Operación y análisis de un reactor integrado anerobio-aerobio-anóxico para el tratamiento de aguas residuales
Los reactores biológicos integrados son sistemas que permiten llevar a cabo procesos anaerobios y aerobios en un mismo reactor. Sin embargo, poco se sabe sobre su desempeño en el tratamiento de aguas residuales (municipales o industriales). En virtud de lo anterior, en esta tesis se estudiaron diver...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2016 |
| País: | México |
| Institución: | Universidad Autónoma Metropolitana |
| Repositorio: | Repositorio Institucional de la UAM Iztapalapa |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:bindani.izt.uam.mx:h989r325g |
| Acceso en línea: | https://doi.org/10.24275/uami.h989r325g |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | info:eu-repo/classification/LEM/Aguas residuales -- Purificación info:eu-repo/classification/LEM/Sewage -- Purification info:eu-repo/classification/LEM/Bioreactors info:eu-repo/classification/LEM/Bioreactores info:eu-repo/classification/cti/6 |
| Sumario: | Los reactores biológicos integrados son sistemas que permiten llevar a cabo procesos anaerobios y aerobios en un mismo reactor. Sin embargo, poco se sabe sobre su desempeño en el tratamiento de aguas residuales (municipales o industriales). En virtud de lo anterior, en esta tesis se estudiaron diversos factores que afectan el desempeño de un reactor biológico, tales como, la hidrodinámica, la transferencia de masa en biopelículas, así como diversas condiciones de operación del sistema; permitiendo la formulación de un modelo matemático integrado para predecir el comportamiento del reactor bajo nuevas condiciones de operación. El estudio de la hidrodinámica y la transferencia de masa del reactor integrado en columna permitieron el conocimiento del patrón de mezclado del reactor utilizando la técnica de la determinación de tiempos d e residencia. Esta técnica logró la identificación de problemas de estancamiento y canalización dentro del reactor. Estas desviaciones del patrón de flujo ideal fueron descritas correctamente mediante la utilización del modelo de celdas mezcladas, el cual es un modelo matemático que combina reactores ideales para describir el comportamiento de reactores reales. De acuerdo a este modelo, el reactor integrado en columna se ajusta a un reactor CSTR con problemas de canalización y estancamiento. Las desviaciones del patrón de flujo del reactor fueron identificadas y corroboradas mediante la utilización de la dinámica computacional de fluidos. Esta técnica computacional permitió conocer la localización de cada zona de flujo, pudiendo así darle un mayor peso al modelo de celdas mezcladas al poder diferenciar las características de cada zona en aspectos como; volumen de cada zona y el flujo que pasa a través de ellas. Una vez establecido el conocimiento de la hidrodinámica y la transferencia de masa del reactor, se procedió a su operación. El reactor integrado fue alimentado con agua residual del drenaje general de la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, obteniendo eficiencias de degradación de materia orgánica (DQO) mayores al 83%, y la nitrificación con acumulación de nitrito permitiendo tener un efluente que pudiera servir para el proceso anammox. Una vez obtenida la información sobre la operación del reactor bajo diversas condiciones de operación (seis etapas), se procedió a la formulación del modelo matemático integrado (Integrated Carbon - Nitrogen Removal Model - ICNRM -). Este modelo considera el aspecto hidrodinámico, la trans ferencia de masa y reacción del reactor, permitiendo predecir el comportamiento del reactor con un error menor al 5% de acuerdo al proceso de validación del modelo. El modelo ICNRM permitió la propuesta de nuevas condiciones de operación que podrían permitir aumentar la eficiencia de degradación de materia orgánica a un 93% y un proceso de nitrificación con acumulación de nitrito estable, produciendo un efluente equimolar de amonio/nitrito adecuado para el proceso anammox. Esas simulaciones se realización siguiendo dos aspectos importantes, como son; la concentración de oxígeno y la mejora hidrodinámica. De acuerdo a esto, se encontró que la eficiencia del reactor podría ser aumentada mediante una mejora hidrodinámica, es decir, disminuir la canalización del reactor. En la búsqueda de estrategias para mejorar el patrón de mezclado del reactor, se hizo uso de la dinámica computacional de fluidos. Esta técnica permitió el diseño de dispositivos que permiten distribuir el flujo en todo el reactor, disminuyendo así los problemas de canalización. Acorde a los resultados obtenidos, se implementó un distribuidor de flujo denominado ―distribuidor de flujo de pared cónica‖, el cual permitió homogenizar la velocidad del fluido dentro del reactor, disminuyendo la relación de velocidad de la zona canalizada y estancada de 9 a 2.6. |
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