Tratamiento de Aguas Servidas

Software WRC STOAT wrc

Herramienta computacional STOAT WRC.

En este punto, existe una notoria necesidad de una herramienta que permita ayudar a una operación más eficiente de las plantas de tratamiento de aguas servidas. Las aplicaciones de modelados y la asistencia a estas plantas pueden agilizar los procesos, garantizando una mayor eficiencia. Los operadores pueden monitorear mejor los procesos involucrados en los sistemas sin incrementar los costos, debido a que, algunos de estas herramientas computacionales se encuentran de libre acceso. Un punto a considera es la necesidad que el usuario sea capaz de interactuar con el programa informático, con un conocimiento efectivo, junto a que la herramienta de simulación genere resultados fiables y compatibles con la realidad.

STOAT (Sewage Treatment Optimization over Time) es un paquete dinámico de modelado de obras de tratamiento de aguas residuales del Reino Unido por WRc plc Company (Water Research Centre) desarrollado en 1988 como parte del Programa de Gestión de la Contaminación Urbana en el Reino Unido. La herramienta es capaz de modelar sistemas de lodos activados, procesos basados en biopelículas y tratamiento de lodos. Ha sido ampliamente utilizado por el mundo (WRC,2021) y ha esta fecha es de licencia gratuita y compatible únicamente con ordenadores o máquinas virtuales con sistema operativo Windows.

De acuerdo con sus desarrolladores, esta herramienta es capaz de modelar y simular dinámicamente el desempeño de los sistemas de tratamiento de aguas residuales. La herramienta cuenta con modelos listos para usar de los modelos más comunes, como de lodos activados y filtros biológicos, permitiendo a los usuarios modelar su propio sistema, incluyendo estanques, reactores, filtros, digestores, entre otros.

Dentro de las ventajas que se pueden destacar del uso de este software es la reducción de los costos y la solución de problemas operacionales, optimización de operaciones de tratamiento y simulaciones en diferentes modos de operación.  (Wrc plc, 2012). Además, permite la utilización en diversas aplicaciones, como en el diseño de nuevas obras de tratamiento de aguas residuales, ampliación de obras existentes, planificación y creación de nuevas operaciones y la opción de nuevas pruebas en diferentes condiciones de operación.

Siguiendo en la línea de las opciones que nos permite simular esta herramienta destacan varios procesos, entre los que podemos mencionar:

Con una interfaz sencilla y amigable para el usuario, permite construir un sistema de tratamiento, definiendo sus procesos, la forma en que se interconectan y cuáles son sus características, permitiendo predecir su funcionamiento en un periodo de tiempo predeterminado.

Por medio de su modelado dinámico, la herramienta puede realizar mediciones horarias del rendimiento de la planta simulada, incluyendo las variaciones de flujo que puedan ocurrir en una situación real del trabajo. Lo anterior, nos permite tener una evaluación día a día, como también en un tiempo de semanas, meses e incluso años.

Con el fin de introducir esta herramienta para este estudio, se mostrará de manera simple una modelación general de una planta de tratamiento de aguas servidas de lodo activado con el fin de mostrar las capacidades y limitaciones del programa de simulación.

El primer paso es crear un nuevo proyecto en la barra de tareas, donde se selecciona la opción de un nuevo trabajo “New Works” como se muestra en la ilustración donde se le pedirá definir un nombre como se muestra en la siguiente ilustración.

Como se describe en el punto anterior, el objeto de este apartado es interiorizar la herramienta de modelación utilizada en este estudio. Para ello se modelará la geometría de la siguiente planta de tratamiento en cual contará con un sedimentador primario, un reactor de lodos activados aireado y un sistema de sedimentador secundario. En las salidas se encuentran dos líneas de lodos y el efluente.

Modelado en WRC STOAT 5.0.

Para iniciar con el modelado del esquema de la planta antes descrito es necesario utilizar el cuadro Processes. El primer paso es trazar el afluente; para ello, se debe hacer clic en Influent y luego clic con el botón derecho del mouse en Wastewater influent y se agrega al cuadro de simulación como se muestra en la siguiente ilustración.

