8/16/2019 Desarrollo de Modelos Ecológicos Para Carbono y Nitrógenoen Lagunas Facultativas Secundarias
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Introducción
Controlar la contaminación hídrica ocasionada por -
blemas ambientales como la generación de gases efectoinvernadero, GEI, la presencia de disruptores endocri-nos (Janex et al agua (Zimmo et al -que ecológico en el estudio de lagunas facultativas se- establecidas entre la estructura de este ecosistema y las -
delación puede explicar dichas relaciones, haciéndolo - -cedimientos matemáticos que analicen los fenómenos suceden en estos complejos ecosistemas; el modeladopuede integrar variables hidrodinámicas y cinéticas yes una herramienta con amplias posibilidades en elcampo del tratamiento de las aguas residuales (Zima etal et al et al et al -ner de modelos de LFS que conjuguen su ecología, in-corporen sus propiedades dinámicas, componentes y -queda de un ambiente sano con criterios de justicia am-
La abundancia y disponibilidad del carbono, C, y
nitrógeno, N, en la biósfera como constituyentes de lamateria orgánica, dependen de transformaciones bio- en un LFS, además regulan la productividad de los eco-
sistemas acuáticos y terrestres, pues posibilitan la exis-tencia de los productores primarios (Lampert y -ración de gases efecto invernadero desde LFS podríavalidar modelos ecológicos que plantean balances decompuestos orgánicos y nutrientes (Pepperell et al nitrógeno se siguen estudiando (Zimmo et al Shen et al -les son los más efectivos y cuáles son los predominan- importancia de desarrollar modelos ecológicos en LFS
Desarrollo
La investigación fue ejecutada en la Estación de Investi- La temperatura promedio es 23°C y la precipitación de las unidades piloto se realizó empleando la metodo-
-cando un análisis de incertidumbre (Von Sperling,
- -rológicas; también se tomaron muestras puntuales y
Abstract
Ecological models formulated for TOC, CO2 , NH 4+ , NO3
- and NTK, based in lit-
- -
K COT Ba , umax Ba , umax Al , K 1OX , V Al , R1DCH4 , YB -trogen model were K COT Ba , umax Ba , umax Al , V Al , K OPH , K OPA , r4An
4+
- -
Keywords:
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Figura 1. Ecosistema en una LFS. Fuente:Metcalf y Eddy (1995)
de mallas a L/3 y 2/L3
a L/3 y 2/L3
Talud X:Y
Volumen (m3
Área (m2
* Las diferencias responden a condiciones constructivas. Se admitieron diferencias menores a 5% en las variables TRH, Área y Carga aplicada** Corresponde al TRH teórico o nominal
Tabla 1. Características de las unidades piloto
midieron caudales en forma volumétrica a la entrada ya la salida y se realizaron pruebas físico-químicas de lasvariables de interés a todas las muestras recolectadas -vo información para la validación y calibración de los
La formulación de los modelos fue guiada por la
software Structural Thinking Experimental Learning Labora- Este software se ha utilizado para simular modelos eco- - expresiones de balance de materia para cada especiefueron la base para la formulación matemática de los
