Tesi doctoral de Carla Vázquez Gómara: "Development of an integrated CFD and biokinetic model of a full-scale oxidation ditch: A case study of La Almunia WWTP". Dirigida pel Dr. Jesús Colprim Galceran i la Dra. María del Mar Micó Reche.
Les estacions depuradores d’aigües residuals afronten
actualment una pressió creixent en termes reguladors i energètics. Els nous
límits europeus de nitrogen, fòsfor i microcontaminants exigeixen un rendiment
de depuració més elevat, alhora que es busca reduir el consum energètic.
Aquestes demandes posen de manifest un repte persistent: tot i dècades de
modelització, moltes eines continuen representant els reactors com si fossin
tancs perfectament barrejats. A escala real, però, els reactors presenten patrons
de circulació complexos, gradients d’oxigen i zones amb activitat biològica
molt diferent. Sense entendre aquestes heterogeneïtats internes, és difícil
optimitzar l’operació o reduir el consum d’aireació i mescla, que continuen
sent les parts més intensives en energia del procés.
Aquesta tesi aborda aquesta necessitat mitjançant
l’aplicació detallada de la Dinàmica de Fluids Computacional (CFD)
combinada amb els Models de Fangs Actius (ASM) a escala real, mostrant
com aquesta integració pot revelar el comportament hidrodinàmic i biològic dels
reactors en funcionament. El treball se centra en un canal d’oxidació a escala
real a l’EDAR de La Almunia (Saragossa), i en la construcció del model es va
posar especial atenció a aconseguir un equilibri entre la precisió (capturant
els detalls geomètrics i operatius més rellevants) i el cost computacional, per
tal de desenvolupar una eina pràctica aplicable a casos reals.
El model hidrodinàmic validat va reproduir les principals
característiques del fluxobservats
in situ, com ara les velocitats més elevades al canal exterior i la presència
de zones de recirculació i de baixa velocitat. Aquest coneixement es va
utilitzar per avaluar diferents configuracions dels agitadors. Els resultats
van mostrar que la potència total de mescla es podia reduir aproximadament un
30% sense superar els límits habitualment acceptats per al volum de zones de
baixa velocitat, fet que indica un potencial estalvi energètic sense
comprometre l’estabilitat del procés.
En l’última part del treball, el model biocinètic ASM2d
es va integrar dins de l’entorn CFD per simular l’evolució de l’oxigen i dels
principals contaminants al llarg del reactor. El model va revelar gradients
espacials que els models convencionals no capturen, incloent-hi la coexistència
de zones aeròbies i anòxiques durant l’aireació. L’estudi també va avaluar la
representativitat de la sonda d’oxigen dissolt de la planta i va trobar que la
ubicació actual tendeix a sobreestimar lleugerament la concentració mitjana
d’oxigen de la zona airejada. Es van detectar punts propers amb diferències de
fins a 1 mg/L, una desviació significativa que pot influir en el control del
procés i que reforça la importància d’escollir adequadament la posició de la
sonda.
En conjunt, la tesi demostra com la modelització
integrada CFD–ASM2d a escala real pot millorar la comprensió del procés,
identificar limitacions de mescla i transferència, i donar suport a decisions
operatives més eficients energèticament. Aquest treball s’ha dut a terme com a
doctorat industrial amb ACCIONA i el grup de recerca LEQUIA (Universitat de
Girona), en el marc del projecte HADES (Herramienta de Apoyo a la Decisión para
la optimización de la operación de EDARs; referència CPP2021-009097, DI 068).
Lectura de la tesi: 21/01/2026 a l'Aula Magna de la Facultat de Ciències (informació extreta de l’Agenda activitats de la web Escola de Doctorat).