Defensa de tesi doctoral “Development of an integrated CFD and biokinetic model of a full-scale oxidation ditch: a case study of La Almunia WWTP”, de Carla Vázquez Gómara

Les estacions depuradores d’aigües residuals urbanes (EDARs) afronten una pressió creixent en termes regulatoris 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’aeració i mescla, que continuen sent les parts més intensives en energia del procés.

La tesi de Carla Vázquez aborda aquesta necessitat mitjançant l’aplicació detallada de la Dinàmica de Fluids Computacional (en anglès, Computational Fluids Dynamics o CFD) combinada amb els Models de Fangs Actius (Activated Sludge Models o 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). 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 flux observades 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’aeració. 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 de tractament d’aigües residuals, 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; referències CPP2021-009097, DI 068). La tesi ha estat dirigida pel Dr. Jesús Colprim (LEQUIA-UdG) i la Dra. Maria del Mar Micó (ACCIONA).

La defensa, que és pública, se celebrarà el dimecres 21 de gener a les 10:30h, a la Facultat de Ciències de la UdG (carrer Mª Aurèlia Capmany 61, Campus Montilivi, 17003 Girona).