ANÁLISIS DEL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL CAMPUS SALACHE USANDO DINÁMICA COMPUTACIONAL DE FLUIDOS

Resumen

En la actualidad el tratamiento de aguas residuales es importante en la salud pública, y como un gran fortín es la experimentación a nivel de laboratorio enfocado a las características hidráulicas aplicadas a las operaciones unitarias de la remediación hídrica. La investigación estuvo dirigida a la simulación dinámica computacional del sistema depurador de aguas residuales domésticas del CAMPUS Salache, analizando el diseño de remoción de contaminantes como DQO y sólidos sedimentables, a través de la ecuación de Navier Stokes y la matriz ASM1 en la aplicación de biocinética en el funcionamiento de la línea de trabajo del sistema. Las pruebas piloto de las depuradoras hídricas son muy útiles para el análisis del desempeño en la baja de los contaminantes; actualmente se está llevando estás pruebas por el lado de la simulación computacional, como beneficio para la investigación es una amalgama extensa de variables y pruebas que permiten optimizar las líneas de tratamiento. El método utilizado fue generar una malla de alta definición para la simulación de un tanque homogeneizador y ecualizador con un volumen de 29.81 m³, un sedimentador con un volumen de 12.8 m³, un reactor secundario de 4 m de altura con una eficiencia de remoción del 99% de materia orgánica y un tanque de mezclado con un volumen de 0.4 m ³ para la cloración, a través del análisis de la ecuación de Navier Stokes para fluidos Newtonianos. Los resultados revelaron un correcto flujo de transición de 0.4 m/s de velocidad de paso en la parte baja de los deflectores del sedimentador generando un régimen de flujo laminar que cumple las condiciones idóneas para la precipitación de los sólidos sedimentables. Las mejoras en el tanque de cloración, en los sedimentadores y filtro percolador permitieron aprovechar el principio Venturi para la mezcla rápida del desinfectante en el clorador.

Palabras claves: Depuradora Anaeróbica, Aguas Residuales, Dinámica Computacional de Fluidos, Flujo Laminar, Tratamientos Convencionales de agua

Cita

Agencia Europea de Medio Ambiente. (2023). ¿Cuáles son las principales fuentes de la contaminación del agua? HELPCENTER FAQ de la AEMA. https://www.eea.europa.eu/es/help/preguntas-frecuentes/cuales-son-las-principales-fuentes

Aguilar, C., Ramirez, C., & Mattos, E. (2021). Uso de CFD como herramienta para la modelación y predicción numérica de los fluidos: Aplicaciones en estructuras hidráulicas y agricultura. CONGRESO NACIONAL COMEII 2021.

Aguirre-López, M. A., Cantú-González, J. R., & Hueyotl-Zahuantitla, F. (2022). Diseño de cuerpos sólidos con FreeCAD y su uso en dinámica de fluidos computacional. Revista Electrónica sobre Tecnología, Educación y Sociedad, 9(17), Article 17. https://ctes.org.mx/index.php/ctes/article/view/770

Alférez Rivas, L. E., & Nieves Pimiento, N. (2019). Plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR): Impacto ambiental esperado e impacto ambiental provocado. Caribeña de Ciencias Sociales, junio. https://www.eumed.net/rev/caribe/2019/06/tratamiento-aguas-residuales.html

Álvarez, Javier, Smeltekop, Hugh, Cuba, Nicanor, & Loza-Murguia, Manuel. (2019). Evaluación de un sistema de tratamiento de aguas residuales del prebeneficiado de café (Coffea arabica) implementado en la comunidad Carmen Pampa provincia Nor Yungas del Departamento de La Paz. http://www.scielo.org.bo/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2072-92942011000100005&lng=es&tlng=es.

Alcívar, D. G., & Gutiérrez, Y. D. L. M. Á. (2023). Relación entre Calidad del Agua y la Salud de los Habitantes del Río Portoviejo, Manabí. 593 Digital Publisher CEIT, 8(5), 545-553.

Bo, Y., Li, Y., & Gao, W. (2024). Exploring the effects of turbulent field on propagation behaviors in confined hydrogen-air explosion using OpenFOAM. International Journal of Hydrogen Energy, 50, 912-927.

Bürger, R., Careaga, J., Diehl, S., Jeison, D., & Pineda, R. (2023). en el tratamiento de aguas servidas.

Calle Pérez, D. L. (2023). Riesgos que se pueden presentar en las etapas de planificación y ejecución, en los proyectos de infraestructura de servicios públicos de acueducto en el municipio de Rionegro, Antioquia. [Trabajo de grado, Corporación Universitaria Minuto de Dios.

Changoluisa Choloquinga, M. E., & Naranjo Vásquez, T. L. (2023). Diseño y simulación de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas para el campus Salache (Bachelor's thesis, Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC)).

