ACCIONA y LEQUIA integran CFD y modelos de fangos activos para optimizar la modelización de EDAR a escala real

Las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDAR) se enfrentan a una creciente presión regulatoria y energética, derivada de los nuevos límites europeos en nitrógeno, fósforo y microcontaminantes, junto con la necesidad de reducir el consumo energético de los procesos. En este contexto, el doctorado industrial desarrollado por ACCIONA en colaboración con el grupo LEQUIA de la Universitat de Girona plantea un avance relevante en la modelización de estas instalaciones mediante la integración de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) y Modelos de Fangos Activos (ASM).

A pesar de décadas de desarrollo en herramientas de simulación, muchos modelos continúan representando los reactores biológicos como sistemas perfectamente mezclados. Sin embargo, a escala real, estos presentan patrones de circulación complejos, gradientes de oxígeno y zonas con actividad biológica muy diferenciada, lo que dificulta la optimización de la aireación y la mezcla, los procesos más intensivos en consumo energético dentro de una EDAR.

Los reactores biológicos reales presentan heterogeneidades internas que los modelos convencionales no consiguen reproducir con precisión.

La tesis doctoral de Carla Vázquez Gómara aborda esta limitación mediante la aplicación detallada de CFD combinada con modelos ASM a escala real, demostrando cómo esta integración permite revelar el comportamiento hidrodinámico y biológico de los reactores en operación. El estudio se centra en un reactor tipo carrusel de la EDAR de La Almunia (Zaragoza), desarrollado con un enfoque orientado a lograr un equilibrio entre precisión y coste computacional, con el objetivo de generar una herramienta aplicable a instalaciones reales.

El modelo hidrodinámico validado reprodujo las principales características del flujo observadas in situ, como mayores velocidades en el canal exterior, la presencia de zonas de elevada turbulencia y regiones de baja velocidad. A partir de este conocimiento se evaluaron distintas configuraciones de los aceleradores de flujo, concluyendo que la potencia total de los vehiculadores podría reducirse en torno a un 30 % sin comprometer el grado de mezcla, lo que pone de manifiesto un importante potencial de ahorro energético.

La optimización de la hidrodinámica del reactor permite reducir significativamente el consumo energético sin afectar al rendimiento del proceso.

En la fase final del trabajo, el modelo biocinético ASM2d se integró dentro del entorno CFD para simular la evolución del oxígeno y de los principales contaminantes a lo largo del reactor. Esta aproximación permitió identificar gradientes espaciales que los modelos tradicionales no contemplan, incluida la coexistencia de zonas aerobias y anóxicas durante los periodos de aireación.

El estudio analizó asimismo la representatividad de la medición del oxígeno disuelto en función de la ubicación de la sonda, concluyendo que la posición actual sobreestima ligeramente la concentración media de oxígeno en la zona aireada. Se detectaron diferencias de hasta 1 mg/L en puntos cercanos, una desviación significativa que puede influir en el control del proceso y refuerza la importancia de seleccionar adecuadamente la localización de los sensores.

En conjunto, la tesis demuestra cómo la modelización integrada CFD-ASM2d a escala real mejora la comprensión de los procesos de tratamiento de aguas residuales, permite identificar limitaciones de mezcla y transferencia y proporciona soporte técnico para decisiones operativas más eficientes desde el punto de vista energético.

Este trabajo se ha desarrollado como un doctorado industrial mediante la colaboración entre ACCIONA y LEQUIA (Universitat de Girona), en el marco del proyecto HADES (Herramienta de Apoyo a la Decisión para la optimización de la operación de EDARs). La defensa de la tesis se celebrará el 21 de enero en la Facultad de Ciencias de la UdG.