Modelación dinámica de los procesos de eliminación de materia orgánica y nitrógeno de efluentes de tenería usando un reactor por carga secuencial

Abstract

Este estudio tuvo como propósito realizar la modelación dinámica de los procesos de eliminación de materia orgánica y nitrógeno de efluentes de tenería usando un reactor biológico por carga secuencial (SBR por su denominación en inglés). Se llevaron a cabo dos diseños experimentales (Factoriales: 22 y 3x4). El sustrato orgánico es medido como (Demanda Química de Oxígeno (DQO)) y nitrogenados (Amonio, Nitrógeno Total Kjeldah). Las condiciones experimentales distintivas para la modelación son: el uso de un efluente de tenería, biomasa suspendida y granular con una diferencia baja (1,5 veces) en la tasa de remoción de DQO. Se propusieron dos tipos de modelación matemática, cuyas derivaciones son realizadas desde la ecuación de balance de masa sobre sustrato, modificación de la ecuación empírica de Monod y modificación desde el modelo de lodos activados (ASMs, en inglés). La primera formulación se basa en la estimación de las concentraciones en la salida de las etapas óxica y anóxicas del SBR para nitrato y amonio empleando datos del diseño experimental N° 2 obteniendo los parámetros cinéticos y estequiométricos de la biomasa. La segunda formulación se basa en un modelo para estimar la tasa de utilización/acumulación de sustratos orgánicos y nitrogenados en el SBR usando datos de los diseños experimentales N° 1 y N°2 obteniendo parámetros de la cinética microbiana. Las condiciones establecidas para la obtención de la base de datos para la modelación fueron distinguidas desde al menos 20 estudios en cuanto a la inclusión de la etapa de llenado del SBR como una donde fue llevado a cabo el proceso de biodegradación, las duraciones de ciclos de 12 y 24 horas y la DQO en el influente de 5584 mg/L. En la primera formulación, los parámetros estequiométricos y de la cinética microbiana resultaron similares a los valores típicos de agua residual doméstica. En la segunda formulación los parámetros de la biomasa resultaron en la estimación de la tasa de utilización/acumulación de los sustratos orgánicos y nitrogenados detectando una fuerte influencia de inhibición microbiana debido a la presencia de sustancias recalcitrantes en el efluente del agua residual de la tenería. Los parámetros estadísticos del ajuste de los modelos a las observaciones dieron como resultado un ajuste moderadamente alto a alto para Rcuadrado. En la etapa de la validación para la modelación matemática N°1 como la N°2, la mayoría de errores en la etapa de la calibración dieron similares a los obtenidos en la etapa de la validación encontrando que estas expresiones matemáticas son útiles para determinar el desempeño en la operación del SBR operando bajo secuencias de aireación individuales o mixtas dentro de la fase de reacción.