Modelado y simulación de un proceso SBR para eliminación de nutrientes biológicos de efluentes líquidos.

MIGUEL C MUSSATI; JUDITH A. SANTA CRUZ; NICOLÁS J. SCENNA

Bahía Blanca

Congreso; CAIQ 2017 IX Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2017

AAIQ - Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

Es de vital importancia reducir el potencial contaminante de los efluentesindustriales y cloacales que se descargan en los cuerpos de aguas receptores, siendonecesario para ello su tratamiento previo. El tratamiento biológico es el más utilizado, dentro del cual, el sistema de barros activados es el más eficiente con respecto a espacio y tiempo. Entre los sistemas de barros activados se encuentran los reactores secuenciales discontinuos (SBR) que, básicamente, consisten en un proceso cíclico que opera a través de una secuencia temporal de etapas: llenado, reacción, sedimentación, vaciado (de líquido y purga de barros), y espera. La duración de cada etapa puede ser optimizada para cada caso en particular. El proceso convencional (sistema continuo) de barros activados para eliminación de C, N y P requiere varias unidades de proceso, mientras que en los sistemas SBR el tratamiento ocurre secuencialmente en la misma unidad de proceso. Entre las principales ventajas comparativas que presentan estos procesos con respecto a las plantas continuas convencionales es la simplicidad y flexibilidad de operación. Estos sistemas son especialmente efectivos para bajos caudales, flujo intermitente y variación en la composición de entrada. Los grandes avances en equipamiento y tecnología, principalmente sistemas de aireación y control, han favorecido la creciente aceptación y aplicación de estos sistemas frente a los sistemas continuos tradicionales. En un proceso SBR para la remoción biológica de C, N y P existe una gran interacción entre los diferentes tipos de microorganismos, los cuales prevalecen según las diferentes condiciones ambientales. Tales interacciones, el número de especies químicas y biológicas presentes y la complejidad de la dinámica de un proceso secuencial discontinuo (proceso cíclico) requieren de modelos matemáticos fenomenológicos dinámicos para predecir aceptablemente la calidad de los efluentes tratados y mejorar la performance del proceso. En este trabajo se desarrolló un modelo matemático basado en primeros principios para describir el comportamiento dinámico del proceso SBR convencional para remoción de C, N y P, incluyendo un modelo de costos que considera costos de capital y operativos. El modelo se utiliza para estudiar la influencia de las variables de operación más importantes como: duración de las etapas, tiempo de ciclo, tiempo de retención de sólidos y suministro de oxígeno, sobre la performance del proceso. La cinética del proceso se describe mediante el modelo ASM3+BioP de la International Water Association. El modelo fue implementado y resuelto en el entorno de modelado, simulación y optimización de gPROMS. Por medio de simulaciones dinámicas se encontró que es factible aplicar el proceso SBR convencional con una secuencia de etapas anaeróbica-aeróbica-anóxica para tratarun efluente con una baja relación C/N sin requerir una fuente de C externa, cumpliendo con los límites de descarga permitidos de C, N y P. Se obtuvieron buenas eficiencias de remoción para un amplio rango de variación de las condiciones de operación, indicando una gran flexibilidad operativa del proceso. Según el modelo de costos utilizado, se obtuvo un costo total específico de alrededor de 0.10 ? m-3 de efluente tratado. El 85% aproximadamente del costo total específico corresponde al costo de operación, del cual el 50% se debe a la penalización por las unidades de contaminación descargadas, alrededor del 35% al tratamiento de los barros generados y el 15% restante a la demanda de energía eléctrica. Se obtuvo un consumo energético medio de 0.19 KWh m-3 de líquido tratado y una generación de barros media de 0.17 kg de barros por m3 de efluente tratado. Para tratar un efluente determinado, diferentes puntos operativos permitieron cumplir con los límites de descarga fijados pero condujeron a distintos costos. De esta manera, y dado los numerosos compromisos que se establecen entre las variables de decisión del problema, queda planteado el desafío futuro de aprovechar el modelo presentado para formular problemas de optimización algorítmica.