A new systematic methodology for incorporating chemical and physicochemical transformations into multiphase wastewater treatment process models

Resumen

Esta tesis presenta una nueva metodología general para incorporar transformaciones químicas y físico-químicas en los modelos multifásicos de procesos de tratamientos de aguas residuales de una manera sistemática y rigurosa. La metodología presentada en esta Tesis, denominada metodología PC-PWM (Physico-Chemical Plant-Wide Modelling), propone un procedimiento para la selección de las transformaciones bioquímicas, químicas y físico-químicas que tienen lugar en la EDAR objeto de estudio y la definición del transporte másico para las diferentes fases que coexisten. La metodología propuesta permite la representación de los procesos unitarios donde coexisten la fase líquida, gaseosa y sólida y la transferencia de masa entre las distintas fases de manera sistemática y modular. Esto permite la incorporación sistemática de todas las transformaciones que se consideran para cualquier configuración de planta. La metodología PC-PWM ha sido empleada para construir un modelo para describir los procesos bioquímicos y físico-químicos, en particular la transferencia líquido-gas para describir el sistema de aireación de la EDAR de Galindo. El modelo matemático ha sido calibrado y validado empleando la información de las campañas experimentales llevadas a cabo en la EDAR. En base al modelo calibrado y validado se ha llevado a cabo una exploración por simulación del efecto del diseño de la planta y de las estrategias de operación sobre la eficiencia de la transferencia de oxígeno. Se ha construido un modelo matemático para describir la EDAR Sur de acuerdo a las directrices establecidas por la metodología PC-PWM. El modelo construido ha sido empleado para estudiar las estrategias de gestión de fósforo óptimas en la EDAR. Con este objetivo, en primer lugar se ha calibrado y validado el modelo empleando la información disponible en la EDAR. El modelo calibrado ha sido empleado para analizar los flujos de masa y la caracterización del fósforo a lo largo de la planta. Finalmente, se han comparado escenarios hipotéticos y estrategias de operación para optimizar la gestión y la recuperación del fósforo en la EDAR Sur. Posteriormente, la metodología desarrollada en esta Tesis se ha adaptado para incorporar los procesos químicos y físico-químicos a modelos estacionarios. Adicionalmente, la metodología se ha empleado para construir una librería de modelos matemáticos capaces de reproducir los procesos que tienen lugar en la industria papelera. La capacidad predictiva del modelo ha sido demostrada con la comparación de los datos simulados y experimentales de una papelera real. Este modelo ha sido empleado para analizar la configuración óptima de la red de agua en la papelera con el objetivo de minimizar los costes económicos totales. La tesis finaliza con la exposición de las principales conclusiones extraídas del estudio realizado y con la presentación de las futuras líneas de investigación.