Biomanipulación. Evaluación de estrategias de control óptimo para la bioremediación de la calidad del agua

ESTRADA V.; PARODI, E. R.; DIAZ, M. S.

Huerta Grande, Córdoba, Argentina

Otro; II Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos; 2010

IDTQ y PLAPIQUI

Estudios realizados en lagos eutróficos de Europa y América del Norte han demostrado que aun cuando la reducción de la descarga de nutrientes ha tenido resultados exitosos, a veces los síntomas de eutrofización, tales como el desarrollo de floraciones nocivas de algas, son retenidos inclusive por décadas. Ciertos procesos químicos y biológicos pueden retrasar la recuperación de la calidad del agua principalmente debido a el reciclo interno del fósforo (el nutriente limitante en ambientes de agua dulce) desde el sedimento. Para acelerar la recuperación del lago, varias estrategias de remediación internas han sido aplicadas (dragado, oxigenación del hipolimnion, tratamiento con aluminio). La biomanipulación ha sido uno de los métodos más utilizados para prevenir los blooms algales perjudiciales en lagos y reservorios europeos. Este método está basado en la teoría de la cadena trófica y consiste en mantener una alta presión de pastoreo sobre el fitoplancton realizando la remoción de peces zooplanctívoros. En este trabajo, utilizamos un modelo de la calidad de agua incluido en una estructura de optimización dinámica simultánea para determinar las políticas óptimas de biomanipulación en un cuerpo de agua actualmente eutrófico, el cual es la fuente de agua potable para más de 450.000 habitantes de Bahía Blanca y Punta Alta y para un polo petroquímico. El modelo simula el ciclo biogeoquímico de tres nutrientes (carbono, nitrógeno y fósforo), tres grupos funcionales de fitoplancton (cianobacteria, diatomeas y clorófitas), dos de zooplancton (cladóceros y copépodos), tres estadíos del ciclo de vida de Odontesthes bonariensis (Pejerrey) y oxígeno disuelto. El modelo toma en cuenta las preferencias del pejerrey y del zooplancton por los diferentes ítems alimenticios. La función objetivo es minimizar la diferencia entre la concentración total de fitoplancton y el valor deseado por debajo del límite de eutrofización. La variable de optimización es la concentración de pejerrey que debe removerse del lago en un horizonte de tiempo de un año. El problema de optimización dinámica es resuelto a través de un enfoque simultáneo transformándolo en un gran problema de programación no lineal a través de la discretización de las variables de estado y de control aplicando colocación sobre elementos finitos.