Con el mismo principio se incorpora el sedimentador primario con la opción “Primary Tank”, el reactor aireado utilizando la opción “Activated Sludge”, Posteriormente utilizando la opción “Secondary Sedimentation Tank” es posible incorporar el sedimentador secundario.

Una vez realizado lo anterior, se trazan las salidas del sistema como el Efluente, las líneas de lodos y la salida de material suspendido. Finalmente se debe efectuar la conexión de cada etapa como se describe en la siguiente ilustración del modelo en la herramienta WRc STOAT.

Configuración de Dimensiones en WRC STOAT 5.0.

Completado la geometría del modelo, se procede con la etapa de ingresar las condiciones de operación de cada una de las etapas. Al seleccionar el sedimentador primario con el botón derecho del mouse y haciendo clic en “Name and Dimensions”, podemos ingresar las dimensiones del sedimentador. Para este ejercicio asignaremos un volumen de operación de 1.200 m3, un modelo BOD y un área de superficie de 400 m2 (con una profundidad de 3 metros). En la siguiente ilustración se muestra el cuadro de configuraciones de dimensiones.

En el caso del reactor biológico se le asignará un volumen de 800 m3 dejando los demás parámetros por defecto como se muestra en la siguiente ilustración.

Posteriormente, definiremos las dimensiones del sedimentador secundario, el cual será de una superficie de 400 m2, con una profundidad de 3 metros y se define una altura de entrada del agua en 2 metros.

Condiciones del Solver de WRC STOAT 5.0.

Para establecer las condiciones para el solver se debe hacer clic en “File” y luego “New Run”; donde, se abrirá una nueva ventana que permite asignar el nombre “Arranque” y se establecerán las condiciones de la modelación. El primer paso es seleccionar la condición por defecto (Default). Una vez hecho lo anterior, se abrirá una nueva ventana (véase ilustración), donde se podrá determinar el tiempo de operación, siendo, para este ejemplo 2 días, con una temperatura media de 15ºC (los demás parámetros se dejarán en default).

Una vez realizado lo anterior, se procederá con ingresar la calidad del agua servida de entrada haciendo clic en el afluente y luego en “Generate profile” y clic en “Advanced”, donde seleccionaremos la opción sinusoidal.

En la nueva ventana que se abre es posible de editar la composición del agua servida; desde este punto, haciendo clic en “Edit formulae”, se abrirá una nueva ventana con una tabla de parámetros modificables (véase ilustración).

En este cuadro se considerarán los parámetros por defecto, para un caudal de 100 m3/h de modo que los tanques de sedimentación tengan velocidades de salida promedio de 0,25 m/h y retención de aguas residuales en el reactor de 8 horas.

Una vez hecho lo anterior, se define la creación de datos, haciendo clic en “Create Data File” y luego “ok” con los datos por defecto es 48 intervalos establecidos.

Posteriormente podemos asignar las condiciones de operación del sedimentador secundario, dónde el caudal de retorno será de 150 m3/horas, con un retorno de bomba de 24 horas al día, con eventos cada una hora (véase ilustración siguiente).

Para asignar las condiciones iniciales de operación del sedimentador primario; es necesario, hacer clic con el botón derecho y luego en Input Data y en Initial Conditions, es posible de establecer los parámetros como se muestran en la siguiente ilustración. Cabe destacar que en el caso de este ejemplo se ha copiado los parámetros iniciales para las etapas 1 y 2.

También es posible asignar las condiciones iniciales en el reactor biológico como se detalla en la siguiente ilustración.

Finalmente se procede con establecer las condiciones iniciales en el sedimentador en las 8 etapas preestablecidas, las primeras tres el proceso de clarificación, de la cuarta a la séptima el proceso de sedimentación y la octava la de compactación de lodos como se muestra en la siguiente ilustración.

El paso siguiente es guardar el documento de datos y finalmente podemos correr la simulación. En la pestaña superior entregará el periodo de modelación, el tiempo de corrida y el avance de la simulación.

La aplicación permite visualizar los resultados de los distintos procesos. En la siguiente ilustración se muestra el cuadro de resultados para el sedimentador secundario donde se han solicitado las variables de DBO, MLSS, etc.

Para el caso de las condiciones del efluente, en la siguiente ilustración se muestran los parámetros de salida de la planta modelo