Modelo Semifísico de Base Fenomenológica de la Transferencia de Oxígeno para el Tratamiento de Aguas Residuales en una Planta Piloto Aireada por Difusión

Ruiz Botero, Maribel

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Fecha

2019

Autor(es)

Ruiz Botero, Maribel

Director(es)

Ospina Alarcón, Manuel Alejandro

García Tirado, José Fernando

TY - GEN T1 - Modelo Semifísico de Base Fenomenológica de la Transferencia de Oxígeno para el Tratamiento de Aguas Residuales en una Planta Piloto Aireada por Difusión AU - Ruiz Botero, Maribel Y1 - 2019 UR - http://hdl.handle.net/20.500.12622/1400 PB - Instituto Tecnológico Metropolitano AB - 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%. ER - @misc{20.500.12622_1400, author = {Ruiz Botero Maribel}, title = {Modelo Semifísico de Base Fenomenológica de la Transferencia de Oxígeno para el Tratamiento de Aguas Residuales en una Planta Piloto Aireada por Difusión}, year = {2019}, abstract = {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%.}, url = {http://hdl.handle.net/20.500.12622/1400} }RT Generic T1 Modelo Semifísico de Base Fenomenológica de la Transferencia de Oxígeno para el Tratamiento de Aguas Residuales en una Planta Piloto Aireada por Difusión A1 Ruiz Botero, Maribel YR 2019 LK http://hdl.handle.net/20.500.12622/1400 PB Instituto Tecnológico Metropolitano AB 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%. OL Spanish (121)

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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%

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