Planificación de Procesos Biológicos en Ingeniería Ambiental (2021)

Balances de materia y energía en transformaciones biológicas.  Cinética de crecimiento y biodegradación. Reactores aeróbicos con biomasa suspendida (sistemas de barros activados, nitrificación, denitrificación, lagunas de oxidación).  Reactores anaeróbicos con biomasa suspendida (digestión anaeróbica, sistemas sulfato reductores).  Sistemas con biomasa soportada (transporte y cinética en sistemas peliculares, filtros percoladores, biorrotores, filtros anaeróbicos, reactores de lecho fluidizado aeróbicos y anaeróbicos).  Sistemas de tratamiento avanzado de efluentes (remoción de fósforo, control de nitrógeno y carbono).

Capacitar al alumno para realizar estudios, diseñar y/o adoptar equipos, proyectar, dirigir y supervisar la construcción, operación y mantenimiento de plantas para tratamientos de efluentes industriales y domésticos, en especial aquellos en que participan procesos y/o sistemas de carácter biológico

Como establece el plan de estudio de la carrera, los conocimientos específicos previos son tener aprobados los primeros cinco cuatrimestres de la carrera.

Los conocimientos se imparten en clases teoricas expositivas, en las que se fomenta la 
interaccion con los alumnos. Para consolidar y aplicar esos conocimientos, los estudiantes 
disponen de guías de ejercicios y problemas, algunos de los cuales son "abiertos", con nivel 
de dificultad creciente a medida que se avanza en el curso. Los últimos problemas de cada 
guia son tomados de parciales o examenes tomados en periodos anteriores. Problemas 
seleccionados de las guias son resueltos en talleres, bajo la supervision de los profesores del curso.
Tambien se desarrollan 5 trabajos practicos en los que los estudiantes tienen una 
participacion activa, distribuidos en comisiones. En esas actividades los alumnos adquieren 
destrezas en las tecnicas analiticas asociadas a la medicion de variables de interes para el 
seguimiento de ensayos directamente relacionados con los objetivos del curso.
La capacidad de resolucion de problemas concretos y de diseño va "in crescendo" a medida 
que el curso progresa y que el estudiante va consolidando los fundamentos.
Entre otras actividades a desarrollar por los estudiantes, se destaca el trabajo con un 
material didactico preparado ad hoc, consistente en proponer soluciones a los problemas 
que se le presentan a un "ingeniero virtual" a cargo de una planta de tratamiento de 
efluentes.
Tambien se fomenta en los alumnos la busqueda bibliografica y se los 
expone a los resultados de trabajos de investigacion que llevan a cabo los integrantes de la 
catedra. Hacia el final del curso, se llevan a cabo presentaciones grupales de situaciones de casos, donde el grupo expositor
debe defender su alternativa frente a los demas estudiantes, fomentando la autoevaluación por pares.
Por último, se realiza un introduccion teórica y práctica al funcionamiento de un software de 
modelado de procesos biológicos adquirido por la FICH, aplicándolo al diseño y simulación de 
un caso de estudio

Presentación del curso. Concertación de horarios de consulta. Recolección de e-mail de los alumnos. Exposición de las condiciones para regularizar/promocionar. Opción por escrito. Plataforma del curso. Introducción. Los procesos biológicos. Fundamentos. Su ubicación en una planta de tratamiento. El Ing. Ambiental y las Aguas Residuales (AR). Características físicas, químicas y biológicas de las AR.

Principales parámetros de las AR. Sólidos totales, suspendidos, volátiles, demanda química y biológica de oxígeno, etc. Determinación de esos parámetros en laboratorio. Valores típicos según el origen de las AR. Tipos de microorganismos en tratamientos biológicos. Su rol. Su clasificación según el tipo de metabolismo.

Los microorganismos como sistemas reaccionantes. Balances elementales en transformaciones biológicas. Estequiometría del crecimiento celular, consumo de sustrato y formación de productos. Distribución de sustrato en asimilación, energía de crecimiento y de mantenimiento. Fases del crecimiento celular. Rendimientos. Nutrientes biológicos. Estimación de los requerimientos mínimos de nutrientes.

Aspectos energéticos de las transformaciones biológicas. Grados de reductancia. Su utilización para estimación de calores de reacción y de rendimientos.

Tipos de reactores biológicos. Clasificación según movilidad de la biomasa, requerimientos de oxígeno., etc. Clasificación según modo de operación: continuos, discontinuos o semicontinuos. Modelos: reactor tanque agitado ideal, tubular en flujo pistón.

Trabajo Práctico No. 1: Determinación de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) de una solución de un compuesto orgánico y de un efluente industrial. Determinación del contenido de Sólidos Suspendidos Totales y de Sólidos Suspendidos Volátiles de un efluente industrial

Balances de biomasa y sustrato en reactores continuos. Importancia del reciclo de biomasa. Balances en una planta con separador y reciclo. Balances en reactores discontinuos y semi-continuos.

Modelos cinéticos más aplicados en reactores biológicos. Modelos cinéticos basados en sustrato limitante. Diseño de un reactor tanque agitado ideal cuya cinética puede representarse con el Modelo de Monod con decaimiento.

Trabajo Práctico No. 2: Seguimiento de la evolución de la biomasa y de la DQO en un reactor aeróbico discontinuo en escala banco. Adopción del modelo cinético y ajuste de sus parámetros.

Taller: Resolución de los Capítulos I, II y III del material didáctico "Los sobresaltos del Ing. Weist", de M. A. Isla.

