Modelo de lodos activados

El modelo de lodos activados es un nombre genérico para un conjunto de métodos matemáticos que permiten modelar sistemas de lodos activados . La investigación en este campo está coordinada por un grupo de trabajo de la Asociación Internacional del Agua (AIA). Los modelos de lodos activados se utilizan en la investigación científica para estudiar procesos biológicos en sistemas hipotéticos. También pueden aplicarse a plantas de tratamiento de aguas residuales a gran escala para su optimización, siempre que se calibren cuidadosamente con datos de referencia sobre la producción de lodos y los nutrientes en el efluente.

Alrededor de 1983 se formó un grupo de trabajo de la Asociación Internacional sobre la Calidad del Agua (una de las asociaciones que formaron la IWA). Comenzaron a crear un marco generalizado para modelos matemáticos que pudieran usarse para modelar lodos activados para la eliminación de nitrógeno. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Uno de los objetivos principales era desarrollar un modelo cuya complejidad fuera lo más baja posible y simple de representar, pero que aún así pudiera predecir con precisión los procesos biológicos. Después de cuatro años, el primer modelo IAWQ, llamado ASM1, estuvo listo e incorporó un modelo básico que tomaba en cuenta la demanda química de oxígeno (DQO), el crecimiento bacteriano y la degradación de la biomasa .

Un modelo de lodos activados consta de:

• Variables de estado : estas incluyen las diferentes fracciones de DQO, biomasa y diferentes tipos de nutrientes, tanto orgánicos como inorgánicos.
• Descripción de los procesos dinámicos : enumera los diferentes procesos biológicos que se modelan, junto con sus fórmulas.
• parámetros : variables que describen las circunstancias del sistema biológico, como la tasa de crecimiento y descomposición, el coeficiente de semisaturación para la hidrólisis, etc.

Antes de que comenzara el trabajo en ASM1 en 1983, ya existían unos 15 años de experiencia en la modelización de lodos activados, aunque cada grupo de investigación que trabajaba en sistemas matemáticos de lodos activados creaba su propio marco de modelización, incompatible con los demás. Por lo tanto, ASM1 impulsó la investigación y tuvo un gran impacto en la modelización de lodos activados.

ASM1 fue la base de numerosas extensiones. ^{[ 2 ]} Estas extensiones incluyen, por ejemplo, una mejor predicción de la eliminación de nitrógeno y fósforo. Entre los modelos extendidos más utilizados se encuentran ASM2, ASM2d y ASM3P. En el momento de la publicación del modelo ASM1, la eliminación biológica de fósforo ya se utilizaba, aunque este proceso no se comprendía completamente. El conocimiento básico sobre las bacterias que eliminan fósforo se incluyó en el modelo ASM1 y los parámetros se ajustaron en consecuencia. Por lo tanto, ocho años después, ASM2 se publicó en 1995.

ASM1 no incluye el papel de los organismos acumuladores de fósforo ni la relación entre la eliminación biológica de fósforo y la eliminación de nitrógeno . Se desarrolló una versión mejorada de ASM1, denominada simplemente ASM2, para incluir la eliminación biológica y química de fósforo . A medida que el conocimiento científico avanzó a finales de la década de 1990, ASM2 se amplió a ASM2d, principalmente mediante la adición de la captación de fósforo tanto en condiciones anóxicas como aeróbicas.

Los modelos de lodos activados de la IWA se utilizan habitualmente en programas existentes. Los más comunes son Biowin , GPS-X , WEST , STOAT , SIMBA# , SUMO y ASIM . Además, existen implementaciones en Matlab , código Fortran en el informe de evaluación comparativa COST 682 y código Modelica en la biblioteca Modelica WasteWater .

• Lodo activado
• Crecimiento bacteriano
• biorreactores de membrana
• Cinética de Michaelis-Menten
• ecuación de Monod

• Diversas tesis doctorales sobre modelización de sistemas de lodos activados
• Algoritmos detallados para el modelo de tanque de sedimentación ASM1 y Takacs.