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Parámetro Lugar de medición
pH Potenciómetro In situ +
Temperatura °C Térmico In situ
Oxígeno disuelto mg/L Potenciómetro In situ
Potencial Redox mV Potenciómetro In situ
a μg/L Fluorometria Laboratorio
mg/L Digestión Laboratorio
mg/L Laboratorio
SST mg/L Gravimétrico Laboratorio
N/NH4+ mg/L Potenciómetro Laboratorio 3A
NTK mg/L Kjeldahl Laboratorio -org
N/NO3- mg/L Potenciómetro Laboratorio 3D
Alcalinidad mg/L
COT mg/L Laboratorio
Fuente: APHA-AWWA-WEF (2005)* Total y filtrada para las muestras compuestas** Solo se midió en muestras compuestas
- una variación con respecto al tiempo de las especies
donde:
Rc = r
r = transformación de la especie de interés en la LFS -3t-1 3Q = caudal (L3t-1[Ci]
-3[Ce
-3
-
cies de interés fue implementada en el software StellaSe construyeron sub modelos (Pereira et al
Tabla 2. Variables medidas en las unidades piloto
Figura 2.Esquema de unidades piloto y puntos de muestreo. Deabajo arriba, LBM, LC y LB
Entrada
Salida
L/3
0.33 B
2L/3
Entrada
P 1
P 2
L/3
L
2L/3
Salida
Entrada
P 1
P 2
P 1
P 2
L/3
0.33 B
Salida
B
2L/3
i i e e c
dt
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Definición
del
problema
Matriz
de
adyacencia
Diagrama
conceptual
Formulación matemática
del proceso
Transferencia
al
computador
y
verificación
Análisis de sensibilidad
Calibración
y
validación
Aplicación del modelo en
pronósticos
Validación
del
pronóstico
Observaciones
disponibles
Recolección de datos
adicionales
Análisis
de
submodelos
Mediciones con muy alta
frecuencia
Lluvia de ideas
Observaciones
Modelado
Gestión y
pronóstico
Figura 3. Esquema para construcción delos modelos ecológicos
- - software Stella fue utilizado en unequipo Toshiba Tecra, Procesador Intel Core™2 -
ticas empleadas para la formulación de los modelos; la La tabla 3 y 4 presentan los parámetros y valores em- reactor completamente mezclado -formación de estudios de trazadores realizados en la
- -pondiente con lo planteado por otros investigadores
se hallaron a partir de los contenidos de COT en las
Los valores de nitrógeno asociado a microalgas y bacterias se estimaron a partir de la literatura et al -
bakke et al -racciones entre las distintas especies de análisis de los
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Parámetro Rango Fuente
Y Relación sustrato y biomasa (bacterias
X g N m-3 Variable Experimental
u d (Kayombo et al Tchobanoglous et al COT Carbono orgánico Total g C m-3 Variable Experimental
K Constante saturación media para oxidación g C m
-3 (Kayombo et al Tchobanoglous et al
K Constante saturación media para O2 por g O2 m
-3 1 et al
KConstante saturación media para nitrógeno g N m
-3 (Henzen et al
T °C (Tortora et al Tx Temperatura para crecimiento bacterias °C ÍdemOpt (Kayombo et al K Constante media de velocidad para pH ÍdemKe m
-1 13 IS Langley d
-1 Experimental
D Profundidad para la intensidad de luz m ExperimentalIk Intensidad óptima Langley d
-1 et al XAl Concentración de biomasa algal g N m
-3 Experimental
u max Al d
