Modelación de la PTAR “dulces nombres” : características hidráulicas de los reactores y modelación de la sedimentación.

Abstract

El número de plantas de tratamiento de aguas residuales (PTARs) con que cuenta la ciudad de Monterrey, México, les ha permitido el tratamiento del 100% de sus aguas residuales. Entre ellas, destaca la planta “Dulces Nombres” con una capacidad nominal de 18,000 m3/h, operada por el Servicio de Agua y Drenaje de Monterrey (SADM). Los objetivos del presente trabajo fueron determinar el modelo hidráulico y de sedimentación de la PTAR “Dulces Nombres” de Monterrey, esto, a partir de pruebas de trazador y de sedimentación en columna. Sin duda la modelación de la parte biológica del proceso de lodos activados es de suma importancia, sin embargo, para que un modelo de una PTAR este completo, es necesario establecer la plataforma de operación del modelo biológico, es decir, establecer el modelo hidráulico que mejor describa el funcionamiento de la PTAR. Para determinar el modelo hidráulico, se realizaron dos pruebas de trazador (rodamina WT), una en el reactor 1 y otra en el reactor 5, la cantidad de trazador (8 litros) agregado y el programa de muestreo fueron determinados mediante una presimulación en el simulador AQUASIM. A partir de los datos de concentración de rodamina WT obtenidos experimentalmente y el uso de AQUASIM, se logró determinar un modelo de 4 tanques de mezcla completa en serie, con un volumen de 4,780 m3, que describen el funcionamiento hidráulico de los reactores bajo estudio. Para validar el modelo obtenido fue necesario implementar otros modelos en AQUASIM con diferente número de tanques de mezcla completa en serie, que fueron desde 2, 3, 5 y 7 tanques. La sedimentación secundaria juega un papel muy importante en buen funcionamiento del proceso de lodos activados. Para diseñar un sistema de sedimentación secundaria eficiente, es necesario determinar la velocidad de sedimentación del lodo. Los tres modelos de velocidad de sedimentación más utilizados son: el de Vesilind, Cho y Takács, siendo el primero de estos tres el más utilizado en la modelación debido a su simplicidad y a los buenos resultados que se han obtenido con este modelo. En el presente trabajo, se determinaron los parámetros de ajuste de los tres modelos, realizándose 5 corridas de sedimentación para cada uno de los sedimentadores bajo estudio. Para cada corrida se generaron 6 curvas de velocidad de sedimentación, cada prueba tuvo una duración de 35 minutos y el intervalo de concentración en que se realizaron las pruebas fue de 2 a 12 g/L de SST aproximadamente. Los parámetros n (0.36 m3/kg) y Vo (9.68 m/h) obtenidos para el modelo de Vesilind, permitieron obtener coeficientes de determinación, R2, para cada corrida en el intervalo de 0.96 a 0.99, lo que permitió establecer que el modelo de Vesilind se ajusta bien a los datos experimentales de velocidad de sedimentación. El análisis de sensibilidad para el modelo de Vesilind permitió determinar que los parámetros n y Vo obtenidos son identificables como valores únicos. Se realizó un análisis de punto de estado con el que se estableció que la alta concentración promedio de sólidos suspendidos totales (5.1 g/L), con que operaba la PTAR “Dulces Nombres”, la pone en un alto riesgo de pérdidas de biomasa por arrastre, lo cual implica una disminución en la calidad del efluente. Las condiciones óptimas de operación encontradas, consistieron en mantener el caudal de recirculación medido (Q_rec) (2462.4 y 2286.6 m3/h reactor 1 y 5, respectivamente) y reducir la concentración de SST en los reactores mediante la manipulación del caudal de purga y recirculación de lodos hasta la concentración de diseño de 3.8 g/L. Esto permitiría operar con cargas hidráulicas de hasta el doble de Q_rec para ambos reactores y aun así operar sin riesgo de arrastre o pérdida de lodo.