Modelamiento matemático y simulación numérica de un reactor anaerobio en lecho fluidizado para tratamiento de aguas residuales

Abstract

En el presente trabajo se propuso escoger entre los modelos estequiométricos y cinéticos más completos disponibles en la literatura, y acoplarlos con técnicas de dinámica computacional de fluidos para simular un reactor anaerobio en lecho fluidizado. El objetivo del trabajo es describir la variación espacial de los compuestos presentes y los patrones de flujo dentro del reactor. Se simularon tres casos de estudio. El caso 1 es un agua residual doméstica, el caso 2 un agua residual rica en proteínas, y el caso 3 un agua residual con alto contenido de lípidos. Cada caso de estudio fue evaluado utilizando 3 tiempos de retención hidráulica. El modelo predice eficiencias de remoción entre 80% y 90% para el caso 1; entre 76% y 90% para el caso 2, y entre 55% y 65% para el caso 3. En todos los casos la disminución en el tiempo de retención hidráulica tuvo un efecto de disminución sobre la eficiencia de remoción. Contrastando los datos entregados por el modelo matemático para el caso 3 con valores experimentales encontrados en el trabajo de Borja y Banks sobre un reactor anaerobio en lecho fluidizado para tratar efluentes de industrias de extracción de aceites vegetales, puede verse que el modelo predice el potencial de biogás dentro de órdenes de magnitud aceptables: entre 15 y 20,4 L / día para el modelo y entre 18 y 24 L / día para el trabajo experimental. Sin embargo, las concentraciones de metano predichas por el modelo están sobreestimadas: entre 68 y 70 % para el modelo y 50 y 64 % para el trabajo experimental. También las concentraciones de ácidos grasos volátiles están subestimadas: entre 100 y 400 mg / L en el modelo y entre 300 y 1200 mg / L en el trabajo experimental.