Análisis de benchmarking y simulación para optimizar una planta comercial de tratamiento de aguas residuales
DOI:
https://doi.org/10.24850/j-tyca-2026-02-02Palabras clave:
agua residual, tratamiento del agua, consumo de energía, análisis comparativo, modelo de simulación, MéxicoResumen
Es necesario un consumo sostenible de agua y energía para mitigar el daño ambiental causado por las actividades antrópicas. El sistema de tratamiento de aguas residuales más utilizado en el mundo es el de lodos activados convencionales. Sin embargo, tiene altos costos de operación, entre 60 y 70 %, debido al consumo de energía. En este estudio, el “Benchmarking” permitió realizar un análisis comparativo entre plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de magnitudes similares con parámetros y consumos energéticos específicos, complementado con una simulación en SIMBA# versión libre (sin considerar tratamientos terciarios), para mejorar el proceso operativo de una PTAR comercial en Mérida, Yucatán. Los resultados muestran que es posible ajustando la capacidad de los dos sopladores de 5 HP a 3 HP, reducir un 40.58 % del consumo total de energía en la PTAR (por exceso de aireación), lo que mejora adicionalmente la calidad del efluente en el parámetro específico de nitrógeno total con una reducción de 72 g N/m3 a 56 g N/m3. Sin embargo, es necesario realizar los cambios propuestos en la PTAR de este estudio para obtener los resultados en operación real y realizar los ajustes pertinentes.
Referencias
Åmand, L., & Carlsson, B. (2014). Aeration control with gain scheduling in a full-scale wastewater treatment plant. IFAC Proceedings Volumes, 47(3), 7146-7151. https://doi.org/10.3182/20140824-6-ZA-1003.01892
Beccari, M., Pinto, A. C. D., Ramadori, R., & Tomei, M. (1992). Effects of dissolved oxygen and diffusion resistances on nitrification kinetics. Water Research, 26(8), 1099-1104. https://doi.org/10.1016/0043-1354(92)90146-U
Belloir, C., Stanford, C., & Soares, A. (2015). Energy benchmarking in wastewater treatment plants: the importance of site operation and layout. Environmental Technology, 36(2), 260-269. https://doi.org/10.1080/09593330.2014.951403
Christoforidou, P., Bariamis, G., Iosifidou, M., Nikolaidou, E., & Samaras, P. (2020). Energy benchmarking and optimization of wastewater treatment plants in Greece. The 4th EWaS International Conference: Valuing the Water, Carbon, Ecological Footprints of Human Activities, 36. Basel Switzerland: MDPI. https://doi.org/10.3390/environsciproc2020002036
Cui, B., Yang, Q., Liu, X., Huang, S., Yang, Y., & Liu, Z. (2020). The effect of dissolved oxygen concentration on long-term stability of partial nitrification process. Journal of Environmental Sciences, 90, 343-351. https://doi.org/10.1016/j.jes.2019.12.012
ENERWATER. (2015). Standard method and online tool for assessing and improving the energy efficiency of wastewater treatment plants. https://doi.org/10.3030/649819
Gu, Y., Li, Y., Li, X., Luo, P., Wang, H., Wang, X., Wu, J., & Li, F. (2017). Energy self-sufficient wastewater treatment plants: feasibilities and challenges. Energy Procedia, 105, 3741-3751. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.868
Hreiz, R., Latifi, M. A., & Roche, N. (2015). Optimal design and operation of activated sludge processes: State-of-the-art. Chemical Engineering Journal, 281, 900-920. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.06.125
Lu, H., Chandran, K., & Stensel, D. (2014). Microbial ecology of denitrification in biological wastewater treatment. Water Research, 64, 237-254. https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.06.042
Metcalf & Eddy Inc. & AECOM. (2013). Wastewater engineering: Treatment and resource recovery (5th ed.). New York, USA: McGraw-Hill Education.
Muñoz-Hernandez, J. A., Muñoz-Hernández, H., & Leguizamon-Castellanos, L. E. (2017). Predictive control of the concentration of dissolved oxygen (DO) in the pilot bioreactor wastewater plant Ibagué University. Scientia et Technica, 22(1), 47. https://doi.org/10.22517/23447214.9911
Niu, K., Wu, J., Qi, L., & Niu, Q. (2019). Energy intensity of wastewater treatment plants and influencing factors in China. Science of the Total Environment, 670, 961-970. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.159
Okabe, S., Aoi, Y., Satoh, H., & Suwa, Y. (2014). Nitrification in wastewater treatment. In: Nitrification (pp. 405-433). Washington, DC, USA: ASM Press. https://doi.org/10.1128/9781555817145.ch16
Pérez, F. (2006). Informe preventivo de planta de tratamiento de aguas residuales del fraccionamiento Altabrisa. Mérida, México: Consultoría, Gestión, Estudios y Proyectos Ambientales. Recuperado de https://es.scribd.com/document/322671120/Planta-de-Aguas-Altabrisa-Merida-Yuc
Płuciennik-Koropczuk, E., & Myszograj, S. (2019). New approach in COD fractionation methods. Water, 11(7), 1484. https://doi.org/10.3390/w11071484
Ruiz, L. M., Pérez, J. I., & Gómez, M. A. (2023). Practical review of modelling and simulation applications at full-scale wastewater treatment plants. Journal of Water Process Engineering, 56, 104477. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104477
Semarnat, Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. (2002). NOM-004-SEMARNAT-2002, Lodos y biosólidos. Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. Recuperado de https://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=691939&fecha=15/08/2003#gsc.tab=0
Semarnat, Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. (2021). NOM-001-SEMARNAT-2021. Que establece los límites permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en cuerpos receptores propiedad de la nación. Recuperado de https://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5645374&fecha=11/03/2022#gsc.tab=0
Spruston, S., Kolesov, A., & Main, D. (2012). Leveraging the energy of the group to manage the energy of the utility: The NWWBI adopts industry tools to improve energy performance. Proceedings of the Water Environment Federation, 2012(14), 2383-2402. https://doi.org/10.2175/193864712811726365
Suárez, S. D. (2014). Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales provenientes de las descargas de un centro comercial de la ciudad de Quito mediante procesos de electrocoagulación y adsorción en carbón activado (tesis de Ingeniería Química). Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador. Recuperado de http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/8492
Torregrossa, D., Schutz, G., Cornelissen, A., Hernández-Sancho, F., & Hansen, J. (2016). Energy saving in WWTP: Daily benchmarking under uncertainty and data availability limitations. Environmental Research, 148, 330-337. https://doi.org/10.1016/j.envres.2016.04.010
Torregrossa, D. (2018). A decision support system for energy saving in Waste Water Treatment Plants (Tesis de doctorado). Université Du Luxembourg, Luxemburgo.
Vaccari, M., Foladori, P., Nembrini, S., & Vitali, F. (2018). Benchmarking of energy consumption in municipal wastewater treatment plants – a survey of over 200 plants in Italy. Water Science and Technology, 77(9), 2242-2252. https://doi.org/10.2166/wst.2018.035
Villanueva, L., & Yance, J. (2017). Mejoramiento de la eficiencia de remoción de materia orgánica y coliformes termotolerantes en la PTAR del distrito de Huáchac-Chupaca (tesis de Ingeniería Química Ambiental). Universidad Nacional del Centro del Perú, Huancayo, Perú. Recuperado de https://repositorio.uncp.edu.pe/handle/20.500.12894/3781
Walker, N. L., Williams, A. P., & Styles, D. (2021). Pitfalls in international benchmarking of energy intensity across wastewater treatment utilities. Journal of Environmental Management, 300, 113613. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113613
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