Application of a Mathematical Model for Sludge Reduction in Pharmaceutical Wastewater

Aplicación de un modelo matemático para la reducción de lodos de aguas residuales farmacéuticas

El tratamiento del exceso de lodos es indispensable en las depuradoras de aguas residuales. Este estudio pretende reducir el exceso de material de los lodos activados y establecer un modelo matemático. Las tasas de disolución de lodos se calcularon midiendo la demanda química total de oxígeno (DQOT) y la DQO soluble (DQOS) con respecto a la calidad del agua antes y después del pretratamiento. A continuación, se obtuvieron los efectos de reducción de lodos mediante los cambios de sólidos en suspensión (SS). Se evaluaron los principales factores que influyen en la velocidad de disolución de los lodos, como el pH, la temperatura, la cantidad de ferrato potásico y el tiempo de reacción, entre otros. Se adoptó el método de superficie de respuesta del software Design-Expert V8.0.6.1 para analizar la tasa de disolución de lodos, que representa el efecto de reducción de lodos. Al regular los diferentes factores de restricción, el modelo Design-Expert mostró que la tasa de disolución de lodos alcanzó el valor más alto de 54,36% a una temperatura de 21,58 oC y un pH de 4, así como con una dosis de ferrato de potasio de 1 mg/g SS y un tiempo de reacción de 4,07 horas con agitación constante. Se estableció un modelo matemático para la velocidad de disolución de los lodos que tiene en cuenta la temperatura, el pH, la dosis de ferrato potásico, el tiempo de reacción y la condición de agitación, y el valor R2 simulado de 0,72 indicó un efecto de ajuste relativamente aceptable.

INTRODUCCIÓN

Con el desarrollo de la industria y la manufactura, la cantidad de sustancias tóxicas y nocivas en las aguas residuales ha aumentado gradualmente. El método de lodos activados es la técnica de tratamiento de aguas residuales municipales e industriales más utilizada en todo el mundo. En la actualidad, más del 90% de las aguas residuales municipales se tratan mediante el método de lodos activados ( Xiao et al., 2017 ; Yuan et al., 2019 ; Zheng et al., 2019 ). Sin embargo, el principal inconveniente de este método es que produce una enorme cantidad de lodo excedente, que contiene muchas sustancias tóxicas y exceso de nutrientes, incluidos microorganismos patógenos, huevos de parásitos, virus, sustancias orgánicas sintéticas, iones de metales pesados, sales, nitrógeno, fósforo, potasio, etc. ( Fei et al., 2019 ;Mazeed y otros, 2020 ; Poot y otros, 2016 ; Xia et al., 2019 ). Los materiales orgánicos del lodo restante se estropean fácilmente y liberan un olor fétido que contamina el medio ambiente y provoca malestar a los sentidos. Los patógenos presentes en los lodos, incluidas diversas bacterias, parásitos y virus patógenos, pueden propagar enfermedades y representar una amenaza potencial para la salud humana y animal ( Chakraborty et al., 2020 ; Zeng et al., 2019 ). El exceso de nutrientes en los lodos restantes, como nitrógeno, fósforo y potasio, puede causar eutrofización y provocar la proliferación de algas una vez que ingresan a los cuerpos de agua superficiales, lo que impacta negativamente en el medio ambiente (Fang et al., 2020 ;Hu y Gao, 2020 ; Zittel et al., 2020 ).