Análisis y modelado de un proceso BAS (Biofilm Activated Sludge) para el tratamiento biológico de aguas residuales de alta carga orgánica con limitación de nutrientes

Resumen

En esta Tesis Doctoral se presenta el análisis y modelado matemático de un proceso biológico MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) y de un proceso biológico BAS (Biofilm Activaded Sludge) a escala industrial incorporando los mecanismos de depredación e hidrólisis. La tecnología de biopelícula de lecho móvil MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) combina procesos biológicos de biopelícula y en suspensión. Debido al pequeño volumen requerido del reactor, esta tecnología permite ser implantada en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) que requieran aumentar su capacidad de tratamiento y/o la calidad del agua depurada, en situaciones de escasez de espacio, reduciendo los costes de operación. El proceso BAS combina los reactores MBBR con los reactores de fangos activos, siendo decisivo en el proceso, el rol de los microorganismos depredadores. Esta Tesis Doctoral se estructura en nueve capítulos. En el capítulo 1, se presentan los conceptos generales del tratamiento biológico basado en la actividad metabólica de los microorganismos y los fundamentos del modelado matemático de una EDAR. El capítulo 2, describe la EDAR industrial de estudio y la metodología utilizada. En el capítulo 3, se detalla el método de fraccionamiento del material orgánico y su aplicación a un histórico de datos experimentales. En los capítulos 4, 5 y 6, se lleva a cabo la simulación de los procesos MBBR y BAS a escala industrial, analizando la influencia de la carga orgánica en la distribución microbiana y el efecto de los microorganismos depredadores en los costes operacionales. En los capítulos 7 y 8 se realiza un análisis comparativo de modelos de simulación y se presenta una novedosa metodología de optimización del proceso BAS, combinando criterios de evaluación económicos, técnicos y medioambientales. Finalmente, en el capítulo 9, se presentan las conclusiones, sugerencias, trabajo futuro y principales contribuciones de la presente Tesis Doctoral. Los resultados obtenidos contribuyen a un mejor entendimiento de los procesos BAS a través del desarrollo de un modelo matemático que incluye depredación e hidrólisis y permite mejorar la comprensión de las interacciones entre los diferentes grupos de microorganismos involucrados en el proceso. El desarrollo de la metodología de optimización permite la toma de decisiones flexibles en función de las condiciones de producción, para la operación óptima de una planta del tratamiento de aguas residuales industriales de alta carga orgánica deficiente en nutrientes.