Modelación matemática de la codigestión anaerobia entre aguas residuales y lixiviados

Abstract

La codigestión, mezcla entre dos o más sustancias, es una alternativa que ha demostrado resultados satisfactorios en el área del tratamiento de residuos, tanto sólidos como fluidos. El presente trabajo intenta mostrar como, por medio de herramientas computacionales, es posible desarrollar o aplicar modelos matemáticos que simulen las condiciones reales de operación de un reactor anaerobio de mezcla completa. El modelo aplicado simula la reducción de la materia orgánica (DQO), en términos de Carga Orgánica Volumétrica (COV), partiendo de datos experimentales obtenidos de la codigestión entre aguas residuales y lixiviados, variando la proporción de la mezcla en porcentajes del 10% y 5%. Las variables de entrada y salida del proceso, fueron: flujo de mezcla agua residual - lixiviado y carga orgánica volumétrica, todas bajo condiciones dinámicas de operación. El modelamiento de estos procesos se realizó mediante la idealización de un modelo con una geometría sencilla (tanque agitado y mezcla completa), y la técnica de resolución matemática, de las ecuaciones diferenciales, fue la convencional (Runge-Kutta). Se utilizó un software especializado para la resolución de las ecuaciones del modelo (Matlab), que utiliza la resolución numérica de ecuaciones diferenciales ordinarias, con instrucciones de integración de alto nivel (algoritmos de integración). La calibración del modelo se realizó mediante la metodología de Nash-Sutcliffe, determinando la función objetivo que presenta el mejor ajuste de modelo. Los resultados obtenidos representan las condiciones dinámicas de un reactor biológico, éstos se ajustaron a los datos experimentales del reactor anaerobio bajo condiciones de operación en las cuales cargas contaminantes variaban con el tiempo. El modelo empleado fue capaz de describir el proceso biológico de degradación de la materia orgánica en términos de carga orgánica volumétrica de un sistema dinámico.

Abstract. Codigestion, mixture of two or more substances, is an alternative that has shown satisfactory results in the area of waste, both solids and fluids. This paper attempts to show how, by means of computational tools, it is possible to develop and apply mathematical models that simulate the actual operating conditions of a complete mix anaerobic reactor. The applied model simulates the reduction of organic matter (COD), in terms of volumetric organic load (VOCs), based on experimental data obtained codigestion between wastewater and leachates, by varying the mixing ratio in percentages of 10% and 5%. The input and output variables of the process, were mixed wastewater flow - leached and volumetric organic load, all under dynamic operating conditions The modeling of these processes was performed by the idealization of a model with a simple mathematical technique resolution of differential equations geometry (stirred tank and complete mixing), and was the conventional (Runge-Kutta). specialized for solving the model equations (Matlab), which uses the numerical solution of ordinary differential equations with instructions of high-level integration (integration algorithms) software was used. Model calibration was performed using the methodology of Nash-Sutcliffe, determining the objective function which has the best fit model.