Topt Al Temperatura óptima crecimiento microalgas °C Tx Al Temperatura máxima crecimiento Algas °C Í demCO2d Concentración de CO2 en el día g CO2 m
-3 Calibración Experimental
KCO2 AlConstante de saturación media CO2 tomadopor microalgas g CO2 m
-3 et al
KN AlConstante de saturación media paranitrógeno tomado por microalgas g N m
-3
Opt pHAl pH óptimo para crecimiento microalgas (Kayombo et al KpHAl Constante media de velocidad Í dem
K1OX Tasa de crecimiento d-1 (Reed et al
K1O2Constante saturación media para oxígenodisuelto en la respiración aerobia g O2 m
-3 (Tchobanoglous et al
Θ1Ox aerobia
V Al Velocidad sedimentación Algas m d-1
V m d-1
h Profundidad laguna m ExperimentalV Volumen laguna m3 ExperimentalKal et al K1D Constante de saturación media del CO2 d
-1 A Área laguna m2 Experimental
KO2 Constante de saturación media del O2 +
2
A-L Velocidad del viento sobre la laguna m s-1 Variable Experimental
L-A la laguna m s
-1 Variable Experimental
R Tasa difusión del bentos CO2 g C d-1
R Tasa difusión del bentos CH4 g C d-1 Calibración Experimental
V b Volumen del bentos m3 Calibración Experimental
R1DCH4Tasa volatilización CH4 desde la columnade agua g C d
Tabla 3. Parámetros modelos de Carbono
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Tabla 4. Parámetros modelos de Nitrógeno
Parámetros Rango FuenteKDen d
(Chao et al Den VAl Velocidad sedimentación algas m d
Ídem
V Velocidad sedimentación bacterias m d h Profundidad laguna m Experimental
KO2NConstante saturación media para el oxígeno en g O2 m
et al et al ,
K4NConstante saturación media para amonio en la g N m
uN Tasa crecimiento máximo nitrosomonas d et al
YN Factor crecimiento nitrosomonas Ídem
CpHFactor inhibición para crecimientonitrosomonas por pH Ídem
KODA d
ODA
KOPH Tasa velocidad hidrólisis NOP d
KOPA d
OPA ÍdemX Concentración biomasa bacterias g N/m
3 Variable Experimental
u Tasa crecimiento máximo bacterias d (Kayombo et al Tchobanoglous et al
COT Carbono orgánico total g C m Variable Experimental
K por bacterias g C m
(Kayombo et al Tchobanoglous et al K Constante saturación media O2 por bacterias g O2 m
1 et al
K Constante saturación media nitrógeno tomadopor bacterias g N m
(Henzen et al
T Temperatura óptima crecimiento bacterias °C (Tortora et al T Temperatura mínima crecimiento bacterias °C ÍdemOpt pH óptimo crecimiento bacterias (Kayombo et al K Constante media de velocidad ÍdemKe m
13 IS Langley d
Experimental
D Profundidad para la intensidad de luz m ExperimentalIk Intensidad óptima Langley d
et al XAl Concentración biomasa algal g N m
Variable Experimentalumáx Al Tasa crecimiento para microalgas d
Topt Al Temperatura óptima crecimiento microalgas °C TxAl Temperatura máxima crecimiento microalgas °C ÍdemCO2 Concentración CO2 g CO2 m
Variable Experimental
KCO2 AlConstante saturación media CO2 tomado pormicroalgas g CO2 m
et al
KNAlConstante saturación media nitrógeno tomadopor microalgas g N m
OptpHAl pH óptimo crecimiento microalgas (Kayombo et al KpHAl Constante media de velocidad Ídem
K4V líquida d
(Zimmo et al
