectar la presencia de líquidos con una resolución espacial de menos de 1 m. La medición de el acontecimiento y duración de los eventos de desbordamiento pueden servir para mejorar la calibración de modelos hidrodinámicos de alcantarillado y para entender mejor el rendimiento de la red de alcantarillado en condiciones meteorológicas de precipitación. 30 On the contrary, the present invention proposes a low cost system, which is easy to install, which requires little maintenance and supervision. The invention is capable of detecting the presence of liquids with a spatial resolution of less than 1 m. The measurement of the event and duration of the overflow events can be used to improve the calibration of sewer hydrodynamic models and to better understand the performance of the sewerage network in meteorological precipitation conditions. 30

Descripción de la invención Description of the invention

Tal como se ha indicado, la presente invención se refiere a un sistema para monitorizar la presencia de las aguas residuales en un aliviadero de DSU a través de un sensor de temperatura que está situado en el interior de un canal o conducto, en una posición tal que no se sumerge durante condiciones de tiempo seco. La posición del sensor es tal 35 que en caso de un vertido queda sumergido en el agua. Este hecho permite al sensor medir dos temperaturas (la temperatura del aire en circunstancias de tiempo seco y la temperatura del agua cuando se produce un vertido). Estos sensores son capaces de resistir condiciones extremas durante largos periodos de tiempo y, a su vez, son de bajo coste. Además, la durabilidad y la accesibilidad se mejoran, mientras que la corrosión se 40 mitiga por el hecho de que el sensor está normalmente no sumergido. As indicated, the present invention relates to a system for monitoring the presence of wastewater in a DSU spillway through a temperature sensor that is located inside a channel or conduit, in such a position. It does not submerge during dry weather conditions. The position of the sensor is such that in case of a spill it is submerged in the water. This fact allows the sensor to measure two temperatures (the air temperature in dry weather circumstances and the water temperature when a spill occurs). These sensors are capable of withstanding extreme conditions for long periods of time and, in turn, are low cost. In addition, durability and accessibility are improved, while corrosion is mitigated by the fact that the sensor is normally not submerged.

El enfoque propuesto se puede extender a una red de tuberías o canales mediante la distribución de varios sensores de temperatura dentro de los mismos. Los sensores pueden medir a intervalos específicos y los valores medidos se pueden obtener manual o automáticamente mediante unidades de lectura para su análisis en un procesador, 45 preferiblemente en una ubicación remota. The proposed approach can be extended to a network of pipes or channels by distributing several temperature sensors within them. The sensors can be measured at specific intervals and the measured values can be obtained manually or automatically by reading units for analysis in a processor, preferably in a remote location.

Sobre la base de los valores recogidos en diferentes intervalos de tiempo, el procesador Based on the values collected at different time intervals, the processor

identifica los cambios bruscos de temperatura y asocia esos cambios con la presencia o ausencia de líquido (por ejemplo, agua o aguas residuales). Por lo tanto, se puede determinar la existencia de un evento de vertido y también su duración. A tal efecto, es importante elegir correctamente la posición de colocación del sensor en el canal. Identify sudden changes in temperature and associate those changes with the presence or absence of liquid (for example, water or wastewater). Therefore, the existence of a spill event and its duration can be determined. For this purpose, it is important to correctly choose the position of the sensor in the channel.

Breve descripción de las figuras 5 Brief description of figures 5

Las características de la invención se entenderán mejor con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran una realización preferida de la invención. The features of the invention will be better understood with reference to the accompanying drawings, which illustrate a preferred embodiment of the invention.

En los dibujos: In the drawings:

La figura 1 muestra un diagrama de bloques. Figure 1 shows a block diagram.

La figura 2 muestra en la figura 2A un ejemplo de dos escenas que representan la 10 situación normal durante tiempo seco y un evento de DSU en la figura 2B. Por último, la figura 2C es una curva que representa la temperatura y el caudal en función del tiempo. Figure 2 shows in Figure 2A an example of two scenes representing the normal situation during dry weather and a DSU event in Figure 2B. Finally, Figure 2C is a curve that represents temperature and flow as a function of time.

Se apreciará que por simplicidad y claridad de ilustración, los elementos mostrados en las figuras no han sido necesariamente dibujados a escala. It will be appreciated that for simplicity and clarity of illustration, the elements shown in the figures have not necessarily been drawn to scale.

Descripción detallada de una realización 15 Detailed Description of an Embodiment 15

Para el propósito de interpretar mejor la invención y sus ventajas, una realización de ejemplo de una red de alcantarillado se describe con referencia a los dibujos adjuntos. Se debe entender que la invención, sin embargo, es adecuada para otros usos. También es adecuada para controlar vertidos de líquidos en otras estructuras que transportan líquidos. 20 For the purpose of better interpreting the invention and its advantages, an exemplary embodiment of a sewer network is described with reference to the accompanying drawings. It should be understood that the invention, however, is suitable for other uses. It is also suitable for controlling liquid spills in other structures that carry liquids. twenty