Cieza Pérez, A., Lozada, M. C., Rodríguez, V. H. P., & Alarcón, M. C. (2021). La Gestión de procesos internos en las empresas prestadoras de servicio de agua y alcantarillado en el Perú. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 5(6), 12185-12201. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v5i6.1224

Cusiche Pérez, L. F., Miranda Zambrano, G. A., Cusiche Pérez, L. F., & Miranda Zambrano, G. A. (2019). Contaminación por aguas residuales e indicadores de calidad en la reserva nacional ‘Lago Junín’, Perú. Revista mexicana de ciencias agrícolas, 10(6), 1433-1447. https://doi.org/10.29312/remexca.v10i6.1870

Diaz Amaya, E. F., & Gélvez Peña, D. F. (2023). Pretratamiento de Aguas Residuales Mediante la Construcción de un Cribado Autolimpiante. https://repositorio.udes.edu.co/entities/publication/d69a7324-bb67-45a8-b646-9239d5a7ab7d

Duque-Sarango, P., & Zagal-Andrade, C. (2023). Modelamiento del tratamiento biológico: análisis con un ensayo experimental en un reactor discontinuo aeróbio: Modeling of biological treatment: analysis with experimental test in a batch reactor aerobic. Brazilian Journal of Animal and Environmental Research, 6(2), 1097-1107. https://doi.org/10.34188/bjaerv6n2-012

ECODES. (2021). La depuración en pequeños municipios: Retos y soluciones. ECODES. https://ecodes.org/images/que- hacemos/MITERD_2021/Informes/La_depuracion_en_pequenos_municipios_retos_y_soluciones_Analisis_de_las_tecnologias_existentes_y_de_las_soluciones_basadas_en_la_naturaleza.pdf

Espigares Garcia, M., & Perez Lopez, J. A. (2021). AGUAS RESIDUALES.

ETAPA-EP. (2017). Diseños Definitivos de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Guangarcucho. Empresa Pública Municipal de Telecomunicaciones, Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento ETAPA-EP. https://www.etapa.net.ec/Portals/0/Documentos/licitacion%20publica%20planta%20guangarcucho/ANEXO%205/ANEXO%203%20Manual%20de%20OyM.pdf?ver=2021-08-04-172825-320

Fundación CENTA. (2021). Guía técnica para la selección y diseño de líneas de tratamiento de aguas residuales. https://www.aguasresiduales.info/media/images/ckfinder/userfiles/files/Mod_00_Guia_PTAR(2).pdf

Garcia de bikuna, B. 2003. Régimen ambiental de caudales en el País Vasco: la DMA como punto de referencia. Ponencia en el curso: Régimen ambiental de caudales Universidad Internacional Menéndez y Pelayo. Cuenca, 29 de septiembre al 3 de octubre de 2003.1

Hendricks David. (2011). Fundamentals of Water Treatment Unit Processes Unit Processes Physical, Chemical, and Biological. IWA Editions. pg 727 Physical, Chemical, and Biological.

Herrera-Campuzano, Y. P., & Pacheco-Bustos, C. A. (2024). Estudio de impactos ambientales sobre alternativas de sistemas de saneamiento para la solución de vertimientos en la zona costera del distrito de Riohacha, en La Guajira, Colombia. Revista Ingenio, 21(1). DOI:https://doi.org/10.22463/issn.2011-642X

HANNA Instruments. (2019). Guía para el análisis de la demanda química de oxígeno (DQO). HANNA Instruments Colombia. https://www.hannacolombia.com/blog/post/115/guia-para-el-analisis-la-demanda-quimica-oxigeno-dqo

Herrera, G. C. G., & Naranjo, S. I. L. (2019). Evaluación del impacto ambiental de los sistemas de alcantarillado sanitario y planta de tratamiento de aguas residuales en Ecuador. Ciencia Digital, 3(3.2.1), Article 3.2.1. https://doi.org/10.33262/cienciadigital.v3i3.2.1.783

Laura, B., Eliana, D., Laura, O., María, S., Sandoval, L., & Lizcano, V. (2023). Evaluación hidrodinámica y arranque de un filtro percolador a escala laboratorio Hydrodynamic evaluation and startup of a laboratory-scale trickling filter. https://doi.org/10.5281/zenodo.8133136

Lesikar, B., & Enciso, J. (2002). Filtro percolador. En Sistemas individuales para el tratamiento de aguas negras. World Wide Web. https://cidta.usal.es/cursos/simulacion/modulos/libros/uni_04/Texas/filtro%20percolador.pdf

Lozano, W. (2012). Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales. Universidad Piloto de Colombia. https://www.researchgate.net/publication/298354134_Diseno_de_Plantas_de_Tratamiento_de_Aguas_Residuales

Lobaton, H., & López Mejía, N. (2020). Dinámica Computacional de Fluidos Aplicada a Vitrinas Refrigeradas (pp. 203-214).

Mancilla-Duarte, N., & Molina-Rodríguez, K. L. (2021). Modelado del proceso de lodos activados para la remoción de materia orgánica, de la planta de tratamiento de aguas residuales Salitre, mediante el uso del software Lynx ASM1.

Mayoración, p. C. M. D. Y. (2023). Facultad de ingeniería (doctoral dissertation, pontificia universidad católica del ecuador). Recuperado de: https://repositorio.puce.edu.ec/bitstreams/f879a102-4834-4c06-b591-3f525d87fdda.

