Análisis y mejora de la fluidodinámica en estaciones depuradoras de aguas residuales
[SPA] La investigación realizada en esta Tesis Doctoral se centra en el análisis y mejora de los procesos que tienen lugar en el interior de instalaciones de depuración de aguas residuales. Tradicionalmente, el diseño de las instalaciones de las estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR) se hace tomando consideraciones y simplificaciones del flujo, debido principalmente a la complejidad de este y a la falta de herramientas para su análisis. Sin embargo, los fenómenos fluidodinámicos locales juegan un papel importante en la depuración, pudiendo existir ineficiencias tales como zonas de paso rápido, muertas o sin renovar. Es necesario comprender el comportamiento del flujo en el interior de las instalaciones para un correcto diseño de estas, que asegure un correcto tratamiento sin un excesivo coste energético. En este trabajo, se han analizado distintas instalaciones de depuración, tanto del tratamiento secundario (reactor biológico) como terciario (canal ultravioleta UV) de la EDAR. Se han empleado herramientas de mecánica de fluidos computacional (CFD) como base para el análisis, aunque también se han desarrollado y empleado procedimientos experimentales y analíticos para la validación de los modelos numéricos. Los análisis se han realizado sobre instalaciones reales concretas de EDAR, generalizando posteriormente los resultados para que sean de aplicación universal. El alcance de los análisis realizados comprende la fluidodinámica de la instalación y otros fenómenos de distinta naturaleza como es el caso de los procesos de transferencia de oxígeno y reacciones biológicas en el interior de un reactor biológicos, o los fenómenos de propagación de luz UV e inactivación de microorganismos en un canal UV. Los resultados alcanzados proporcionan aspectos característicos de los fenómenos fluidodinámicos que ocurren en reactores biológicos y canales UV de EDAR, así como su interacción con los fenómenos biológicos y radiativos que se producen en la instalación, bajo distintas condiciones de operación. Como parte de la discusión de los resultados se presentan las ineficiencias fluidodinámicas detectadas más significativas, así como algunas propuestas de modificación geométrica destinadas a la corrección de estas. De manera complementaria, durante el desarrollo de la investigación, se han empleado y desarrollado diferentes metodologías y aproximaciones, principalmente numéricas, aunque también analíticas y experimentales. Se ha llevado a cabo un análisis sobre la aplicabilidad, potencial y limitaciones de dichas metodologías y aproximaciones en función del tipo y características del flujo analizado, lo que también supone una contribución al estudio fluidodinámico de instalaciones de EDAR. [ENG] The research carried out in this Doctoral Thesis focuses in the analysis and improvement of the processes that occurs within wastewater treatment plant (WWTP) facilities. Traditionally, the design of these facilities considers some simplifications of the flow. However, fluid dynamic processes play an important role in water treatment; it is possible to have inefficiencies such as dead zones or short-circuiting flows. It is necessary to understand the flow behaviour within the facilities for a correct design, which ensures a proper treatment without an excessive energy consumption. The research involves the analysis of different WWTP facilities: biological reactors and ultraviolet (UV) channels. The analyses have been done mainly by means of Computational Fluid Dynamics (CFD) tools. Analytical models and experimental procedures have been also employed for validation of the numerical models. The numerical models are applied to specific actual plants, generalizing the results so that they are universally applicable. Apart from the hydraulic processes, the scope of the work involves other phenomena that take place in WWTP facilities: oxygen transference and biological reactions within biological reactors, UV light propagation and microbial inactivation in UV channels. The results obtained provide relevant information about the hydraulic processes that occurs within biological reactors and UV channels, as well as their interaction with biological and radiative phenomena, under different operational conditions. Some of the most relevant inefficiencies detected, as well as geometrical modifications intended to correct them, are included in the text. Additionally, different methodologies and procedures (mainly numerical) have been employed and developed during the research. A discussion about the applicability, potential and limitations of these methodologies on the basis of type and features of the flow is carried out. This discussion constitutes also a contribution to the field of hydraulic processes in WWTPs.
Aguas residuales, Depuración de aguas residuales (EDAR), Dinámica de fluidos, Mecánica de fluidos computacional (CFD), Ingeniería sanitaria, Sewage water, Water purification, Fluid dynamics, Computational fluid dynamics (CFD), Sanitary engineering
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