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Una tesis doctoral llevada a cabo por Carla Vázquez Gómara, en la que colaboran la empresa Acciona y el grupo de investigación Lequia de la Universitat de Girona, combina la dinámica de fluidos computacional con los modelos de fangos activos en la modelización de las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDAR). La investigación se produce a escala real en la EDAR La Almunia de Zaragoza.
Las EDAR se enfrentan a una presión creciente en términos regulatorios y energéticos. Los nuevos límites europeos de nitrógeno, fósforo y microcontaminantes exigen un rendimiento de depuración más alto, persiguiendo a la vez la reducción del consumo de energía. Estas demandas manifiestan un reto persistente: a pesar de décadas de modelización, muchas herramientas continúan representando los reactores como si fueran tanques perfectamente mezclados. A escala real, sin embargo, los reactores presentan patrones de circulación complejos, gradientes de oxígeno y zonas con actividad biológica muy distinta. Sin comprender estas heterogeneidades internas, es difícil optimizar o reducir el consumo de aeración y mezcla, que continúan siendo las partes más intensivas en energía del proceso.
La tesis doctoral de Carla Vázquez Gómara aborda esta necesidad mediante la aplicación detallada de
la dinámica de fluidos computacional (CFD por sus sigles en inglés) combinada con los modelos de fangos activos (ASM, por sus sigles en imgés) a escala real, mostrando cómo esta integración puede revelar el comportamiento hidrodinámico y biológico de los reactores en funcionamiento. El trabajo se centra en un reactor de tipo carrusel a escala real en la EDAR de La Almunia (Zaragoza). En la construcción del modelo se puso especial atención en conseguir un equilibrio entre la precisión (capturando los detalles geométricos y operativos más relevantes) y el coste computacional, con el fin de desarrollar una herramienta práctica aplicable a casos reales.
El modelo hidrodinámico validado reprodujo las principales características del flujo observadas in situ, como las velocidades más elevadas en el canal exterior, la presencia de zonas de alta turbulencia y regiones de baja velocidad. Este conocimiento se utilizó para evaluar distintas configuraciones de los aceleradores de flujo. Los resultados mostraron que la potencia total de los vehiculadores se podía reducir alrededor de un 30% sin comprometer el grado de mezcla, lo cual indica un potencial de ahorro energético sin comprometer el rendimiento del proceso.
En la última parte 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. El modelo reveló gradientes espaciales que los modelos convencionales no consideran, incluyendo la coexistencia de zonas aerobias y anóxicas durante el tiempo de aeración. El estudio también evaluó la representatividad de la medida de la sonda de oxígeno disuelto dependiendo de la localización de la misma en el reactor. Se pudo concluir que la ubicación actual provoca que la medida sobreestime ligeramente la concentración media de oxígeno de la zona aireada. Se detectaron puntos cercanos con diferencias de hasta 1 mg/L, una desviación significativa que puede influir en el control del proceso y que refuerza la importancia de escoger de forma adecuada la posición de la sonda.
En conjunto, la tesis demuestra cómo la modelización integrada CFD-ASM2d a escala real puede mejorar la comprensión del proceso de tratamiento de aguas residuales, identificar limitaciones de mezcla y transferencia, y dar apoyo a decisiones operativas más eficientes energéticamente. Este trabajo se ha llevado a cabo como un doctorado industrial mediante la colaboración entre Acciona y el grupo de investigación Lequia de la Universitat de Girona en el marco del proyecto Hades.