Miranda Vallejos, N. X. (2020). Estudio de diagnóstico de la operación de los filtros en planta de tratamiento de agua potable Vizcachas. https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/176542

Organización Mundial de la Salud. (2022). Desafíos globales—Agua. https://www.un.org/es/global-issues/water

Organización Mundial de la Salud & Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia. (2022). Global progress report on WASH in health care facilities: Fundamentals first [Comunicado de prensa conjunto]. Organización Mundial de la Salud. https://www.who.int/publications/i/item/9789240017542

Ostace G., Mircea Vasile C., Cost reduction of the wastewater treatment plant operation by MPC based on modified ASM1 with two-step nitrification/denitrification model, https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2011.03.031

Orjuela Palacio, J. M., Sciammaro, L. P., & Zaritzky, N. E. (2023). Método alternativo de obtención de queratina empleando sulfuro de sodio, sin diálisis, para la reconversión de biomasa de la industria avícola. In VII Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión de la Facultad de Ingeniería (La Plata, 25 al 27 de abril de 2023). http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/157881

Paucar Aedo, F. G., & Real Ferrer, G. (2022). Reutilización de aguas en España y el Perú: Avances y desafíos.

Pakhnenko, V. P. (2022). Application of the Salome Software Package for Numerical Modeling Geophysical Tasks. En T. Chaplina (Ed.), Processes in GeoMedia—Volume IV (pp. 375-385). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-76328-2_39

Pelea, L. P. (2019). Valores atípicos en los datos, ¿cómo identificarlos y manejarlos? -

Outliers in data sets, how identify and handling them? Revista Del Jardín Botánico Nacional, 40, 99–107. https://www.jstor.org/stable/26937051

Pérez, Y. A., Cortés, D. A. G., & Haza, U. J. J. (2022). Humedales construidos como alternativa de tratamiento de aguas residuales en zonas urbanas: Una revisión: Ecosistemas, 31(1), Article 1. https://doi.org/10.7818/ECOS.2279

Ramírez Jiménez, D. F. (2021). Sistema de medición y control de temperatura para un prototipo de planta de tratamiento de aguas residuales. Investigación e Innovación en Ingenierías, 9(1 (Enero-Junio)), 100-113.

Rodríguez, J., García, C., & Pardo, J. (2015). Selección de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales municipales. Tecnura, 19(46), 149-164.

Rueda, F., Molano, A., & Pramparo, L. (2019). Evaluación de un sistema de tratamiento de aguas residuales no domésticas para la remoción de carga orgánica en industria de bebidas no alcohólicas. Entre Ciencia e Ingeniería, 13(26). https://doi.org/10.31908/19098367.1150

Robles-Casillas, Fernando, Becerra-López, María Magdalena, Ávila-López, Caritina, Waybell-Campos, Luis Roberto, Jasso-Frausto, Luis Fernando, González-Durón, Juan Manuel, Waybell-López Luis Felipe. Planta de Tratamiento Inteligente de Aguas Residuales con unSistema y Método de Monitoreo. Conciencia Tecnológica [en linea]. 2023, (65), 33-47[fecha de Consulta 6 de Febrero de 2024]. ISSN: 1405-5597. Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=94475786004

Sánchez Rengifo, P. A., Piragauta Aguilar QEPD, M. Á., & Riaño Melo, O. (2023). Biodegradación de polietilenglicol 400 con consorcio de Pseudomonas sp. y Rhizobium trifolii. Revista Colombiana de Biotecnología, 25(1), 69-77. https://doi.org/10.15446/rev.colomb.biote.v25n1.91128 

Searcy, J. (1963). Flow-Duration Curves—Manual of Hydrology: Part 2. Low-Flow Techniques. https://pubs.usgs.gov/wsp/1542a/report.pdf

Senagua, Norma C.O. 10.7 Revisión

Standard Methods. (2018). 5220 CHEMICAL OXYGEN DEMAND (COD). En Standard Methods For the Examination of Water and Wastewater. https://doi.org/10.2105/SMWW.2882.103.com/es/analitos/microbiologia/

Su, J., Wang, L., Zhang, Y. and Gu, Z. A Numerical Study on Influent Flow Rate Variations in a Secondary Settling Tank. Processes, 7(12), p.884. doi: https://doi.org/10.3390/pr7120884, 2019.

UNESCO. (2020). Informe del 2020—Agua y cambio climático. https://es.unesco.org/themes/water-security/wwap/wwdr/2020

Valle Medina, M.E. Secondary settling tanks modeling: study of the dynamics of activated sludge sedimentation by computational fluids dynamics. Chemical and Process Engineering. Université de Strasbourg, 2019.

Zhao, B., Cai, Y., Wang, Q., Zeng, X., Wang, S., & Li, G. Mxsimlab: An Incremental Integration-Based Cae Software Development and Application Platformmxsimlab: An Incremental Integration-Based Cae Software Development and Application Platform. Available at SSRN 4691640.