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    Caracterización de las aguas residuales y calibración del modelo matemático BNRM1 para la simulación de los procesos de eliminación biológica de materia orgánica y nutrientes.

     

     AUTOR: Marcela Noemi Gatti  

    TIPO: Tesis Doctoral

    UNIVERSIDAD/FACULTAD: Universitat de València/ Escuela Técnica Superior de Ingeniería

    AÑO: 2009

     


     

    Introducción

    Los modelos de fangos activos son herramientas de gran utilidad que se han venido empleando para el diseño, operación y optimización de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) así como para la formación de estudiantes y operarios de EDAR. La correcta aplicación de estos modelos ha sido posible gracias al desarrollo de protocolos experimentales que han permitido caracterizar las aguas residuales y determinar los parámetros cinéticos y estequiométricos correspondientes a los principales grupos de bacterias que intervienen en el proceso de depuración. En este sentido, el grupo de investigación CALAGUA ha desarrollado distintas metodologías para la calibración del modelo BNRM1, el cual considera no sólo la actividad de las bacterias heterótrofas, autótrofas y acumuladoras de fósforo, sino que además tiene en cuenta la actividad de microorganismos fermentativos en el proceso de fangos activados, como las bacterias acidogénicas.


    Descripción

    En este trabajo se ha planteado estudiar la caracterización de la materia orgánica presente en el agua residual y optimizar el procedimiento de calibración de los parámetros del modelo BNRM1. El procedimiento de calibración del modelo BNRM1 propuesto en este trabajo se basa principalmente en la siguiente metodología: 

    1-   Determinación de la influencia del tamaño de filtro así como comparativa de métodos respirométricos y fisicoquímicos para la caracterización del agua residual en fracciones rápida y lentamente biodegradables (SS y XS). Influencia de la relación biomasa/sustrato (F0/X0) en la determinación de la fracción rápidamente biodegradable.

    2-    Calibración de los parámetros de mayor sensibilidad por métodos respirométricos off-line junto con ensayos dinámicos.

    3-   Análisis de sensibilidad para determinar los parámetros de mayor influencia y las variables experimentales cuya determinación en ensayos dinámicos aporta mayor identificabilidad de los parámetros del modelo

    4-   Calibración del modelo BNRM1 teniendo en cuenta la concentración de polihidorxialcanoatos intracelular en las bacterias PAO, mediante experimentos off-line, en diferentes edades de fango y en una planta piloto diseñada para la eliminación conjunto de materia orgánica, nitrógeno y fósforo.

     

    Conclusiones

    1-  En la valoración de la fracción SS por medio del análisis respirométrico es necesario emplear un cociente inicial F0/X0 en condiciones experimentales similares a las empleadas en la determinación del rendimiento YH. De esta manera se garantiza que las bacterias heterótrofas consuman la misma proporción de DQO para crecimiento que la utilizada en el ensayo en el cual se determina el parámetro YH. En el procedimiento de caracterización físico-químico es conveniente el empleo del tamaño de filtro de 0.1 μm para lograr un fraccionamiento adecuado del agua residual. Los métodos físico-químicos y respirométricos de análisis dan resultados similares para la fracción soluble. Sin embrago, debido a que el análisis respirométrico permite evaluar sólo la parte de la fracción biodegradable particulada que es más fácilmente hidrolizable, el método físico-químico es más adecuado para caracterizar el agua residual.

    2-  El análisis de sensibilidad en estado estacionario ha mostrado que los parámetros del modelo correspondientes a las bacterias PAO y autótrofas presentan una alta sensibilidad lo cual justifica la realización de ensayos específicos La monitorización de las concentraciones de fosfato, amonio y DQO soluble del efluente contienen suficiente información experimental para el procedimiento de calibración dinámica.

    3-  La combinación de ensayos específicos off-line y datos dinámicos del proceso permite obtener parámetros no determinados en ensayos específicos y simular en forma adecuada el comportamiento en estado estacionario y dinámico del tratamiento biológico. Al incorporar datos dinámicos se ha logrado la identificación de parámetros que exhiben una elevada sensibilidad y que no se han determinado en los ensayos específicos.

    4-   La variación en la composición de los polihidroxialcanoatos indica que la actividad de las bacterias GAO domina el proceso de eliminación de fósforo conforme se incrementa la edad de fango especialmente para tiempos de retención celulares superiores a 6.5 - 8 días. Por tanto los parámetros de las bacterias PAO, calibrados a partir de ensayos específicos off-line, exhiben cierta variación con la edad de fango si no se tienen en cuenta la presencia de bacterias GAO.