Modelado y simulación de comportamientos de procesos con lecho móvil para la eliminación de nutrientes de aguas residuales urbanas

Resumen

La Tesis presenta primeramente un estudio experimental con una planta piloto del proceso IFAS de 300 litros. Se desarrollaron 3 fases experimentales, la primera con el UCT modificado, operando con un bajo tiempo de retención hidráulico (TRH) de 6-7 horas. Después, con el proceso Johannesburgo operando con un TRH de 9-10 horas para eliminación de nitrógeno y fósforo. Finalmente, con el proceso Bardenpho para eliminación de nitrógeno con TRH de 9 y 4 horas. A partir de estos resultados experimentales en procesos IFAS y de los resultados de la tesis de Abad (2004) en procesos MBBR, se desarrolló un modelo matemático válido para ambos procesos. El modelo desarrollado se caracteriza por la incorporación del componente particulado coloide en el seno del líquido y su concentración es resultado del flujo entrante de coloides con el influente y de la interacción tanto con los flóculos mediante nuevos fenómenos de adhesión y desprendimiento como con la biopelícula a través del conocido modelo MCB de Wanner y Reichert (1996), incluyendo adhesión y difusión de los componentes particulados. De un estudio sistemático de simulaciones con este nuevo modelo, se han obtenido las siguientes conclusiones parciales: Los efectos de amonio efluente, oxígeno disuelto y temperatura sobre la tasa de nitrificación terciaria en biopelícula de procesos MBBR obtenidos por simulación concuerdan con los propuestos en bibliografía a partir de ensayos experimentales. En cuanto al efecto de la DQO, en el proceso MBBR una importante fracción de XS escapa del reactor anóxico y se elimina parcialmente en los reactores aerobios, y en consecuencia, la tasa de nitrificación es aproximadamente la mitad que la tasa obtenida para una nitrificación terciaria En un proceso IFAS, gracias a la menor resistencia de los flóculos en suspensión a adsorber y degradar XS, su eliminación es mucho mayor en los mismos. Como consecuencia, en el reactor de desnitrificación la adición de soporte biopelícula no parece viable económicamente En los reactores aerobios híbridos sólo hay disponible para la biopelícula XS coloidal residual que no ha sido adsorbida por los flóculos en suspensión, con lo que la tasa de nitrificación aumenta un 25% respecto a MBBR, pero es todavía un 40 % menor que en nitrificación terciaria. Por tanto, el efecto de la adsorción de XS en la biopelícula de un proceso IFAS es todavía muy significativo y no despreciable. Los resultados también concuerdan con la bibliografía. La tasa de nitrificación en suspensión en proceso IFAS se sitúa normalmente entre el 10-30% de la tasa total. Se ha desarrollado un procedimiento de optimización del diseño y operación de procesos IFAS mediante un proceso iterativo de simulaciones. Se recomienda en principio que el TRS aerobio debe de ser del orden del TRS crítico, por ejemplo 3-4 días para T=10ºC, y el TRS total podría reducirse hasta el orden de 5-7 días, con el fin de obtener unas características satisfactorias de clarificación y espesamiento del fango. Además, se recomienda mantener el amonio efluente en un valor de unos 2 mg/L con el fin de optimizar la tasa de nitrificación en biopelícula.