NH4+ Concentración amonio libre en columna de
agua g N m
A Porcentaje NH4+ presente en columna de agua Variable
pk b Constante equilibrio disociación de NH4+
Ídem
T Calibración Experimental
V Volumen laguna m3 Experimental
r4An Tasa anammox g N m d (Van et al
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Variable COT CO2
NH4
+ NO
3
– NOP NOD
R1 Ran X X
R1 Rae X X
R1 Ras X
R1CA X X X
R1CB X X X X
R1CBA X X X
RDCH 4 Be X
RV 1S , ROPS X X
RD1CH 4 X
R Fo X
R DBe 2 X
R DA–L 2 X
R DL–A 2 X
R Alk 2 X
R A ROPA RODA X X X X
R4 N X X
R4 An X
R4V 4 X
R3 D X
ROPH X X
Tabla 5. Matriz de adyacencia
Tabla 6. Resumen de estadísticas descriptivas de entrada de agua a los sistemas. Muestras puntuales
Los diagramas conceptuales para los modelos de C y N,
Análisis y discusión
Variable Promedio SD CV n
-- -- -- 32
32
1,14 32
DQO TOTAL (mgL 32
SST (mgL 32
NITRATOS (NO3- 1,14 32
32
32
CLOROFILA a (μgL 32
COT (mgL 32
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Aponte-Reyes Alexander
Ingeniería Investigación y Tecnología,
volumen XV (número 3), julio-septiembre 2014: 437-456 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
+
COTAf 2
COTCinor
COTAfluente
+
NH4 3
Oxidación
No Biomasa
Dif Atm laguna
COTEf
Tasa Asim Al
+
Vol 2
+
NO3 2
fotosíntesis
UAl
+
CO2
K1al
+XAl 2
KHN
fNAl
fpHAl
fI
Opt pHAl
KpHAl
IK
IfTAl
u maxAl
Ke
d 2
ToptAl
TxAl
+
XBa 2
+
Is 2
Vol 3
difusión Bentos
CO2 Efluente
Sedimentación
+
O2 2
r1DK1D
uBa
Tasa Asim Ba
fN Ba
K4Ba
Ko2Ba
fpHBa
Opt pHBa
KpHBafTBa
ToptBa
TxBa
umaxBa
CO2sat
r1F
Q Af 2
Ko2
área
+
CO2 Af 2
CO2 Afluente
+
Corg Dr1ox
Q Ef 2 K1O2
O 1ox
+
Temp 5
Q Af
+
Temp 4
+
pH 2
Vol
+W 2
Condición 5
Vop Al
+
Temp 3
Tasa Difusión
Q Ef
+
d 3
VAl
+
XAl COP
Vop Ba
VBa+
XBa COP
+
Vol 4
Creci Bac He
Tasa Asim Ba He
YBh+
Tasa Asim Ba 2
+
O2 3
Ka
+
Tasa Asim Al 2
+
Temp 2
+ XAl 3
K1oxr1D 2 K1D 2
+Vol 5
CH4
Tasa CH4
Bact Anaerobicas
Alcalinidad
CO2sat 2
Dif Laguna Atm+
CO2 2
Ko2 2
+
NH4 2
área 2
+
Temp 6
Condición 4
CH4 Bentos
+
CO2 3
Tasa Asim B Ana
Biomasa Bentos
Bentos
Vol 6
+
W 3
KCOTBa
+Corg
Figura 4. Diagrama conceptual modelocarbono
Nodisu Afluente
+XAl
NoDisuelto
Noparticulado
Amonif NOD
+
NO3
Noparti Afluente
r4V
NoBiomasa
Nodisueltoefluente
Noparti efluente
TasaAsim Al
+
NH4
Sedimentación
Amonif N OP
UAl
+
CO2
K1al
+ pH
KHN
fNAl
fpHAl
fI
Opt pHAl
KpHAl
IK
I
fTAl
umaxAl
Ke
d 2
+
Is
ToptAl
TxAl
+
Temp
Volu
+
N H 4 3
+
XBa
+
Temp 4
+
O22
Bentos
uBa
TasaAsim Ba
N
K4Ba
Ko2Ba
fpHBa
Opt pHBa
KpHBa fTBa
ToptBa
TxBa
umaxBa
Tasaamobentos
VolBentos
DensidadBentos
NOPNH4
NOPNO3
K4v
Aflu
+Volu4
VopAl
d 3
VAl
+
XAlNOP2
VopBa
O ODA
VBa
rOPH
+
NOP
+
XBaNOP2
KopH
Hidrólisis
Eflu
+Volu3
+
NOPAf lu
+
Aflu 2
+
NOD Aflu
Ef lu2
KODA
rODA
+
Temp 7
NH4laguna
rOPA
+
NOP 2 O pA
KOPA
Annamox
NH4Af luente
+
NH4Af
+
Aflu 3
+
Temp 2
+
Temp5
+ pH 2
NH4Efluente
+
Ef lu3
Nitrificación
NO3Efluente
r4N
un
Yn
KO2N
K4N
CT
CPH
+
O23
Asimi Biomasa NH4
+
TasaAsim Ba2
PN
+
N H 4 2
+
NO32 +
KHN 2
+
TasaAsim Al2
NO3Laguna
+
Ef lu4
Denitrificación
r3D
O den
Kden+
Temp6
NO3Afluente
+
Volu6
+
NO3Af
+
Aflu 4
Asimi Biomasa NO3
