Calibración de modelo matemático para el diseño de sistemas de tratamiento de lodos activados en la ciudad de Guayaquil

Abstract

En Guayaquil, el diseño de sistemas de tratamiento de lodos activados ha tomado mayor impulso en los últimos 8 años aproximadamente. A partir de lo cual los consultores y diseñadores de estos tipos de tratamiento han ido desarrollando individualmente el uso de fórmulas de diseño tomadas de bibliografía extranjera, teniendo que aplicar parámetros y coeficientes en base a los textos estudiados. De igual manera los operadores de las plantas en funcionamiento han ido improvisando y desarrollando mejoras en el funcionamiento y distribución de los sistemas; en base a la experiencia cotidiana en el manejo y operación. Es decir que hasta la actualidad no se ha desarrollado un análisis del correcto funcionamiento de los modelos matemáticos aplicados en los diseños ejecutados en la ciudad. En el presente proyecto de tesis se implementó una calibración bajo modelos matemáticos, para los sistemas de tratamiento de lodos activados de la ciudad de Guayaquil; de manera que se pueda determinar el comportamiento de los parámetros principales que influencian el diseño y consecuentemente la calidad final del agua tratada. Se establece una herramienta de ayuda para los diseñadores, revisores, fiscalizadores y operadores de las actuales y futuras plantas de depuración de aguas residuales en la localidad. El trabajo parte del modelo desarrollado con un conjunto de fórmulas extraídas de bibliografía extranjera, y que fue desarrollado inicialmente por la empresa Consulambiente Cía. Ltda. El objetivo del presente tema de tesis es calibrar un modelo matemático para el diseño de sistemas de tratamiento de lodos activados. Lo anterior en base a datos de las diferentes plantas diseñadas y en operación que se encuentran en la ciudad de Guayaquil y sus alrededores. El modelo en mención está compuesto por un conjunto de fórmulas tomadas de bibliografía extranjera de renombre; y se ha desarrollado a partir de una base de Excel que fue elaborada en el año 2009 por la empresa consultora Consulambiente Cía. Ltda. Con la calibración del modelo en mención, se podrá determinar y analizar los diferentes escenarios posibles para el diseño de sistemas de tratamiento de lodos activados en la ciudad de Guayaquil. Enfocados principalmente en pequeñas poblaciones, es decir urbanizaciones de tipo cerrado; las cuales son el nuevo estilo de desarrollo urbanístico en la localidad. Se determinará los parámetros biocinéticos que son utilizados en la actualidad para el diseño de los nuevos sistemas, y se evaluará la variación de estos según las diferentes condiciones o tipos de aguas residuales crudas a tratar; lo anterior considerará entre otros aspectos el nivel socioeconómico de la población a servir. Las aguas residuales pueden provenir de actividades domiciliarias, que generan los efluentes conocidos como “domésticos”; de actividades comerciales, o de actividades industriales. Según la fuente de generación los efluentes se caracterizan por los diferentes niveles de concentración de contaminantes, y por la presencia o ausencia de los mismos. Los contaminantes comunes de las aguas residuales domésticas, se detallan en el capítulo 1 (METCALF & EDDY, ROMERO ROJAS). Respecto al tratamiento de las aguas residuales, el Ministerio del Ambiente del Ecuador en el Texto Unificado de la Legislación Secundaria del Medio Ambiente (TULSMA) define a la Depuración o Tratamiento como la remoción de sustancias contaminantes de las aguas residuales para disminuir su impacto ambiental. En la ciudad de Guayaquil existen sistemas de tratamiento de aguas residuales bajo las siguientes modalidades: Lagunas de estabilización, Pozos Sépticos y Lodos activados. La ciudad de Guayaquil al año 2010, contaba con 23 sistemas de tratamientos de lodos activados en total: 8 en operación, 10 en construcción, 5 en diseños. Mensualmente la concesionaria de servicios presenta a la Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Guayaquil (EMAPAG), reportes de los monitoreos de aguas residuales crudas y tratadas en las descargas de los sistemas de tratamiento que se encuentran operados por la empresa concesionaria. EMAPAG facilitó los datos de los monitoreos del periodo 2006-2011, en base a los cuales se presenta una base de datos, analizada estadísticamente para obtener información de entrada para la calibración del modelo matemático de diseño de sistemas de tratamiento de lodos activados. Finalmente el presente estudio propone valores de volúmenes de diseño recomendados para sistemas de tratamiento de aguas residuales mediante lodos activados en la modalidad de aireación extendida, considerando densidades poblacionales de 1000, 2000 y 5000 habitantes. Estos cálculos pueden ser empleados en la hoja de Excel, cambiando los habitantes a servir y utilizando los valores de relación alimento microorganismo y de sólidos suspendidos en el licor de mezcla determinados estadísticamente de los datos y sistemas existentes que fueron analizados.