plantas de agua

Agua potable para comunidades rurales, reuso y tratamientos avanzados de aguas residuales domésticas

Capítulo 22

Capítulo 22
MODELACIÓN MATEMÁTICA DE PLANTAS DE
TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVADOS

Introducción
Uno de los modelos más conocidos y más utilizados para diseñar las plantas de tratamiento por lodos activados es el de
MacCarty y Lawrence (1970). El modelo es una simplificaciónutilizada para diseñar las plantas, considerando un
régimen estacionario y la DBO o DQO total como parámetro de caracterización. Este modelo es el expuesto en los libros
clásicos de tratamiento de aguas. No permite predecir el comportamiento dinámico de las plantas, ni determinar con
exactitud la demanda de oxígeno y producción de lodos.
En los últimos años, aparecieron cambios importantes enlas teorías y prácticas de diseño de los procesos biológicos de
tratamiento de aguas residuales, constituyendo claramente un parteaguas (nuevo paradigma) entre el enfoque clásico,
muchas veces empírico, y las tendencias actuales asentadas en la formulación de modelos mecanísticos más precisos.
Estos modelos presentan todas las ventajas de la simu lación dinámica, una mayor exactitud de laspredicciones y diseño,
y vuelven obsoleta una buena parte de las simplificaciones e imprecisiones de los métodos antiguos. Cambian,
radicalmente, hasta los métodos de caracterizar las aguas residuales, con la aparición, por ejemplo, de una nueva forma
de fragmentar la demanda química de oxígeno. Los modelos para los lodos activados (el más famoso de todos los
procesos de tratamiento biológico, elcual se utiliza por ejemplo en las 2 macroplantas de Toluca, México) fueron
desarrollados por un comité científico internacional bajo la responsabilidad de la prestigiosa IAWQ (Internacional
Association of Water Quality), actual IWA. En el inicio, el esfuerzo de la comunidad científica radicó en llegar a un
consenso sobre la forma de presentar los modelos y hacerlos evolucionar o ampliarprogresivamente, según los
conocimientos que se tienen en el curso de los años. Existen hoy cuatro generaciones de modelos de la IWA, el ASM1
original y el muy reciente ASM3, capaces de predecir la degradación de la materia orgánica, nitrificación y
desnitrificación en lodos únicos, y el ASM2 y su versión modificada ASM2d que incluyen además la remoción biológica
del fósforo.
En la actualidad,existen una grande necesidad de difusión del tema y actualización de los especialistas en modelación
de los procesos de tratamiento de agua. También existen retos bien identificados para la investigación en los aspectos de
caracterización y mecanismos bioquímicos así como en lo relacionado con la simplificación de los modelos y protocolos
de simulación. El enfoque de la modelación dinámica entratamiento de aguas está en vía de generalizarse a muchos
otros tipos de sistemas (Ríos: Water Quality Model N°1, Reichert et al. 2001; Digestores: Anaerobic digestion Model
N°1, Task group 2002), y constituye, sin duda alguna, uno de los polos con mayor potencial de desarrollo en el futuro
para la investigación en tratamiento de aguas residuales.
Generalidades
Antecedentes históricos de lamodelación dinámica del proceso de lodos activados
En 1982, la IAWQ incentivó la formación de un grupo de estudio internacional encargado de acelerar el desarrollo de la
modelación dinámica de las plantas de tratamiento, crear una plataforma comuna consensual y proponer un modelo
simple de inicio (“Task Group on Mathematical Modelling for Design and Operation of Activated Sludge Process”). El
grupoconcentró sus primeros esfuerzos en inventariar los modelos existentes así como los obstáculos a su desarrollo.
Se llegó a concluir que los únicos modelos que conocieron una amplia difusión y nivel de utilización, fueron los más
simples que consideran una hipótesis de régimen estacionario y mezcla completa para los reactores. Por otra parte,
existía un gran número de modelos dinámicos, cuya...