KCOTBa
+
COT
+
Ef NOT
$
pKb
Volatilización d 4+
Volu5
Figura 5. Diagrama conceptual modelonitrógeno
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Las siguientes tablas ilustran las diferencias encon- -cas fueron adelantadas usando el software SPSS
Tabla 7. Prueba Salida pilotos. Muestras puntualesVariable DQO T
SST NO3
- NTK NH4
+
COT
Se realizaron pruebas de normalidad para los datos y se -ron pruebas para establecer diferencias en tér-minos de gradientes horizontales y verticales (tablas
Tabla 8. Estadísticas descriptivas Salida pilotos. Muestraspuntuales
Variable ((mgL-1 Estadígrafo C
DQO Total
SD n
SST
SD n
Nitratos (NO3-
SD n
Nitrógeno total
SD n
Nitrógenoamoniacal (NH4
+
SD n
SD n
COT
SD n
Lo anterior indica que existieron condiciones distintasde transformación de C y N en las unidades teniendo - que la transformación de los compuestos de C y N estáligado a la fotosíntesis; esta aseveración coincide con -
-
partimentación de los procesos, como lo encontrado en indican tendencia a Flujo Pistón, (Shilton y Harrison, et al
Verificación de los modelos de Carbono y Nitrógenoen LC
de los parámetros la prueba era positiva estimaciones y los valores de campo fueron inferiores a
del modelo dieron respuesta a que las pruebas -da para todas las variables en estudio resultaran en la -
- software Stella
-
La tabla 12 presenta los resultados obtenidos en el
-can que los datos se distribuyeron de forma normal y que los promedios de las diferencias entre los valoressimulados y los valores medidos para las variables CO2 ,COT y NTK variables NH4
+ y NO3- , se consideró que los modelos
-lidad y calibración permitirían ajustar los modelos paralas variables CO2 , NO3
- , NH4+ y NTK; solo se presenta el
ejercicio para COT y NH4+
Se hicieron ajustes al modelo de nitrógeno, pues losvalores obtenidos para NH4 no fueron satisfactorios y
- -lo las formas de nitrógeno particulado con las de NH4
yNO3
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Tabla 9. Comparación entre puntos internos y entre salida LBM. Pruebas n
DQO Total 24 NO NOSST Total 24 NO NO
NO3- NO NO
NTK Total NO NONH4
+ Total 21 SÍ SÍ OD 24 SÍ SÍ
SÍ SÍ COT SÍ NO
G.V., Gradiente Vertical; G.H. Gradiente Horizontal
Tabla 10. Comparación entre puntos internos y entre salida LC – Pruebas n
DQO Total NO NOSST Total NO NO
NO3- NO NONTK Total NO NONH4
+ Total 21 SÍ SÍ OD 24 SÍ SÍ
NO NO
COT SÍ SÍ G.V., Gradiente Vertical; G.H. Gradiente Horizontal
Tabla 11. Datos de entrada, verificación de modelos de carbono y nitrógeno
CO2 COT NO3 NH4+ NOD NOP
gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 m3/día m3/día
Tabla 12. Resultados de verificación
n CO2 COT 3- NTK 4
+
gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3
1 2 1 2 1 2 1 2 1 21 2 3 4 11 12
Promedio Error
1: Medido2: Simulado
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Tabla 15. Parámetros para AS
KCOT Ba
K CO2 Al
K 1OX
VAl
R DBe
2
R 1DCH4
4
K OPH
K OPA
r 4An
Y
Los modelos se corrieron empleando los valores pro-medio de los datos de entrada utilizados durante la eta- -
4
+ tuvo una relación inversa con NO3
con diferencias su-
Tabla 16. Datos de entrada para AS
CO2 COT NO3= NTK NH4
+ NOT NOD NOP
gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3 gr/m3
Promedio
NO3
y NH4 -
efectuó el AS para los parámetros de interés y se rela-
cionaron con base en las relaciones halladas entre ellosy las especies, así como lo encontrado en la etapa de
Tabla 17. Resultados AS – Variables
CO2 COT NO3= NTK NH4
+
Caudal salida (m3 d-1
Oxígeno mínimo en LC (mg L -1
21222324
-2
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Tabla 18. Resultados AS–Parámetros
ParámetrosEspecies
CO2 COT NO3= NTK NH4
+
KCOT Ba
40
0
D
0
D
D
u 2
5
0
I
D
I
I
umax Al
I
D
0
I
I
KCO2 Al
– K1Al
1
0
0
0
0
K1OX
0.1
D
I
VAl
0.4
1
0
I
0
I
I
RDBe
– RCO2Be
0.09
0
ÍdemÍdemÍdemÍdem
0
ÍdemÍdemÍdemÍdem
R1DCH4
162.756
0
I
YBh
0
D
KOPH
0.0581
0
D
D
KOPA
0.03
0
D
D
r4An
0.000352
0
0
0
0: efecto nulo, D: relación directa, I: relación inversa
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El modelo de C resultó sensible a: K , u , umax Al ,K1OX , VAl , R1DCH4 h max Al y K1OX 2
= -tó sensible a: K , u , umax Al , VAl , KOPH , KOPA , r4AnEn ambos modelos la radiación solar, afectó sensible-
Calibración
- de CO2
= correspondiente al promedio de los datos de
Tabla 19. Calibración de parámetros modelos C y N
Parámetro u 4 umax Al K1OX VAl
R1DCH4 Y
Radiación KOPH KOPA r4An
K
Los resultados de la calibración se probaron con una
prueba , relacionando los datos de campo y los
Tabla 20. Prueba . Datos campo - Datos simulados.Calibración LC
Par 1 NH4Campo - NH4Sim Par 2 COTCampo - COTSim
Los valores arrojados por los modelos para las espe-cies NH4
+ y COT no presentaron diferencias con los
de campo solo se encontraron diferencias en el caso dela especie NH4+ entre las unidades piloto evaluadas LC
-cias, por lo anterior se procedió a calibrar los modelos -gico, volumen y profundidad; adicionalmente; se de- Al
, losresultados de las pruebas estadísticas fueron similares
unidad piloto, pues una tasa de menor producción demicroalgas corresponde a la menor liberación de ma- 4
+ se
Al y r4An
Tabla 21. Prueba . Datos campo - Datos simulados.Calibración LBM
Par 1 NH4Campo - NH4Sim
Par 2 COTCampo - COTSim
Al igual que para el caso de la LC los modelos arrojaronresultados satisfactorios para COT y NH4
+
AS demostró que existen variables que le dan caracte-rísticas redundantes al modelo, la selección de una uotra variable o parámetro hace que el modelo pueda serafectado de igual forma por distintas vías; las etapas desensibilidad y calibración pudieron reducir las suposi-ciones que otras experiencias de modelado ecológico - necesario llevar a cabo ajustes y validación del compo-nente de bentos de los modelos para corroborar el pa-pel que juega, pues funciona de manera independientede la columna de agua (Roy et al todas las etapas de construcción del modelo fueron de-
terminantes para darle validez al ejercicio (Legendre y como radiación solar se evidencia por otros autores et al
Conclusiones
