Synthesis and design of wastewater treatment plants

Esta tesis trata sobre la optimización, síntesis y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales por barros activados para eliminación biológica de nutrientes basados en modelos, aplicando técnicas de programación matemática. A lo largo de la misma se desarrollan modelos matemáticos de complejidad y rigurosidad crecientes, cuyas soluciones y conocimientos adquiridos se utilizan sucesivamente para el planteo, representación, acotamiento del espacio de búsqueda de las soluciones, e inicialización de los modelos matemáticos subsiguientes. El objetivo final consiste en el desarrollo de modelos basados en superestructuras del proceso que posibiliten la implementación de algoritmos para la optimización de la configuración de la planta de tratamiento (síntesis del proceso) y las variables de diseño y operación para diferentes escenarios de interés teórico y práctico. El presente trabajo pretende aportar al desarrollo de tecnologías y/o procesos más eficientes, que demanden menores costos de inversión y costos operativos. Parte de los resultados presentados y discutidos aquí fueron difundidos en el medio científico a través de publicaciones y presentaciones en congresos nacionales e internacionales. Se espera que los resultados y productos obtenidos de esta tesis constituyan una herramienta valiosa para el diseño y optimización de plantas “reales” en particular, y en el cuidado del medio ambiente y en la utilización eficiente de los recursos en general.This thesis focuses on optimization, synthesis and design of activated sludge wastewater treatment plants for biological nutrient removal based on models applying mathematical programming techniques. Mathematical models of increasing complexity and rigor are developed, which solutions and insights gained are then analysed and successively used to pose, represent, and initialization and bounding of variables of the subsequent mathematical models. The final goal is to develop mathematical models based on a process superstructure to enable the implementation of algorithms to optimize the configuration and design of the treatment plant (process synthesis and design) and the operation variables for different scenarios of theoretical and practical importance. The present work aims to contribute to the development of more efficient technologies and / or processes with lower investment and operating costs. Most of the results presented and discussed here were published in the scientific community through publications and presentations at national and international congresses. It is expected that the results and products obtained with this thesis constitute a valuable tool for the design and optimization of "real" plants in particular, and for reducing the environmental impacts and for the efficient use of resources in general.Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica