Modelació de sedimentadors en plantes de tractament d’aigües residuals: aplicació al procés de fermentació – elutriació de fangs primaris
- Autores: Josep Ribes Bertomeu
- Directores de la Tesis: José Ferrer Polo (dir. tes.), Aurora Seco Torrecillas (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2005
- Idioma: catalán
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rafael Font Montesinos (presid.), J. M. Penya-Roja (secret.), Xavier Flotats Ripoll (voc.), Francisca García Usach (voc.), Ignasi Rodríguez-Roda Layret (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RODERIC
- Resumen
La depuració de les aigües residuals requereix la consumació de molts processos de transformació de forma simultània i/o consecutiva, que fan molt difícil el seu estudi. A més, la complexitat dels processos de depuració va en augment no sols per l'aparició de requisits d’abocament cada vegada més exigents, sinó també per les noves tendències cap al desenvolupament sostenible aplicades a aquest procés i centrades fonamentalment en l’estalvi energètic i la recuperació de nutrients de les aigües residuals per millorar el seu cicle de vida. Per aquest motiu, es fa necessari l'ús d'eines de simulació que tinguen en compte tots aquests processos mitjançant un model matemàtic adequat i ajuden a determinar i preveure el comportament de distints esquemes de tractament. Aquests simuladors han esdevingut una eina necessària tant en el disseny com en el control i optimització del funcionament d'estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs). Les operacions de sedimentació tenen un paper fonamental en l’acompliment de les condicions d’abocament de les aigües depurades, així com en el correcte funcionament global de les EDARs. Tanmateix, molts dels models utilitzats fins ara per al disseny i simulació d’EDARs no consideren els processos de sedimentació o aquestos són tractats de manera molt simplificada, obviant els processos bioquímics que poden tenir lloc durant la sedimentació. Seguint una nova filosofia de simulació de plantes de tractament, basada en l’ús d’un únic model per representar tots els processos físics, químics i biològics que tenen lloc en les EDARs, la línia de treball del grup d’investigació CALAGUA en el camp de la modelació i simulació d’EDARs s’ha centrat en el desenvolupament d’un model de qualitat general, que permet tenir en compte tant els processos biològics de transformació deguts a l’acció dels distints grups de microorganismes, com els processos que afecten al pH en el sistema, deguts a les reaccions d’equilibri àcid – base, i els processos de transferència de matèria entre les fases líquid – gas. Tanmateix, l’ús generalitzat d’un model de qualitat requereix la seua combinació amb un model de flux, fonamentalment en aquells elements on no es pot considerar que es produeix una mescla completa, com és el cas dels decantadors i espessidors en una EDAR. L’objectiu fonamental d’aquesta tesi ha sigut el desenvolupament i posterior validació d’un model de sedimentació general que permet simular les principals operacions de sedimentació que es donen en les EDARs, tant en decantadors primaris com secundaris i espessidors. Es tracta d’un model unidimensional, basat en la teoria del flux de sòlids de Kynch i la funció de sedimentació doble exponencial de Takács, que incorpora els processos de sedimentació floculada, sedimentació zonal i compressió. El model ha sigut aplicat a la simulació de decantadors i espessidors mitjançant la discretització del sistema en diferents capes horitzontals, considerades com una série de reactors de mescla completa interconnectats mitjançant els fluxos de matèria obtinguts a partir del model de sedimentació. Per poder representar els processos de transformació que es produeixen durant la sedimentació, s’ha incorporat el model general de qualitat BNRM1, desenvolupat pel grup d’investigació, i s’ha proposat un mètode iteratiu de resolució del sistema d’equacions obtingut de la discretització en capes del sedimentador. La validació del model de flux de sedimentació, junt amb el model de qualitat, s’ha realitzat mitjançant l’aplicació del model a la simulació del procés de fermentació – elutriació de fang primari en una planta pilot instal·lada en la depuradora del barranc del Carraixet a Alboraia (València). Per poder simular la disminució de l’eficàcia en la separació de sòlids observada en el procés de fermentació – elutriació estudiat, s’ha modificat el model de qualitat mitjançant la incorporació d’un procés de disgregació del material particulat. Aquest procés afecta a la sedimentabilitat del fang obtingut, ja que es considera que els sòlids disgregats passen a formar part de la fracció de sòlids no sedimentables. Aquesta modificació suposa la incorporació de dos paràmetres cinètiques (la velocitat específica de disgregació del material particulat volàtil i la de disgregació del material particulat no volàtil), però elimina el paràmetre que representa la fracció de sòlids no sedimentables en el model de sedimentació, el qual esdevé una variable experimental de fàcil mesurament. El resultat obtingut és un model general, aplicable als processos de fermentació – elutriació en qualsevol condició de funcionament. Finalment, s’ha comprovat el funcionament i la utilitat del model mitjançant la simulació d’una planta completa amb el programa DESASS, desenvolupat pel grup d’investigació, on s’inclouen els processos més importants que es poden donar en una EDAR: eliminació biològica de nutrients, fermentació del fang primari i digestió dels fangs. El model permet considerar conjuntament els processos de sedimentació dels sòlids i els processos bioquímics que també s’hi produeixen (desnitrificació en decantadors secundaris, fermentació del fang primari, elutriació dels AGV generats, solta de fósfor en espessidors per lisi dels microorganismes PAO, etc.). El model desenvolupat suposa un avanç important en la investigació dels processos de tractament d’aigües residuals, ja que permet abordar problemes d'optimització del procés global, mitjançant la simulació de plantes completes, ja siga per observació directa dels efectes d’una modificació en les condicions de funcionament d’un element qualsevol sobre el funcionament de la resta d’elements de la EDAR o per l’aplicació d’algoritmes matemàtics d’optimització, algoritmes de control avançant basat en el model, etc. L’estructura del model de flux permet la seua extensió a qualsevol procés on intervinguen partícules sòlides suspeses en l’aigua residual. Així, aquest model obri les portes al camp de la investigació de nous processos de depuració mitjançant la simulació d’elements on no es pot assumir la mescla completa, com ara reactors UASB, SBR amb l’etapa de sedimentació inclosa, etc, i la seua combinació amb els elements tradicionals d’una EDAR.