La información que se obtuvo durante la investigación -lidación y calibración de dos modelos topológicos de -
vas en la transformación de las sustancias de interésSST y NH4+ -
delos ecológicos arrojaron resultados satisfactorios enla simulación de las variables de interés y lo medido encampo y contrastado con otras propuestas de modela-do de LFS; su implementación sobre una plataformahidrodinámica permitiría contar con una herramienta
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APÉNDICE 1
Expresiones matemáticas de los modelos ecológicos para las formas de Carbono y NitrógenoCarbono orgánico
de CH4 4 desde la columna
Expresión Expresión matemática extendida Fuente
CAf Carbono orgánico total Dato de campo
CEf Carbono orgánico total
Dato de campo
R1Ran Tasa consumo de carbonoorgánico por anaerobiosis (Picot et al
R1Rae Tasa consumo de carbono
orgánico aerobiosis
R1RasTasa consumo carbonoorgánico asimilación
R1CA Tasa producción de carbono
orgánico en microalgas
(Jorgensen y
R1CBTasa producción de carbono
orgánico por aerobiosis
RBBeTasa producción de carbono
orgánico por anaerobiosis Calibración
RDCH 4BeTasa transferencia de metano
desde el bentos V b=Densidad Bentos * Bentos, rCH4Be Calibración
RV 1S Tasa sedimentación de
biomasa (Senzia et al
RD1CH 4 Tasa volatilización metano Dato de campo
de LFS promoviendo eliminación de C y N a distintos conveniente llevar a cabo el modelado bajo propuestas
modelado permite explorar las variables y parámetrosque dan redundancia a estos sistemas y facilitan de esa
Agradecimientos
El autor agradece al Departamento Administrativo deCiencia, Tecnología e Innovación, Colciencias, Colom-
-
Af Af Q COT
EfEf Q COT
1RanV r
1V r
1CAV r
b BBeV r
4b CH BeV r
1 1 Al BaV V
1 2 1Ran co Raer COT X r
2
21 1 1
1 2
T Rae ox Ox
O
Or K COD
K O
1 CA BAl Al Al maxAL Al Al Al r µ µ X µ f N f I f T f pH
33 2
4 2
4 2 Al NAl CO Al K
NH NO CO I f N f I
K NH NO K CO I
, eK I
k DI
se I I e
2
T ToptAl
TxAl ToptAl
OptpHAl pH
KpHAl f T e f pH
KpHAl
2
1
2
4 2 2
3 ( ,
4 ,
4
1 1
CB B B Ba maxBa Ba Ba Ba Ba
T ToptBa
TxBa ToptBa
Ba Ba
ba O Ba COTBa
pHBa
Ba Opt pHBa pH
pH
r µ µ X µ f NO f T f O f NH
ONH COT f NO f T e
K NH k O k COT
K f pH
K Ba
b BBe
V DensidadBentos Bentos r
1 1 Al Al Ba Ba
Al Al Ba Ba
V V V V V X COP V X COP
h h h h
1 Ba
maxBa Ba Ba Ba
Bha
X r µ f N f T f pH
Y
2
4 2 2
4
4
Ba Ba
ba O Ba COTBa
ONH COT f N f T e
K NH k O k COT
pHBa
Ba Opt pHBa pH
pH
K f pH
K Ba
2
,T ToptBa
TxBa ToptBae
1RaeV r
1CBV r
Af Ef 1 1 1 1 1 1 4 1 1 4
Org
Ran Rae Ras CA CB CBA BBE BCH S CH
C C C R R R R R R R RD RV RD
dt
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453
Carbono inorgánico
2 2 desde la columna+ transferencia de CO2 2 a carbonatos
1 1
Inor Af Ef Rae Ran Fo DBe DL A DA L Alk
C CI CI R R R R R R Rdt
Expresiónresumida Expresión matemática extendida Fuente
CI Af Carbono inorgánico
Q Af * CO2 Af Dato de campo
CI Ef Carbono inorgánico
Q Af * CO2Ef Dato de campo
R1Ran Respiración anaerobia V r1Ran r1Ran = COT co2 r1Rae (Picot et al
R1Rae Respiración aerobia V r1Rae
