Modeling of MBBR reactors for the hybrid treatment of industrial and urban wastewater

Este trabajo desarrolla un modelo matemático mediante el software Aspen Custom Modeler para simular una planta de tratamiento de aguas residuales industriales procedentes de la industria de celulosa y fibra de viscosa. El proceso simulado utiliza la tecnología BAS (Biofilm Activated Sludge) que emplea dos reactores de biopelícula MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) como pre-tratamiento y un reactor de fangos activos (FA). El modelo matemático global de la planta de tratamiento consiste en cuatro modelos matemáticos: i) Biopelicula de los reactores MBBR, ii) Biomasa en suspensión de los reactores MBBR, iii) Biomasa en suspensión del reactor de fangos activados y iv) decantación secundaria. Los procesos biológicos desarrollados en los tres primeros modelos matemáticos descritos anteriormente son los propuestos en el bien conocido modelo ASM1 desarrollado por la IWAQ (Asociación Internacional de la calidad del Agua) al que se ha añadido la limitación del fósforo y del nitrógeno para la eliminación de la DQO (Demanda Química de Oxígeno). El modelo ASM1 modificado para este trabajo está constituido por nueve componentes (variables) y cuatro procesos biológicos. Los componentes se diferencian en particulados y solubles. Los componentes particulados son cuatro: bacterias heterótrofas, sólidos en suspensión procedentes del influente, material inerte y material biodegradable procedente de la inactivación de los heterótrofos; los componentes solubles son cinco: DQO soluble biodegradable, DQO soluble inerte, Nitrógeno Total, Fósforo Total y Oxígeno. Por último los procesos biológicos son el crecimiento de bacterias heterótrofas en condiciones aerobias, inactivación de bacterias heterótrofas, hidrólisis del material particulado biodegradable e hidrólisis de los sólidos en suspensión del influente. La simulación de la biomasa en suspensión y biopelícula de los reactores MBBR se ha realizado mediante el modelo de Tiwari 2001, el cual se ha modificado incorporando un nuevo componente particulado XS (material particulado biodegradable procedente de la inactivación de la biomasa activa) y la limitación de nutrientes. Se plantean tres escenarios diferentes para el tratamiento de dichas aguas en función de las condiciones de producción y operación de la industria. En el primer escenario el tratamiento biológico consiste en dos reactores MBBR en serie y posterior decantación secundaria operando con exceso de nutrientes (Nitrógeno y Fósforo) y en los escenarios II y III el tratamiento biológico se amplía mediante la incorporación de un tercer reactor biológico de fangos activados (FA) dando lugar a la tecnología BAS con reducción de nutrientes. En los escenarios I y II, las aguas industriales o el influente de la planta de tratamiento está constituido por la mezcla de las aguas procedentes de la producción de celulosa y fibra de viscosa y en el escenario III el influente está únicamente constituido por las aguas procedentes de la producción de celulosa. Posteriormente con el modelo matemático propuesto con el que se logran desviaciones estándar menores de un 10% entre los datos experimentales y simulados se simula la incorporación de aguas residuales urbanas en los escenarios II y III. Se simula de este modo el tratamiento conjunto de unas aguas residuales híbridas de origen urbano e industrial mediante la tecnología BAS observándose un considerable ahorro económico en los costes de productos químicos que, de tratar únicamente las aguas residuales industriales, han de dosificarse de manera externa.Máster en Investigación en Ingeniería Industria