SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DEL PROCESO GLOBAL DE BIOTRANSFORMACIÓN DE FENOL EN AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE REFINERÍAS DE PETRÓLEO

Abstract

RESUMEN

El presente trabajo consiste en el planteamiento y desarrollo de un modelo matemático del proceso en continuo de biodegradación de fenol que toma parte en el tratamiento de aguas residuales industriales de las principales refinerías de la empresa ECOPETROL. El agua residual con compuestos fenólicos provenientes de los diferentes efluentes de procesos, es sometida a un proceso de tratamiento biológico utilizando un consorcio bacteriano altamente especializado.  

En una primera fase se evaluaron cada una de las variables del bio-proceso y se planteó un modelo matemático global que describe el proceso a partir de las variables más importantes involucradas en el sistema de biodegradación del fenol. Para la cinética de crecimiento celular se utilizó la ecuación de Haldane, se determinaron los parámetros cinéticos a partir de pruebas experimentales a escala laboratorio y piloto y se evaluaron los efectos de condiciones de pH, suministro de oxígeno y componentes inhibitorios del bio-proceso. 

En el presente trabajo, el conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias simultáneas obtenidas a partir del planteamiento del modelo matemático, fue resuelto mediante un método numérico (Runge-Kutta de cuarto orden) utilizando Matlab 6.5. El desarrollo del modelo matemático y el diseño y puesta en marcha de una aplicación software, como herramienta metodológica, logró a partir de las interacciones virtuales con el bio-proceso, una mayor comprensión del sistema de biotransformación de fenol y la identificación de sus variables más relevantes. 

Palabras clave: Aguas residuales industriales, tratamiento biológico, modelo matemático y simulación. 

ABSTRACT

The present work is to approach and develop a mathematical model of the continuous process of biodegradation of phenol which takes part in the treatment of industrial waste water of the main refineries of the company ECOPETROL. The waste water with phenolic compounds derived from the effluents of different processes, is undergoing a process of biological treatment using a highly specialized bacterial consortium. 

In a first phase evaluated each of the variables in the bio-process and posed a mathematical model that describes the overall process from the most important variables involved in the biodegradation of phenol. For the kinetics of cell growth using the equation of Haldane, the kinetic parameters were determined from experimental tests on laboratory scale and pilot and assessed the effects of pH conditions, oxygen supply and inhibitory components of the bio-process. 

In this work, the set of ordinary differential equations simultaneously obtained from the approach of the mathematical model was solved using a numerical method (Runge-Kutta fourth-order) using Matlab 6.5. The development of the mathematical model and the design and implementation of a software application, such as methodological tool, managed from virtual interactions with the bio-process, a greater understanding of the biotransformation of phenol and identification of its variables relevant.

Keywords: industrial waste water, biological, mathematical modeling and simulation.