Se hace mención ahora a la figura 1, donde se muestran las relaciones entre los dispositivos y los componentes. El sensor de temperatura 1 mide la temperatura en el interior de una tubería 2 de una red de alcantarillado. Suponiendo que las diferencias de temperatura entre el agua que se vierte del alcantarillado y la fase gas del aliviadero (aire), el cambio de temperatura que se produce durante un evento de lluvia está 25 vinculado a una ocurrencia de un evento de DSU. Para ello, el sensor 1 se coloca en una posición dentro de la tubería que está por debajo del nivel de agua durante un evento de DSU, y por encima del nivel del agua en otras circunstancias. Los datos obtenidos por el sensor se almacenan en una memoria 4. Una unidad de lectura de 5 lee los datos desde el sensor 1. La unidad de lectura 5 puede leer los datos de forma inalámbrica 30 (ópticamente o a través de radio). Sin embargo, a veces se necesita que el sensor 1 y la unidad de lectura 5 estén conectados por cable para evitar problemas de comunicación, tal como atenuación o interferencia dentro de un conducto. Los datos leídos incluyen información de la temperatura medida y, opcionalmente, el momento de las medidas y/o el nivel de la batería. Alternativamente, el momento de las medidas puede ser 35 proporcionado por la unidad de lectura 5 cuando se lee el sensor 2. Mention is now made in Figure 1, where the relationships between the devices and the components are shown. The temperature sensor 1 measures the temperature inside a pipe 2 of a sewer system. Assuming that the temperature differences between the water that is poured from the sewer and the gas phase of the spillway (air), the temperature change that occurs during a rain event is linked to an occurrence of a DSU event. For this, the sensor 1 is placed in a position inside the pipe that is below the water level during a DSU event, and above the water level in other circumstances. The data obtained by the sensor is stored in a memory 4. A reading unit of 5 reads the data from the sensor 1. The reading unit 5 can read the data wirelessly 30 (optically or via radio). However, sometimes it is necessary for the sensor 1 and the reading unit 5 to be connected by cable to avoid communication problems, such as attenuation or interference within a conduit. The data read includes information on the measured temperature and, optionally, the timing of the measurements and / or the battery level. Alternatively, the timing of the measurements can be provided by the reading unit 5 when the sensor 2 is read.

Una unidad de procesamiento 3 recibe información de la temperatura en intervalos de tiempo. La unidad de procesamiento 3 puede sondear la unidad de lectura o la unidad de lectura puede enviar información periódicamente. De una forma sincrónica o asincrónica, la unidad de procesamiento 3 calcula las diferencias de temperatura entre las muestras y 40 determina si se produce un vertido en dependencia de la magnitud del cambio de temperatura. A processing unit 3 receives temperature information in time intervals. The processing unit 3 may poll the reading unit or the reading unit may send information periodically. In a synchronous or asynchronous manner, the processing unit 3 calculates the temperature differences between the samples and determines whether a spill occurs depending on the magnitude of the temperature change.

En la figura 2, se muestra un ejemplo de red de saneamiento unitaria. Tal como se puede ver, hay una porción de la tubería que conduce a una planta de tratamiento de aguas residuales y otra porción de la tubería que conduce a un curso de agua (río, mar, etc.). 45 An example of a unit sanitation network is shown in Figure 2. As you can see, there is a portion of the pipe that leads to a sewage treatment plant and another portion of the pipe that leads to a watercourse (river, sea, etc.). Four. Five

Este último se llama aliviadero y no debe conducir el agua en circunstancias normales de tiempo seco. La conexión de las dos porciones de conducto incluye en general una estructura para contener agua, tal como un dique o una barrera para evitar que el agua sin tratar sea liberada. Durante un desbordamiento, el agua que fluye supera el nivel de presa y luego es liberado al medio ambiente sin ser tratada adecuadamente. 5 The latter is called spillway and should not conduct water in normal dry weather circumstances. The connection of the two conduit portions generally includes a structure to contain water, such as a dike or a barrier to prevent untreated water from being released. During an overflow, the flowing water exceeds the dam level and is then released into the environment without being treated properly. 5

En estas situaciones, la superficie de presa es una posición ventajosa para conectar el sensor, ya que cumple con estar bajo el agua sólo cuando se produce el desbordamiento. In these situations, the dam surface is an advantageous position for connecting the sensor, since it complies with being underwater only when overflow occurs.

Referencias numéricas Numerical references

1 Sensor de temperatura 1 Temperature sensor

2 Conducto 10 2 Duct 10

3 Unidad de procesamiento 3 Processing Unit

4 Memoria 4 Memory

5 Unidad de lectura 5 Reading unit

6 Presa 6 Dam

7 Curso de agua 15 7 Water course 15

Claims

1. System for monitoring overflows in pipe networks, characterized in that it comprises:

- at least one water resistant temperature sensor (1) configured to measure the temperature, the sensor being attachable to the inner duct (2) in a position 5 above the ordinary level of liquid,

- a processing unit (3) configured to receive temperature data from at least one temperature sensor (1) at different times, the processing unit (3) also being configured to associate a temperature variation greater than a threshold over a period of time with an increase in liquid level 10 in the duct (2).

2. System according to claim 1, characterized in that it comprises a memory (4) configured to store temperature information, the memory (4) being coupled with a temperature sensor (1).

3. System according to claim 2, characterized in that it comprises a reading unit (5) configured to read the information stored in the memory (4).

4. System according to claim 3, characterized in that the reading unit (5) is configured to transmit data via radio.

5. System according to claim 3, characterized in that the reading unit (5) is connected to the memory (4). twenty

6. System according to any of the preceding claims, characterized in that the processing unit (3) is remote.

System according to any of the preceding claims, characterized in that at least one temperature sensor (3) is fixed to a water containment structure (6) inside the duct (2). 25

System according to claim 7, characterized in that for a plurality of inner ducts (2), there are a plurality of waterproof temperature sensors (1) distributed along the ducts (2) so that, each one is located in a position corresponding to a different liquid level within the ducts (2). 30

9. System according to any of the preceding claims, characterized in that the duct (2) is a sewer and the water containment structure (6) is a dam.