Modelo Semifísico de Base Fenomenológica de la Transferencia de Oxígeno para el Tratamiento de Aguas Residuales en una Planta Piloto Aireada por Difusión
QRCode
Compartir
Fecha
2019Autor(es)
Publicador
Instituto Tecnológico MetropolitanoCitación
Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemDocumentos PDF
Resumen
La aireación en una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) es un proceso de alto consumo
energético y de gran importancia para transferencia de masa, ya que de este depende la calidad
del lodo activado (biomasa bacteriana concentrada), encargado de remover los contaminantes
orgánicos y los sólidos suspendidos en el agua, por lo tanto de la calidad de dicho lodo depende
la eficiencia en la remoción de contaminantes y las condiciones del agua al realizar su disposición
final. Dada la importancia de este proceso, la transferencia de ox´ıgeno en sistemas tanques aireados
ha sido ampliamente estudiada a través de los a˜nos, estudios que en su mayor´ıa se basan en
la propuesta de nuevas correlaciones emp´ıricas que permiten la determinación del coeficiente de
transferencia de masa, el área interfacial espec´ıfica de transferencia de masa y la retención de gas,
asociados a la din´amica de la concentración de ox´ıgeno. En este trabajo se desarrollo un modelo semifísico de base fenomenológica (MSBF) para una planta piloto aireada mediante una metodología formal de modelado y se propuso una ecuación constitutiva de base teórica para el coeficiente de transferencia de masa, a partir de la teoría de la penetración de Higbie y el diámetro promedio de la burbuja. Finalmente, se realizó una comparación entre la soluci´on num´erica del modelo matem´atico al emplear diferentes correlaciones emp´ıricas y teóricas para el coeficiente de transferencia de masa, con respecto a los datos experimentales obtenido de la planta piloto. Se evidenció que al emplear la ecuación constitutiva
propuesta para determinar el coeficiente volumétrico de masa, los resultados del MSBF tienen un
porcentaje de error menor al 10%, con respecto a los datos experimentales. En los casos en los
que se emplearon aproximaciones emp´ıricas, el porcentaje de error con respecto a los datos experimentales
se encuentra entre el 30 y 32%.
Abstract
In wastewater treatment plants (WWTP) the activated sludge quality depends on aeration, a process
of high energy consumption and paramount importance for mass transfer. Activated sludge
removes organic pollutants and suspended solids; therefore a higher activated sludge quality involves
a greater efficiency for removing pollutants and water conditions for final disposal. Given the
importance of aeration, oxygen transfer in aerated tank systems has been widely studied over the
years and these studies are mostly based on new empirical correlation proposals to determine the
mass transfer coefficient, the mass transfer specific interfacial area and gas retention, all of them
associated with the dynamics of oxygen concentration. In this study, a phenomenological-based semi-physical model (PBSM) for an aerated pilot plant using a formal modeling methodology was developed and a constitutive equation for the mass transfer coefficient based on Higbie penetration theory and bubble mean diameter was proposed. Finally, a comparison between pilot plant experimental data and the mathematical models numerical solution employing different correlations (empirical and theoretical) for mass transfer
coefficient was performed. Error percentage was less than 10% when the proposed theoretical correlations
were used. In the cases in which empirical approximations were used, the percentage of error with respect to the experimental data is between 30 and 32%