Diseño y Optimización de Redes de Tratamiento de Agua Sustentables

Resumen

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales permiten eliminar algunos de los contaminantes presentes en el agua
para cumplir con las normas y regulaciones de calidad vigentes dependiendo de la disposición y/o reúso de las aguas residuales tratadas. Para contrarrestar los efectos de la contaminación del agua por causas antropogénicas, se propone implementar redes de plantas de tratamiento de aguas residuales (RPTAR) como una alternativa para mejorar la calidad del agua. Un diseño adecuado de las RPTAR es fundamental, así como su optimización, que en la actualidad debe centrarse en todas las dimensiones de sustentabilidad: económica, ambiental y social. Para alcanzar los objetivos mencionados, este trabajo busca desarrollar una metodología sistemática para el diseño óptimo de RPTAR. Esta
metodología se basa en la generación, evaluación y selección de configuraciones y tecnologías de tratamiento (físicas, químicas y/o biológicas), mediante el uso de una superestructura (que incluye todas las opciones de proceso) para identificar las diferentes etapas del tratamiento. La metodología consta de seis pasos: (1) Recolección de información/datos e identificación de cuellos de botella, (2) Generación de la superestructura, (3) Formulación del problema de optimización, (4) Definición del modelo, (5) Estrategia de solución, y (6) Análisis de resultados y selección de la configuración óptima. Se aborda el problema de diseño sustentable mediante la formulación y solución de problemas de optimización de programación no lineal (NLP) o programación mixta entera no lineal (MINLP), que involucran múltiples funciones objetivo que incluyen los tres aspectos de sustentabilidad: minimización del costo total, minimización del consumo de energía, y maximización de las aguas residuales reutilizadas. La programación matemática se implementó en el software GAMS utilizando el solucionador IPOPT. Estos diseños están sujetos al problema de toma de decisiones de criterios múltiples (MCDM), basado en el método M-TOPSIS, que permite la selección de una RPTAR sustentable óptima.