CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Modelización de bioreactores anaerobios de membrana

Estudiant que ha llegit aquest projecte:

Tutor/a o Cotutor/a: RAMOS QUIROZ, CARLOS ANTONIO

Departament: DEAB

Títol: Modelización de bioreactores anaerobios de membrana

Data inici oferta: 15-10-2024      Data finalització oferta: 15-05-2025

Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIS BIOLÒG 23

Lloc de realització:
EEABB

Paraules clau:
Aguas residuales, biorreactor, membranas, modelos matemáticos

Descripció del contingut i pla d'activitats:
El uso de modelos matemáticos puede ayudar a comprender fenómenos fisicoquímicos y biológicos que pueden tener lugar en los procesos de depuración de aguas residuales. Actualmente los sistemas biológicos, como los procesos aeróbicos de lodos activos, son muy utilizados a escala industrial, pero presentan una serie de limitantes. Para avanzar en el desarrollo de tecnologías más robustas se están realizando mucha investigación y aplicación de sistemas de lodos activos acoplados a procesos de separación por membrana.
Con la finalidad de entender en un mayor detalle como se comporta un digestor anaerobio acoplado a una membrana de ultrafiltración, el uso de modelos matemáticos ayudaría a conocer el tipo de ensuciamiento en las membranas y determinar las mejores condiciones operacionales para el tratamiento de las aguas residuales.
A lo largo del TFG se implementarían modelos matemáticos para describir el comportamiento de los microorganismos e identificar el tipo de ensuciamiento que presentan membranas de ultrafiltración. Se utilizarán datos experimentales obtenidos de la operación de sistemas demostrativos de la tecnología de biorreactores de membrana. Con la información obtenida se podrán proponer mejoras al proceso descrito.

Overview (resum en anglès): This study presents a comprehensive set of mathematical models to analyze the operation of an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) system, focusing on membrane fouling mechanisms and the influence of soluble microbial products (SMPs). The models include a digestion model with SMP production (to account for the SMPs generated in the system), a permeate flux model (to capture the fouling dynamics and mechanisms), regression models (to describe the long-term impact of fouling over multiple cycles of membrane operation), and a permeate flow model (to capture the dynamics of flow decline over time and the impact of SMPs on it).
Four fouling mechanisms were studied: cake formation, complete blocking, standard blocking, and intermediate blocking. These mechanisms were evaluated to understand their contributions to fouling dynamics and to identify the dominant mechanisms affecting membrane performance.
The data used to develop and validate the models were obtained from Aqualia, which operated a pilot plant of an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) for 331 days. While the permeate flow model presented a good fit with experimental data in the first cycle simulated (during 21 days) (R^2=0.93), its performance was limited in capturing the complete system dynamics. This limitation stems from the dependence of the permeate flow model on the anaerobic digestion model, specifically on the accuracy of SMP determination, which is derived from fitting the anaerobic digestion model. The letter exhibited varying levels of accuracy, with low correlation coefficients for components like substrate (R² = 0.21) and total ammonium nitrogen (R² = 0.01), and moderately high correlation for the biomass component (R² = 0.68).
The results showed that cake formation was the most significant fouling mechanism, fitting best across all simulated filtration cycles. Intermediate fouling allowed for the longest operational time, lasting over 80 days in three cycles. In comparison, cake formation, complete blocking, and standard blocking caused permeate flux to decline much faster, within 40-60 days under the same conditions.

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