Modelacion De Procesos Biologicos

Modelación matemática de procesos biológicos de tratamiento Dr. Antoni Escalas Cañellas (Universidad Autónoma de San Luis Potosí, México) Tecnologías sostenibles para el tratamiento de aguas y su impacto en los sistemas acuáticos Universidad de Concepción, Concepción, Chile, 5 de julio de 2006

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Modelación matemática de procesos biológicos de tratamiento
Dr. Antoni Escalas Cañellas Centrode Investigación y Estudios de Posgrado Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, San Luis Potosí, S.L.P., México Introducción
La modelación de procesos biológicos es a la vez un instrumento para describir y verificar los procesos cinéticos que intervienen en el tratamiento biológico de aguas residuales, y una herramienta para predecir el comportamiento de los procesos,aplicable al diseño, evaluación y control de procesos de tratamiento. Los modelos de los procesos de tratamiento varían en su complejidad, según el número de componentes y procesos biológicos considerados; según se trate de modelos de estado estacionario o dinámicos; y según que el reactor biológico se considere un dominio con concentraciones homogéneas o distribuidas en el espacio. Hay que remarcarque los modelos de estado estacionario suelen utilizarse para el diseño de plantas de tratamiento, mientras que los modelos dinámicos se utilizan más para evaluar el comportamiento de una planta ante situaciones históricas o futuras, y para el control de plantas. En estos últimos modelos se describe el proceso biológico a través de un número de componentes del agua residual, que siguen unosprocesos biológicos de transformación, y cuya concentración se expresa a través de un sistema de ecuaciones diferenciales, que se obtienen mediante balances de materia de los diferentes componentes. En algunos casos hay que aplicar balances de energía y de cantidad de movimiento. En este documento se da una introducción a la modelación matemática de procesos biológicos de tratamiento con biomasasuspendida y concentración homogénea. Se describe paso a paso un modelo dinámico (una laguna aireada de mezcla completa con tres componentes y dos procesos cinéticos), orientado a la eliminación de carbono orgánico, como base para entender los modelos más complejos de la IWA, que se introducen al final del tema. Se mencionan también algunos de los paquetes informáticos que permiten la modelaciónmatemática de los procesos biológicos de tratamiento del agua residual.

Modelación matemática de procesos biológicos de tratamiento Dr. Antoni Escalas Cañellas (Universidad Autónoma de San Luis Potosí, México) Tecnologías sostenibles para el tratamiento de aguas y su impacto en los sistemas acuáticos Universidad de Concepción, Concepción, Chile, 5 de julio de 2006

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1. Procesos biológicos detratamiento
Un proceso biológico de tratamiento o depuración de aguas residuales es un sistema en el cual se mantiene un cultivo de microorganismos (biomasa) que se alimenta de las impurezas del agua residual (sustrato o alimento). Estas impurezas son la materia orgánica biodegradable, el amonio, el nitrato, el fosfato y otros contaminantes a menor concentración. El lugar donde se ponen en contactola biomasa con el agua residual para llevar a cabo el tratamiento se denomina reactor biológico, o biorreactor, y puede ser de diferentes tipos. Hay que remarcar que en la mayoría de los casos la biomasa se genera espontáneamente en el reactor biológico, a partir de pequeñas concentraciones de microorganismos presentes en el agua residual o en el aire, y de las reacciones biológicas que en eldiseño y operación de la planta se procura favorecer.

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Biomasa Agua residual Contacto en reactor biológico Gases: CO2 [CH4] [H2S]

Separación sólido-líquido

Agua residual tratada

Biomasa

Biomasa (crecida) + agua residual tratada

Figura 1. Esquema elemental de un proceso biológico de tratamiento. La Figura 1 muestra de manera esquemática y elemental un proceso biológico heterótrofo...