SIMULACION DINAMICA DE LA DEGRADACION EN LANDFARMING
Basado en un modelo de simulación con Vensim
El landfarming o tratamiento superficial en tierra es una técnica de remediación cuya aplicación usual es la reducción de la concentración de hidrocarburos en suelos contaminados aprovechando su capacidad para ser biodegradados.
Esta técnica se ha extendido al tratamiento de residuos de otras características, tales como barros de plantas de tratamiento de efluentes con características tales que posibilitan ser esparcidos sobre la superficie del suelo, sobre el cual se efectuarán luego tareas de laboreo similares a las realizadas cuando se cultivan vegetales.
Estas tareas están destinadas a esparcir y mezclar el residuo, airearlo adecuadamente y mantener una buena nivelación de las parcelas, de modo de asegurar la escorrentía superficial, evitando la formación de charcos y lagunas.
Es importante tener en cuenta que el medio de tratamiento (suelo) es un sistema en fase sólida y por lo tanto heterogéneo, por lo cual no siempre resulta fácil construir modelos de simulación ni evaluar los resultados.
De ahí que se estime útil efectuar una primera aproximación al análisis del comportamiento del sistema mediante la aplicación de un modelo simple de simulación dinámica.
DESARROLLO:
El presente modelo parte de datos reales a partir de experiencias de campo con barros de la planta de tratamiento de efluentes de una planta dedicada a la producción de aceites de soja y girasol.
Se han elegido dos variables a controlar: la concentración total de hidrocarburos (no se discriminan hidrocarburos de petróleo, puesto que los análisis previos muestran un nivel muy bajo, menor a 20 ppm) y la presencia de metales pesados, ya que los mismos no se degradan y se debe evitar un aumento de concentración que sobrepase los límites fijados por la legislación vigente tanto a nivel nacional como provincial.
Ambas variables están representadas en los niveles Acumulación de hidrocarburos y Acumulación de Metal , donde se supone haber elegido el metal más crítico, es decir, el que más rápidamente alcanzaría los límites establecidos.
La Incorporación de Hidrocarburos depende de la Concentración de Hidrocarburos en barros y del Régimen de Aplicación, y su concentración en el suelo queda determinada por las dimensiones y características de la parcela elegida (Dimensión1, Dimensión2, Profundidad de aplicación y Densidad del suelo). Esta concentración no crece indefinidamente puesto que hay dos mecanismos por los cuales se pierde parte de los hidrocarburos: Pérdidas abióticas (es decir aquellas no vinculadas a mecanismos de biodegradación, tales como evaporación) y las Pérdidas por Biodegradación.
Para estas últimas, que son el aspecto más importante del modelo y la base de la técnica del tratamiento en tierra, se ha supuesto, siguiendo a diversos autores y expertos en el tema, una cinética de degradación de primer orden, por lo que la ecuación correspondiente es:
dC/dt = - k * C
Por lo tanto en todo momento la velocidad de degradación es proporcional a la concentración presente.
El Plan de aplicación y la Cantidad aplicada permiten simular el Régimen de aplicación.
La Concentración metal admitida a través de Aplicar interrumpe las aplicaciones de barros si la Acumulación de metal supera el valor guía establecido en la legislación. Se requiere tener en cuenta las Humedades del barro y del suelo a los efectos de convertir los datos a base seca.
Conclusiones
Mediante un modelo sencillo se tiene una primera aproximación al comportamiento de la biodegradación de un barro con hidrocarburos que se trata por landfarming.
La simulación previa permite elegir un régimen de aplicación adecuado así como el diseño de un plan de monitoreo que, en conjunto, eviten tanto la acumulación de hidrocarburos como de metales.
Según Wikipedia la dinámica de sistemas es una técnica para analizar y modelar el comportamiento temporal en entornos complejos. Se basa en la identificación de los bucles de realimentación entre los elementos, y también en las demoras en la información y materiales dentro del sistema. Lo que hace diferente este enfoque de otros usados para estudiar sistemas complejos es el análisis de los efectos de los bucles o ciclos de realimentación, en términos de flujos y depósitos adyacentes. De esta manera se puede estructurar a través de modelos matemáticos la dinámica del comportamiento de estos sistemas. La simulación de estos modelos actualmente se puede realizar con ayuda de programas computacionales específicos.
Originalmente desarrollada en 1950 para ayudar a los administradores de empresas a mejorar su comprensión de los procesos industriales, actualmente se usa en el sector público y privado para el análisis y diseño de políticas. Fue creada a principios en la década de 1960 por Jay Forrester de la MIT Sloan School of Management del Massachusetts Institute of Technology) con la creación del MIT System Dynamics Group.
Los modelos de simulación con Dinámica de Sistemas tienen aplicaciones en prácticamente todas las áreas del conocimiento como podemos observar en los numerosos artículos publicados en los congresos anuales de la System Dynamics Society. Se trata de una potente herramienta para:
Enseñar a los reflejos del sistema de pensamiento de las personas que está siendo entrenado.
Analizar y comparar los supuestos y modelos mentales acerca de cómo funcionan las cosas.
Obtener una visión cualitativa sobre el funcionamiento de un sistema o las consecuencias de una decisión.
Reconocer arquetipos de sistemas disfuncionales en la práctica diaria.
Los modelos permiten simular el impacto de diferentes políticas relativas a la situación a estudiar ejecutando simulaciones what if (¿qué pasaría si?) que permiten ver las consecuencias a corto y medio plazo, y ser de gran ayuda en la comprensión de cómo los cambios en un sistema lo afectan en el tiempo. En este sentido es muy similar al Pensamiento sistémico ya que se basa en los mismos diagramas de causales con bucles o lazos de retroalimentación (feedback). Sin embargo, estos modelos de simulación permiten además hacer simulaciones para estudiar el comportamiento de los sistemas y el impacto de políticas alternativas. Se utiliza en especial para investigar la dependencia de los recursos naturales y los problemas resultantes del creciente consumo a nivel global para mejorar el especial en el desarrollo de nuevos productos. Existe una gran variedad de marcas de software en el mercado que ayudan a aplicar esta herramienta de una forma amigable: Vensim, Stella, ithink, Powersim, Dynamo, etc.
Mario Guido Pérez
mariogperez@arnet.com.ar
(*) Puede solicitar información más detallada de este trabajo al autor
