| Summary: | Los sistemas de tratamiento de aguas residuales son implementados para eliminar contaminantes
de las aguas residuales antes de su descarga en los cuerpos de agua receptores. Las aguas residuales
pueden afectar negativamente el ecosistema de un cuerpo de agua receptor si no se brinda el
tratamiento adecuado. A pesar de su importancia, alrededor del mundo se ha logrado tener una
reducida cobertura de tratamiento de aguas residuales, debido a los sus altos costos de
construcción y operación. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentación, alrededor del 80% de la generación mundial de aguas residuales se vierte al medio
ambiente sin ningún tratamiento, especialmente en los países de bajos ingresos. Los tratamientos
biológicos anaeróbicos de aguas residuales pueden ser una potencial solución para reducir los
costos de tratamiento. Las tecnologías anaeróbicas ofrecen ventajas sobre las tecnologías
competidoras, como el requerimiento de uso de suelo, reactores de pequeño volumen, reducida
producción de lodos residuales y la capacidad de recuperar energía a través de la captura de
metano. La tecnología anaeróbica más extendida en todo el mundo es el reactor anaerobio de flujo
ascendente o UASB. El UASB utiliza un flujo ascendente para producir lodos granulares capaces de
tratar altas cargas orgánicas. Aunque existe una amplia información sobre la microbiología de estos
gránulos y su eficiencia en el tratamiento de diferentes tipos de aguas residuales, se requiere más
investigación para comprender mejor la relación entre la formación de gránulos y la hidrodinámica
del reactor. La hidrodinámica de flujo, controlada casi en su totalidad por el sistema de distribución
de afluentes o IDS, es pieza clave a considerar durante el diseño del reactor UASB, pues controla la
distribución del sustrato dentro del reactor y está directamente relacionada con la formación de
zonas de flujo estancadas y cortocircuitadas. El papel del IDS es crítico especialmente en la etapa
de puesta en marcha del reactor, durante la formación del lodo granular. Esta tesis tuvo como
objetivo avanzar en la comprensión del impacto de la hidrodinámica de flujo en la operación y
eficiencia del reactor UASB durante la etapa de puesta en marcha. La investigación se dividió en
dos etapas principales. Durante la primera etapa se modeló físicamente el reactor utilizando un
reactor escalado con similitud dinámica de Froude y se desarrolló un sistema automatizado para
pruebas de trazador. Este sistema permitió determinar la importancia de controlar la conductividad
del agua de prueba, la variación de temperatura y la tensión superficial durante las pruebas de
trazador. Durante la segunda etapa se modeló numéricamente la hidrodinámica del reactor
utilizando dinámica de fluidos computacional (DFC). Inicialmente, la investigación se centró en
encontrar el modelo de cierre de turbulencia que mejor reproducía la hidrodinámica del reactor
UASB. Así, las simulaciones DFC se llevaron a cabo utilizando el modelo k-epsilon realizable para
evaluar el volumen potencial de generación de gránulos para configuraciones IDS comúnmente
utilizadas en la literatura. Las simulaciones confirmaron que la configuración IDS recomendada por
las guías de diseño tiene un alto rendimiento al reducir las zonas de flujo estancadas y
cortocircuitadas. Esta investigación propuso una nueva configuración IDS que generó un volumen
de granulación 22% mayor que la configuración IDS recomendada, lo que podría reducir el tiempo
de puesta en marcha del reactor UASB. La investigación demuestra el potencial del uso de técnicas
físicas y numéricas como base para el enfoque de diseño basado en modelos para resolver
problemas específicos de los reactores UASB, un enfoque que podría extrapolarse a otros tipos de
reactores.
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