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Sábado, 24 Septiembre 2016 15:11

Bases de Modelos Matemáticos para el Tratamiento de Aguas

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Para evaluar planes alternativos de ingeniería para el control y manejo de la calidad del agua pueden emplearse modelos matemáticos que relacionen la descarga de aguas residuales con la calidad de agua del cuerpo receptor. Los modelos también pueden ayudar a evaluar el mejoramiento de la calidad del agua mediante la eliminación de diferentes componentes de los contaminantes.

 

Los diversos grados de tratamiento, la reubicación de los puntos de descarga de aguas residuales, el aumento de los flujos mínimos, los sistemas de tratamiento regional en contraposición con las plantas múltiples, constituyen algunas de las alternativas de control, cuya influencia sobre la calidad del agua receptora puede evaluarse mediante la aplicación de los modelos matemáticos de calidad del agua.

 

El resultado de la investigación realizada está constituido por una serie de ecuaciones que explican el comportamiento de las velocidades específicas de consumo de sustrato y crecimiento de la biomasa en sistemas de tratamiento biológico de aguas residuales, mediante la aplicación de modelos estocásticos basados en los procesos de tratamiento de aguas de esta índole.

 

Parámetros a considerar para los modelos matemáticos en el tratamiento de aguas.

 

Cada tipo de actividad industrial, según el proceso, genera un agua residual caracterizada por una contaminación tipo determinada. De modo general, se conocen los parámetros característicos de cada una de ellas, pero es precisa su caracterización detallada para valorar su tratamiento y posterior incidencia en el medio receptor. Además, la legislación obliga a su tratamiento previo al vertido con el objeto de reducir al mínimo los impactos negativos sobre los cauces que soporten tales vertidos.

 

La interacción entre el peróxido de hidrógeno y las sales de hierro (reactivo Fenton) se conoce desde 1894 (Fenton, 1894). Se trata de un sistema catalítico homogéneo a temperatura ambiente en el cual una sal de hierro, habitualmente FeSO4, genera radicales gracias a la interacción del peróxido de hidrógeno con la forma reducida, Fe(II), que genera en última instancia radicales hidroxilo. Los cuales oxidan la materia orgánica según la reacción que se presenta a continuación.

 

RH + HO● àH2O + R●

 

La oxidación Fenton se ha estudiado con una gran variedad de aguas sintéticas, conteniendo una gran cantidad de compuestos modelos como, fenoles, clorofenoles, formaldehído, 2,4-dinitrofenol, 2,4,6-trinitrotolueno, 2,4-dinitrotolueno, clorobenceno, tetracloroetilieno, halometanos, aminas, y un largo etc.

 

Debido a la elevada eficacia que ha presentado el reactivo Fenton en la eliminación de contaminantes orgánicos refractarios como los comentados anteriormente, en los últimos años han aparecido numerosos trabajos donde se presenta el tratamiento de efluentes acuosos residuales reales de origen industrial mediante procesos Fenton, fundamentalmente en fase homogénea (Ramírez y col.,2004). Por otra parte, el estudio de catalizadores con diferentes tipos de centros activos (Imamura y col., 1998) y en ocasiones su combinación con peróxido de hidrógeno (Chiron y col., 1999), se ha planteado como una alternativa para trabajar en condiciones más suaves de reacción en procesos de oxidación húmeda y de esta forma, reducir los costes de operación. También se han descrito procesos de oxidación húmeda catalítica con peróxido de hidrógeno en bibliografía para el tratamiento de una gran variedad de efluentes industriales (Tekin y col., 2006). Aunque muchos de estos procesos se encuentran implantados a nivel industrial en muchas industrias, al tratarse de procesos homogéneos presentan el inconveniente de la separación de las sales de hierro, es por ello, que se están realizando grandes esfuerzos investigadores para el tratamiento de aguas residuales de origen industrial mediante procesos heterogéneos.

 

Por otro lado, la presencia de un catalizador heterogéneo permitiría el diseño de unidades de tratamiento de lecho fijo que simplificaría las instalaciones de tratamiento convencionales al no ser necesarias las etapas de neutralización y floculación de los sistemas homogéneos convencionales. En la Figura se muestra un esquema propuesto para este tipo de sistemas, en el que se observa una única etapa de reacción en lecho fijo catalítico, sin necesidad de etapas posteriores de separación. Es necesario indicar que en la actualidad no existen procesos comerciales de oxidación húmeda catalítica con peróxido de hidrógeno utilizando catalizadores sólidos.

 

La Ingeniería Química es una base sólida y considerable para la entrada en el campo de las aguas residuales. El conocimiento de las cinéticas de las reacciones, análisis de sistemas, balances másicos tienen especial valor para la corrección y tratamiento de las aguas residuales. Es por esto que la naturaleza multi-diciplinaria de esta actividad ya que las personas con una sólida base en química deben abordar conocimientos complementarios como de microbiología debido a la gran importancia en los tratamientos biológicos de las aguas residuales así como de Hidráulica para poder observar temas tales como flujo de canales y modelos matemáticos que rigen estos fenómenos.


Es por esto que una persona que se quiera dedicarse al estudio de las aguas residuales debe ser un ente multi-diciplinario para poder así resolver las distintas dificultades que le esperan en las distintas áreas de estudio.


Referencias:


•    Alba-Tercedor, J. y Sánchez Ortega, A. (2008). Un Método Rápido y Simple para Evaluar la Calidad Biológica de las Aguas
•    Gustard, A. (2002) Analysis of River Regimes
•    James, A. y Evison, L. (Eds) (2000). Biological indicators of water quality

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