Taller de discusión de los resultados del TP No. 2 y resolución de problemas de la Guía No. 2. Diseño de un sistema de secuenciación de reactores batch

Ademas de EP se realizaran actividades en el campo PI.

Reactores reales. Distribuciones de tiempos de residencia en reactores reales. Mezclado. Efectos de corrientes "by-pass". Uso de trazadores para la caracterización de reactores reales. Balances de trazador en distintos tipos de reactores. Análisis de la respuesta a la inyección de un trazador. Funciones de distribución. Su aplicación para la caracterización de los reactores reales.

Taller: Discusión de la resolución de las guías 1 y 2, y resolución de problemas de distribución de tiempos de residencia. 

Tambien se desarrollaran actividades PI.

Primer parcial de la asignatura

Revisión de los resultados del primer parcial. Taller: resolución de un problema abierto de ingeniería.

Trabajo práctico No. 3: Estudio de la distribución de tiempos de residencia en un reactor real en escala banco mediante uso de trazadores

Procesos de tratamiento que usan reactores de biomasa suspendida. El proceso de barros activados. Microorganismos más comunes. Separador y reciclo. Balances de biomasa y sustrato. Dimensionamiento del biorreactor. Parámetros típicos: factor de carga, tiempo de residencia hidráulica, tiempo de residencia de biomasa, etc.. Variantes del proceso: aireación decreciente, zanjas de oxidación, etc

Cálculo de los requerimientos de oxígeno en reactores aeróbicos que integran una planta de tratamiento. Estimación de las necesidades de agitación. Distintos sistemas de aireación / agitación: mecánicos, difusores, jet, etc. Adopción del sistema de aireación a partir de información técnica suministrada por los fabricantes de equipos de aireación/agitación

Taller: Diseño de una planta de barros activados para tratamiento de efluentes de una planta de una industria alimenticia. Adopción del sistema de aireación/agitación de la planta

Otros procesos de biomasa suspendida: sistema de lagunas de tratamiento. Procesos de remoción de nutrientes

Taller: Resolución de un caso de estudio mediante la utilización de software de diseño, simulación y optimización de plantas aeróbicas de tratamiento biológico.

Sistemas anaeróbicos de biomasa suspendida. Variantes. Procesos de alta y baja velocidad. Reactores UASB. Microbiología de los procesos anaeróbicos. Taller: Diseño de un reactor UASB para el tratamiento de  efluentes de una industria alimenticia.

Taller: Exposición de casos, evaluación por pares.

Se realizará un taller, donde los estudiantes en forma grupal deberán exponer una solución al tratamiento de efluentes de una ciudad/industria, que será asignada luego del segundo parcial, y defender la solución frente a un jurado integrado por otros estudiantes.

Trabajo Práctico Nº 4: Tratamiento anaeróbico de un efluente industrial.

Sistemas de biomasa inmovilizada. Transferencia de masa y modelos cinéticos. Filtros percoladores. Ecuaciones empíricas y semiempíricas de diseño. Tipos de relleno. Sistema de distribución de la alimentación. Torres rellenas y discos biológicos rotativos (RBC). Su diseño y/o adopción a partir de información suministrada por los fabricantes. Biorreactores de lecho fluidizado y de lecho sumergido.

Trabajo Práctico Nº 5. Seguimiento de la DQO en un filtro percolador a escala piloto funcionando en circuito cerrado

Tratamiento no convencional de efluentes, con recuperación o producción de productos con valor agregado. Casos de estudio: efluentes de cervecerías y de fábricas de bebidas azucaradas.

Taller: Diseño de un sistema de filtros percoladores y de un RBC para el tratamiento de un efluente industrial. Análisis de los resultados del seguimiento de la performance del filtro percolador en escala banco (T.P. No. 5). Resolución ejercicios Guía 4.

Recuperatorios

Segundo  Parcial

Requisitos para regularizar (Artículo 32º Régimen de Enseñanza)

a) Asistencia no inferior al ochenta por ciento (80 %) de las actividades prácticas y teórico-prácticas efectivamente dictadas.

b) Obtener un porcentaje no menor a cuarenta por ciento (40%) en cada uno de los dos exámenes parciales o en sus respectivos recuperatorios.

c) Cumplir con el 40 % de las actividades de seguimiento previstas en la planificación de la asignatura (resolución de problemas, informes de ensayos, control de lecturas, trabajos grupales, etc.).

Luego de agotadas las instancias de evaluación y recuperación, los estudiantes que no satisfagan alguno de los requisitos para regularizar quedarán en condición de libre.

Requisitos para promover (Artículo 33º Régimen de Enseñanza)

a) Asistencia no inferior al ochenta por ciento (80 %) de las actividades prácticas y teórico-prácticas

b) Aprobación de dos (2) exámenes parciales de teoría y práctica (o teórico–prácticos),  debiendo obtener un promedio mínimo del 70 % y una calificación no inferior a 60 % en cada uno de ellos o en sus respectivos recuperatorios.

c) Cumplir con el 70 % de las actividades de seguimiento previstas en la planificación de la asignatura (resolución de problemas, informes de ensayos, control de lecturas, trabajos grupales, etc.).

Luego de agotadas las instancias de evaluación y recuperación, los estudiantes que no satisfagan alguno de los requisitos establecidos para la promoción directa de la asignatura, quedarán en condición de regular o libre de acuerdo a lo establecido en el artículo 32º.

La nota final se compondrá de la siguiente manera:

Parciales: 80 %

Otras actividades: 20 %