Resumen:
En las últimas tres décadas se han realizado numerosos estudios acerca del control y manejo de los procesos biológicos. A este respecto, los primeros resultados significativos aparecieron con la formalización matemática de los fenómenos biológicos, particularmente en lo referente a la formulación de la expresión de tasas de crecimiento y decaimiento específico, de tales bioprocesos (Harmand, 2004).
Actualmente con el desarrollo en el conocimiento del cálculo y los algoritmos disponibles en paquetes de computo se ha permitido la aplicación de la simulación numérica para la optimización en la generación y control de sistemas, permitiendo así el desarrollo de la modelación como una disciplina (ibidem).
Desgraciadamente en lo que respecta al tratamiento de las aguas residuales los diferentes modelos existentes no utilizan los mismos conceptos, los protocolos de identificación de sus parámetros no son estándar y sobre todo sus dominios de validez resultan extremadamente restringidos (ibidem).
Si bien se puede decir que sus teorías y prácticas han cambiado radicalmente en los últimos años, lo que ha evitado su aplicación principalmente en problemas de tipo industrial (aguas residuales industriales) (Fall, 2005).
Un ejemplo claro de dicho aspecto, es que en los modelos más destacados de diseño y operación de bioprocesos para el tratamiento de aguas residuales como el de Mc Carty y Lawrence obvian, generalizan o suponen varios aspectos y valores de parámetros de suma importancia que permiten llevar a cabo una buena predicción en el comportamiento dinámico de los procesos o sistemas, además de no determinar con exactitud la demanda de oxígeno y la producción de lodos para el uso de estos modelos, lo que ha hecho calificarlos como simples y empíricos. Debido a lo anterior, dichos modelos están siendo reemplazados por modelos más sofisticados que permiten entender de manera más detallada los complejos sistemas biológicos (ibidem).
Por su parte, el Activated Sludge Model 1 (ASM1), desarrollado 1987 por el internacional “Task group” creado por la Asociación Internacional de la Calidad del Agua (IAWQ), hoy en día Asociación Internacional del Agua (IWA), es uno de los modelos más innovadores y más aplicados que han dando pauta a un estudio detallado en los sistemas de tratamiento de aguas residuales por lodos activados, al relacionar procesos y componentes implicados, al permitir predecir y comprender de manera real la degradación de la materia orgánica, nitrificación y desnitrificación en los sistemas de lodos activados (Anderson, J. S., et. al., 2000).
Uno de los logros más destacados del grupo fue la integración de los procesos biológicos del modelo y la estandarización de los símbolos, todo esto, mediante la presentación del modelo utilizando una notación matricial, la propuesta de valores de “default” de algunos de los parámetros del modelo, la adopción de la DQO y su fraccionamiento para caracterizar las aguas y lodos, y un código de programación para el desarrollo futuro de software de modelación. La última acción propulsó la existencia actual de varios softwares y programas que tienen implementado en su seno, los conceptos del ASM1 original o algunas de sus modificaciones para fines de diseño, operación de plantas o investigación (Fall y Chávez, 2005).
A partir de la creación del ASM1 se han desarrollado otras generaciones de modelos de la IWA que contemplan además de los establecido en el ASM1, la respiración endógena (ASM3) y la remoción biológica del fósforo (ASM2 y ASM2d) (Anderson, J. S., et. al., 2000).
Para su aplicación es necesario realizar estudios previos como la caracterización de las aguas residuales en base al fraccionamiento de la DQO así como la evaluación de la variación de la carga orgánica en términos de dichas fracciones.
Sin duda con la creación de estos modelos se ha logrado simular dinámicamente los sistemas de tratamiento de lodos activados así como una mayor exactitud de las predicciones y diseño de los mismos.