RFO Fotosíntesis V r2F r2F = μ Al X Al * K al
RDBeLiberación desde el
bentos CO2V b rCO2Be V b = Densidad Bentos * Bentos, rCO2Be , Calibración
RDATransferencia
de agua CO2
V r
CO2S T
R ATransferencia columna
CO2
V r Ídem Ídem
R Transformación CO2 a
carbonatos V r2Alk r2 = CO2 (Picot et al
Nitrógeno amoniacal
NH4+
44 4 4 4 4 4
Af Ef A C N An V
NNH NH R R R R R
dt
Expresión resumida Expresión matemática extendida Fuente
NH 4 Af Nitrógeno amoniacal
Q Af * NH 4 Af
NH 4Ef Nitrógeno amoniacal
QEf * NH 4Ef
R A
orgánico particuladoydisuelto
V (rOPA + rODA+ V B r AB
rOPA OPA OPA(T- * OP, rODA ODA ODA
(T-20 * OD
R4N V r4N et al
R4CAsimilación amoniopara crecimiento de
biomasaV (r1CB + r1CAl + r1CBA
R4 An Annamox V r4 An 3 (Van Hulle et al
R4V Volatilización V r4V r4V = K 4v * NH 3 (Zimmo et al
2
21 1 1
1 2
T Rae ox Ox
O
Or K COD
K O
2 1 2 2 1 2
2
12 44(
44 32
241
,DA L D s d D o
T
O A L A L A L
Ar K CO CO K K
V
K W W W
2
2 4
42 4 4 ,
N
N pH T N O N N
O NH
r C C Y K O NH K
4 , 1T T
pH T N C pH C e K
3 4 3
NAl
opCB Al Ba
NAl
K r µ µ
NO NH K NO
3
4 44 3
NAl NAl
NOPN NH NH
K NH K NO
4
CB opCBr PN r
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454
Nitrógeno de nitratos
NO3-
Expresión resumida Expresión matemática extendida Fuente
NO3 Af Nitrógeno nitratos
Q Af * NO3 Af
NO34Ef Nitrógeno nitratos
QEf * NO3Ef
R4N V r4N
R3D (V r3D r3D Den(T- K Den * NO3 et al
R3CBAsimilación nitratopara crecimiento de
biomasa
(V r3CB r3CB = PN r1 Al + r1CB (Senzia et al
Nitrógeno orgánico particulado
Expresión resumida Expresión matemática extendida Fuente
NOP Af Nitrógeno
Q Af * NOP Af
NOPEf Nitrógeno
QEf * NOPEf
ROPCBTasa de
producción de biomasa
V (r1 Al + r1CB + r1CB A
ROPH
Hidrólisisnitrógenoorgánico
particuladoV rOPH rOPH = K OPH * NOP
(Qitao y
ROPA
nitrógenoorgánico
particulado
V rOPA + T AmoBen rOPA = K OPA OPA(T - * NOP
(Jorgensen y
ROPS
Sedimentaciónnitrógenoorgánico
particuladoV OPS V + V OPBac (Senzia et al Al BaOPAl OPBac
V V V NOP V NOP
h h
3
NO= NO3 + R - NO3 - R - R
t
NOP
t = NOP +R NOP R R R
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Nitrógeno orgánico disuelto
Expresión resumida Expresión matemática extendida Fuente
NOD Af Nitrógeno orgánico
Q Af * NOD Af
NODEf Nitrógeno orgánico
QEf * NODEf
ROPH Hidrólisis nitrógenoorgánico particulado V rOPH
RODA
orgánico disuelto V rNOD(Jorgensen y
Referencias
- Ecological En-
gineering et al
-
and Wastewater
,
-tes
Jour-
-mico en lagunas facultativas secundarias para el tratamiento de
aguas residuales domésticas -
- ,
et al ,
Ecological Simulation of Aquatic Environments ,
-trogen, Oxygen, Sulfur and Phosphorus in Native Aquatic
Teoría de la sedimentación
de nitrógeno en lagunas facultativas secundarias utilizadas en el
tratamiento de aguas residuales municipales,
- Journal WPCF , volu-
, volumen 41,
et al
et al Water Re-
Isse-Systems: Stella Technical Documentation, en: edited by,
- -
et al - , volumen 43,
, in
and Estuaries
-lling,
et al
et al - - , volumen
Streams
Af OPH Ef ODA
NODNOD R NOD R
t
T
NOD ODA ODA
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