Desarrollo y modelización de un sistema biopelícula para la eliminación de materia orgánica y nitrógeno

Abstract

SE HA DESARROLLADO UN NUEVO SISTEMA DE REACTORES BIOPELÍCULA PARA LA DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES URBANAS, ELIMINANDO MATERIA ORGÁNICA Y COMPUESTOS DEL NITRÓGENO POR MEDIO DE PROCESOS DE NITRIFICACIÓN Y DESNITRIFICACIÓN. EL SISTEMA UTILIZADO CONTIENE DOS REACTORES, UNO MICROAEREADO Y OTRO AEROBIO. LOS REACTORES SE CARACTERIZAN POR UTILIZAR UN SOPORTE DE MALLAS EN UN ARREGLO TRIDIMENSIONAL, DESARROLLAR UNA DECANTACIÓN INTERNA DE LODOS, NO REQUERIR PROCESOS DE LAVADOS QUE INTERRUMPAN LA DEPURACIÓN DEL AGUA NI DECANTADORES SECUNDARIOS ADICIONALES. TODAS LAS EXPERIENCIAS FUERON REALIZADAS CON AGUA RESIDUAL URBANA REAL DESARENADA Y TAMIZADA SIN DECANTACIÓN PRIMARIA. LOS RESULTADOS MUESTRAN QUE EL SISTEMA ES ALTAMENTE EFICIENTE, CON RENDIMIENTOS EN TODOS LOS CASOS ENSAYADOS, SUPERIORES A LOS EXIGIDOS POR LA NORMATIVA EUROPEA PARA DEPURACIÓN DE PEQUEÑAS Y MEDIANAS COMUNIDADES PARA MATERIA ORGÁNICA Y NITRÓGENO. DESTACA LA PRESENCIA DE PROCESOS SIMULTÁNEOS DE NITRIFICACIÓN Y DESNITRIFICACIÓN EN AMBOS REACTORES, EN FUNCIÓN DE LA CARGA ORGÁNICA APLICADA, LO QUE PERMITE AL SISTEMA PRESENTAR UNA ALTA ESTABILIDAD FRENTE A LAS VARIACIONES EN LA CONCENTRACIÓN DEL AGUA RESIDUAL. SE REALIZÓ LA MODELIZACIÓN DEL SISTEMA UTILIZANDO EL MODELO DE LA IWA ASM3 JUNTO CON UN MODELO DE FLUJO DESARROLLADO PARA LOS REACTORES CON BIOPELÍCULA. EL MODELO FUE IMPLEMENTADO EN AQUASIM. PARA LA OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL MODELO DE FLUJO Y EL CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE AIREACIÓN DE LOS REACTORES SE DESARROLLARON ENSAYOS EN AMBAS UNIDADES CON Y SIN BIOPELÍCULA. ESTOS ENSAYOS MUESTRAN QUE EL CRECIMIENTO DE LA BIOMASA AFECTA TANTO EL TIPO DE FLUJO EN EL REACTOR COMO LA CAPACIDAD DE AIREACIÓN, LA CUAL AUMENTA SIGNIFICATIVAMENTE. SE REALIZÓ UN ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD AL MODELO FINAL EL CUAL DETERMINÓ QUE TANTO LAS VARIABLES CINÉTICAS COMO LAS CARACTERÍSTICAS DE LA BIOPELÍCULA TIENEN UN EFECTO MARCADO EN LA RESPUESTA DE LAS SIMULACIONES. EL MODELO DESARROLLADO FUE CAPAZ DE AJUSTAR RAZONABLEMENTE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES, AUN CUANDO PERSISTEN DUDAS RESPECTO DE LA NITRIFICACIÓN, CAUSADAS PRINCIPALMENTE POR LA ALTA VARIABILIDAD DEL EFLUENTE Y POR EL GRAN NUMERO DE PARÁMETROS IMPLICADOS. SE CONCLUYE QUE UTILIZANDO SÓLO VARIABLES MACROSCÓPICAS ES POSIBLE AJUSTAR UN MODELO MATEMÁTICO CON RESULTADOS ADECUADOS PARA CONSIDERAR SU USO EN EL DISEÑO DE NUEVOS PROCESOS O EN EL ESCALADO DEL MISMO. FINALMENTE, SE PROPONE UN NUEVO ENSAYO RESPIROMÉTRICO PARA EVALUAR LA EDAD DE LA BIOPELÍCULA EN REACTORES DE GEOMETRÍA COMPLEJA. ESTE ENSAYO FUE VALIDADO PRELIMINARMENTE A TRAVÉS DE LAS MEDIDAS REALIZADAS EN LOS DOS REACTORES Y A TRAVÉS DE MODELIZACIÓN MATEMÁTICA. ESTE NUEVO PARÁMETRO CLARAMENTE SE CORRELACIONA CON LOS FENÓMENOS OBSERVADOS EN LOS REACTORES Y PRESENTA LA VENTAJA DE NO REQUERIR UNA INTERVENCIÓN EN LA BIOPELÍCULA, POR LO QUE PERMITIRÍA EL ESTUDIO DE SISTEMAS EN FUNCIONAMIENTO O EL SEGUIMIENTO DE LA PUESTA EN MARCHA DE NUEVOS PROCESOS DONDE NO FUESE POSIBLE LA MEDIDA DIRECTA DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA BIOPELÍCULA.