Inclusion Criteria

En la actualidad, el modelo ASM1 es en muchos casos el arte por excelencia para la modelación de sistemas de lodos activados (Roeleveld y van Loosdrecht, 2002; Gernaey et al., 2004), sin embargo, el modelo presenta varias limitaciones.

3.1.1 Influencia de algunos parámetros

Temperatura. Los parámetros cinéticos de los modelos dependen de la temperatura y, consecuentemente, tienen que calibrarse a una temperatura específica, si no, se deben utilizar ecuaciones del tipo Arrhenius para corregir los parámetros. Para determinar los factores de corrección de la ecuación de Arrhenius se requiere obtener las constantes a diferentes temperaturas, pero solamente después de que el sistema se operó durante un tiempo mayor a 3 veces c. Henze et al. (1987) presentan parámetros típicos para 10°C y 20°C. Hellinga et al. (1999) presentan una explicación de la influencia de la temperatura en la cinética de nitrificación.

El ASM1 ha sido desarrollado basado en experimentos realizados en rangos de temperatura entre 8 y 23°C (Henze et al., 2002). Fuera de estos rangos, se considera que la aplicación del modelo puede resultar en importantes errores y la estructura misma del modelo puede ser no satisfactoria.

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Por otro lado, el ASM1 considera la nitrificación como una sola etapa (amoniaco transformado directamente en iones nitratos), sin embargo, se sabe que cuando la temperatura es mayor de 20°C, los iones nitritos pueden acumularse en el sistema. En estos casos, la modelación podría requerir de modificaciones, como la de introducir una nitrificación en dos etapas (Gernaey et al., 2004)

La modelación y simulación de la planta de tratamiento “Dulces Nombres” tiene que adecuarse a las temperaturas históricas del proceso que van de 20 a 30°C, haciendo notar el clima tan extremoso en la Ciudad de Monterrey, el cual alcanza temperaturas del medio ambiente mínimas de 9°C en invierno y máximas de 35°C en verano.

pH. En el ASM1, se asume que el pH es constante y cerca del valor neutro (Gernaey et al., 2004). Se incluye la alcalinidad como una variable de estado en el modelo, la cual permite detectar posibles problemas con el pH.

Componentes tóxicos. La nitrificación es especialmente sensible a la inhibición por componentes tóxicos. En ASM1, los parámetros de nitrificación pueden ser asumidos constantes, por lo que, el efecto de inhibición de la nitrificación debe ser incluido en la calibración de los parámetros. La ecuación de la tasa de nitrificación puede ser ampliada, para representar los efectos de inhibición agudos inesperados por sustancias químicas específicas (Nowak et al., 1995).

Sedimentabilidad. La aplicación del ASM1 supone que el lodo sedimenta bien. El rango de c de entre 3 y 30 días es considerado aceptable, aún si el límite superior no ha sido bien establecido (Henze et al., 2002).

3.1.2 Limitaciones en la cinética de biodegradación del ASM1

- La limitación del crecimiento de células debido a la baja concentración de nutrientes (ejemplo, N y P), no es considerada en ASM1. El modelo ASM3 incluye las limitaciones de N y alcalinidad (Gujer et al., 1999) y puede servir para modificar el ASM1.

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- El decaimiento de biomasa en ASM1 es modelado de acuerdo con el concepto muerte-regeneración (Henze et al., 2002). Esto puede ser reemplazado por la respiración endógena en ASM3 (Figura 3.1). Como resultado, las reacciones de conversión autotrófica y heterotrófica serán separadas. Una de las ventajas de este cambio es que los ciclos de regeneración de productos del decaimiento autotrófico y heterotrófico estarán desacoplados.

La Figura 3.1 ilustra las diferencias entre los modelos ASM1 y ASM3.

ASM1 ASM3

Figura 3.1. Flujos de substratos para biomasa autotrófica y heterotrófica en los modelos de ASM1 y ASM3 (modificado desde Gujer, et. al., 1999).

La diferencia fundamental entre el ASM1 y el ASM3, es que el último reconoce la importancia de un proceso de almacenaje de biopolímeros en la biomasa antes que el sustrato acumulado sirva para el crecimiento.

Por otra parte, el ASM1 considera un proceso de muerte-regeneración sin consumo de oxígeno directamente asociado al decaimiento, mientras que el ASM3, considera

SO XS SO SO XA Decaimiento Crecimiento SNH SO SNO XI XH Crecimiento SS SO Decaimiento XS Hidrólisis XA Crecimiento SO Resp. endógena SNO SNH XI XH Hidrólisis SS XSTO SO Almacenamiento Crecimiento Resp. endógena

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un proceso de crecimiento desacoplado del decaimiento, que es modelado con la respiración endógena (consumo directo de oxígeno con el decaimiento), (Gernaey et al., 2004). Otras diferencias se describen a continuación:

- El ASM1 puede no funcionar con concentraciones elevadas de nitritos; la nitrificación es modelada como un proceso de una sola etapa ignorando la posible manifestación de nitritos, o una nitrificación intermedia en plantas reales. Sin embargo, cuando se modela una planta donde se tiene cierta concentración de nitritos, o donde la temperatura está arriba de 20°C, se puede usar una segunda etapa de nitrificación en el modelo con los nitritos como intermediarios. Ejemplos de modelos de nitrificación con dos etapas fueron propuestos por Nowak et al. (1995) y Hellinga et al. (1999).

- En el ASM1, el tipo de aceptor de electrones presente no afecta la tasa de decaimiento de biomasa. De acuerdo con los resultados experimentales reportados por Siegrist et al. (1999), esta diferenciación de la tasa de decaimiento entre la biomasa aeróbica, anóxica y biomasa anaeróbica autotrófica puede ser justificada.

- En el ASM1, el tipo de aceptor de electrones no afecta el coeficiente de rendimiento de biomasa heterotrófica, comparado al ASM3 (Gujer et al., 1999) donde se admite la inclusión de diferentes coeficientes de rendimiento de biomasa aeróbica y anóxica heterotrófica. Rendimientos aeróbicos y anóxicos, fueron obtenidos experimentalmente con lodos activados por McClintock et al. (1988) y Spérandio et al. (1999).

- Los modelos no son capaces de describir el crecimiento de bacterias filamentosas.