Diseño, operación y análisis de performance de un proceso SBR con nitrificación externa para eliminación de nutrientes biológicos en base a modelos

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

Buenos Aires

Congreso; CAIQ 2015 -VIII Congreso Argentino de lngenieria Química- y 3JASP -Terceras Jornadas Argentinas de Seguridad de Procesos-.; 2015

AAIQ Asociación Argentina de Ingenieros Químicos.

La tecnología de reactores secuenciales discontinuos (SBR, por sus siglas en inglés) se está convirtiendo en una alternativa popular para el tratamiento de aguas residuales debido a su capacidad y flexibilidad para tratar tanto efluentes industriales como municipales con caudales variables. El sistema SBR es una opción de tratamiento basada en barros activados para la remoción de materia orgánica y nutrientes biológicos que está siendo ampliamente utilizada en la industria, municipios y complejos turísticos. Estos procesos tienen asociadas numerosas ventajas comparativas con respecto a las plantas continuas convencionales, ya que presentan simplicidad y flexibilidad de operación y control, construcción y operación más económica, requieren menos espacio, entre otras. La disponibilidad actual de un mejor equipamiento y tecnología, principalmente unidades de aireación y sistemas de control, es otra de las causas de la creciente aceptación y aplicación de estos sistemas frente a los sistemas continuos tradicionales. Básicamente, todo sistema SBR consiste en un esquema de llenado y vaciado que opera cíclicamente en una secuencia temporal, en la cual cada ciclo sigue el mismo patrón de etapas sucesivas: llenado, reacción, sedimentación, vaciado (de líquido y purga de barros), y espera. Dependiendo tanto de la carga contaminante del efluente a tratar como del objetivo del tratamiento, es posible configurar diferentes alternativas modificando el patrón de llenado y aireación y la duración de cada etapa del ciclo y el tiempo total del ciclo. Los sistemas convencionales continuos de barros activados, como el proceso A2O, proceso Bardenpho de 5 etapas y el proceso UCT, permiten realizar la eliminación biológica simultánea de nitrógeno (N) y fósforo (P) en forma eficiente. En ellos, las condiciones anaerobias-anóxicas-aerobias necesarias se establecen en una secuencia espacial (serie de reactores). Desafortunadamente, tal secuencia no puede obtenerse en forma temporal mediante un proceso SBR convencional. En este trabajo se estudia una configuración alternativa del proceso SBR que puede "reproducir" dicha secuencia de condiciones ambientales. Se trata de un sistema de dos barros activados con nitrificación externa, en el que la eliminación biológica mejorada de P (EBPR) y la desnitrificación se llevan a cabo en un reactor, llamado SBR principal, mientras que la nitrificación se realiza en otro reactor SBR, llamado ENR. Además de solucionar la imposibilidad inherente de un único reactor SBR para establecer la secuencia anaerobia-anóxica, esta configuración de proceso permite un control independiente de las etapas anaerobia, anóxica y aerobia, y el tratamiento de aguas residuales con bajas relaciones C/N sin necesidad de agregar una fuente de carbono externa.El objetivo de este trabajo es estudiar la influencia de las variables de operación más críticas sobre la eficiencia de eliminación de nutrientes, por medio de simulación dinámica, utilizando un modelo del proceso basado en primeros principios. La atención se centra principalmente en la duración de las etapas anaerobia, anóxica y aerobia del SBR principal y el tiempo de retención de lodos de ambos reactores. Los procesos de conversión biológicos se describen mediante el modelo ASM3+BioP de la International Water Association. El modelo del proceso cíclico y periódico examinado se implementa y resuelve en el entorno de modelado, simulación y optimización orientado a ecuaciones de gPROMS.