Concepto del Proceso de lodo activado de tipo “Caníbal”; Modelación matemática basada en el ASM1

Abstract

El tratamiento de lodos es una parte primordial en cualquier sistema de tratamiento de aguas residuales. Dentro de los procesos biológicos, el proceso de lodos activados es el más aplicado mundialmente, pero tiene la desventaja de la alta producción de lodo y la disposición final de éste. Se han realizado variaciones al proceso de lodo activado con el fin de encontrar la forma de reducir el lodo. Una de estas variantes es un nuevo proceso que lleva por nombre “Caníbal®”, el cual está caracterizado por la ausencia de purga en el sistema de lodo activado. Sin embargo, aún no se comprenden los mecanismos detrás de este, ni se tienen los modelos matemáticos definitivos para representarlo. La presente investigación tuvo la finalidad de representar el desempeño de la reducción de lodo en el proceso Caníbal utilizando el ASM1, el cual es uno de los modelos más conocidos para simular plantas de tratamiento por lodos activados. Para la elaboración de un modelo matemático que describa el comportamiento del proceso Caníbal, se utilizó la siguiente metodología. Primero, se escribieron las ecuaciones generales de Metcalf y Eddy de lodo activado, para ilustrar como se podrían acumular los sólidos cuando se tiene un proceso trabajado sin purga, es decir a un tiempo de retención celular alto. Después se realizó una modelación dinámica, implementando las mismas modificaciones realizadas al ASM2d por Johnson et al. (2008), pero ahora utilizando el ASM1. Se emplearon cajas negras de separación de sustancias para simular el tamiz, el hidrociclón y para representar el papel del digestor hipóxico. 8 procesos del ASM1 fueron complementados con dos adicionales de hidrólisis de los XP y XS. Para probar el modelo desarrollado, se implementó una planta hipotética del que se tenía la información necesaria para funcionar como un Caníbal añadiendo virtualmente una unidad de digestión hipóxica UDH en la planta “Dulces Nombres” de Monterrey. El software utilizado para la implementación del modelo fue AQUASIM, con el cual se realizó también un análisis de sensibilidad para evaluar la identificabilidad de los parámetros involucrados en el proceso, sobre todo de las 3 nuevas constantes del modelo. Luego, el modelo propuesto fue calibrado utilizando el diagrama de flujo y los datos de concentración de una planta Caníbal publicado en la literatura. Tanto el método Metcalf y Eddy como el modelo ASM1 (AQUASIM) mostraron que para un proceso de lodo activado convencional: 1) mientras que θc no pase de los 20-30 días, es factible hacer funcionar el proceso sin exceder los límites recomendables de lodo en el licor mixto (˂5000 g SST/m3) y 2) un proceso sin ó con poca purga (θc>100 días) necesitaría una forma de eliminar y controlar la acumulación de los XI, XP y XISS lo que propone el Caníbal con la implementación de un tamiz para remover XI, hidrociclón para XISS y UDH para XP. Al tener una buena calibración, se pudo concluir que como alternativa al ASM2d, el ASM1 es capaz de simular el comportamiento de un sistema Caníbal implementando las mismas modificaciones propuestas en la literatura al representar el tamiz y el hidrociclón con cajas negras de separación de sustancias (XI y XISS).