Propuesta de un modelo matemático para la transformación de nitrógeno y carbono presentes en lagunas facultativas secundarias, utilizadas en el tratamiento de aguas residuales

Abstract

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales han sido diseñados para prevenir y/o minimizar los impactos negativos de las cargas contaminantes de los desechos líquidos a cuerpos de agua. Dentro de estos sistemas se encuentran los métodos naturales y entre estos las lagunas de estabilización, que es uno los tratamientos más utilizados en áreas tropicales debido a sus condiciones climáticas.

Dentro de estas lagunas se encuentran las lagunas facultativas secundarias en las cuales su comportamiento depende de fenómenos complejos y dinámicos como son la relación entre biomasa (algas y bacterias), sustrato y las condiciones ambientales. Estas interacciones permiten las transformaciones de especies químicas como sustancias carbonadas y nitrogenadas por parte de los microorganismos, siendo la base para el conocimiento de la eficiencia de estos sistemas.

En tanto esta investigación permitió proponer dos modelos dinámicos, uno para la transformación del nitrógeno y el segundo para la transformación del carbono, en una laguna facultativa secundaria convencional. Estos modelos fueron simulados considerando el fotoperiodo, siendo la radiación solar el factor ambiental más relevante para los procesos de transformación de cada una de las especies.

Para el modelo de nitrógeno las correlaciones (R2) obtenidas en la evaluación del modelo entre los flujos másicos medidos y los entregados por el modelo fueron: 0.61, 0.8 y 0.68 para el amonio, nitrato y Nitrógeno orgánico total (NOT) respectivamente y en el periodo nocturno se obtuvieron 0.77, 0.62 y 0.8. Los resultados de las simulaciones presentaron que las tasas de transformación más dominantes fueron: la asimilación de NH4 por parte de la biomasa (85.90%) para el amonio, la denitrificación (55%) para el nitrato y el aporte de nitrógeno por parte del crecimiento de la biomasa (70%) para el NOT 16

En el modelo de carbono se obtuvieron correlaciones para el periodo diurno de: 0.81 y 0.73 para el dióxido de carbono y carbono orgánico total (COT) respectivamente y en el periodo nocturno fueron 0.82 y 0.69. Los resultados de las simulaciones presentaron que las tasas de transformación más dominantes fueron el crecimiento de biomasa (58.80%) para el COT y la fijación de CO2 por fotosíntesis (60%) para el dióxido de carbono.