TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

LAGUNAS DE ESTABILIZACION

INTRODUCCION.Una laguna de estabilizacion de aguas residuales es una estructura simple para embalsar agua de poca profundidad (1 a 4 m) y con periodo de retencion de magnitud considerable de 1 a 40 dias. Son excavaciones de poca profundidad en el cual se desarrolla una poblacin microbiana compuesta por bacterias, algas y protozoos (que convienen en forma simbitica) y eliminan en forma natural, patgenos relacionados con excrementos humanos, slidos en suspensin y materia orgnica, causantes de enfermedades tales como el clera, el parasitismo, la hepatitis y otras enfermedades gastrointestinales. Es un mtodo fcil y eficiente para tratar aguas residuales provenientes del alcantarillado sanitario.Cuando las aguas residuales son descargadas en lagunas de estabilizacin, se realizan en las mismas en forma espontnea, un proceso conocido como autodepuracin, o estabilizacin natural, en el que ocurre fenmenos de tipo fsico, qumico y biolgico; este proceso se lleva a cabo en casi todas las aguas con alto contenido de materia orgnica y su comportamiento.

OBJETIVOSProteccin epidemiolgica a travs de la disminucin de organismos patgenos presentes en las aguas residuales y dificultando la transmisin de los mismos.Proteccin ecolgica, a travs de la disminucin de la carga orgnica (DBO) de las aguas residuales, lograndose de esta manera que el nivel del oxgeno disuelto (OD) en estos cuerpos receptores se vea menos comprometido con el consiguiente beneficio para los peces y dems organismos acuticos.Reuso directo del agua servida tratada en la agricultura, evitando los riesgos e inconvenientes del reuso de las aguas servidas crudas.Piscicultura.

TIPOS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACINLAGUNAS FACULTATIVASSon lagunas que trabajan con carga orgnica aplicada de 50 a 350 Kg. De DBO5/Ha/da a alturas moderadas y temperaturas entre 10oC. y 30oC. El estrato inferior de estas lagunas suele estar en condiciones anaerbicas debido a que la penetracin de la luz solar es muy limitada (de 5 a 15cm.). El estrato superior de las lagunas suele llenar de algas microscpicas (clorelas, euglenas, etc.), que en presencia de la luz solar producen grandes cantidades de oxigeno, haciendo que el agua llegue estar sobre saturada de oxigeno disuelto (OD).Generalmente son lagunas nicas.

LAGUNAS EN SERIELas lagunas de estabilizacin pueden trabajar en serie o en paralelo dependiendo de las cualidades del proyectista y la topografa que presenta la zona de la planta de tratamiento.Las lagunas que reciben agua residual cruda son lagunas primarias, las lagunas que reciben el afluente de una primaria se llaman secundarias; y asi sucesivamente las lagunas de estabilizacin se pueden llamar terciarias, cuaternarias. Etc.Las lagunas de grado mas all del secundario tambin se les denomina lagunas de acabado o lagunas de pulimento.No existe un limite exacto al cual se pueda garantizar si una laguna va ha trabajar como facultativa o como anaerbica.

PROCESO DE LAGUNA DE ESTABILIZACIONPROCESO AEROBICOEl proceso aerbico se caracteriza porque la descomposicin de la materia orgnica se lleva acabo en presencia de oxigeno, producindose compuestos orgnicos que sirven de nutrientes a las algas, las cuales a su vez producen mas oxigeno que facilita la actividad de las bacterias aerbicas.A su vez las, algas logran sintetizar materia orgnica que se incorpora a su propio protoplasma. Este proceso que se lleva acabo en presencia de la luz solar se llama FOTOSINTESIS.

PROCESO ANAEROBICOLas lagunas de anaerbicas son mas lentas y los productos de las mismas originan malos olores. Se digiere con facilidad sin la presencia de oxigeno suelto (OD), ya que la bacteria es capaz de extraer el oxigeno de los compuestos, por carencia de oxigeno libre.

FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DEPURADOR DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIONLuz solar.TemperaturaNutrientes y txicos

ESQUEMA GENERAL DE UNA LAGUNA DE ESTABILIZACINForma de las lagunas;Diseo y ubicacin de las estructuras de entrada y salida;Facultativas primarias versus facultativas secundarias o terciarias;Dispositivos para medicin de flujos;Dispositivos para distribucin de flujos;Remocin de flotantes;Diseo y mantenimiento de los diques;Problemas con prdidas excesivas de aguaProblemas con vectores y olores;Acumulacin, manejo y remocin de lodos.

Forma de las Lagunas

Diseo y ubicacin de las estructuras de entrada y salida

Tres lagunas de estabilizacin iguales y con ubicacin igualde las estructuras de entrada y salida de diseo diferente

Detalle de la caja con vertedero de una estructura de entrada, salida o interconexin

Dispositivos para Medicin de Flujos

La medicin de flujos en lagunas de estabilizacin suele hacerse por medio de canales con estrangulamientos (Venturi, Parshall, etc.). La medicin de las cargas hidrulicas, a las cuales son proporcionales los caudales (Q = f(h)), se puede hacer, segn la importancia y localizacin de las instalaciones, a travs de escalas ledas por operadores, flotadores y detectores acsticos (acoplados a mecanismos de relojera que proporcionan grficos Q vs t).

Dispositivos para Distribucin de Flujos Con frecuencia se hace necesario distribuir el caudal sanitario entre varias lagunas que trabajan en paralelo.Existen mecanismos muy ingeniosos para lograr este objetivo mediante orificios, vertederos, bombas, compuertas, canales, etc., Hay aqu otro campo que se presta para hacer mucha investigacin.

Estructura distribuidora de flujos

Remocin de Flotantes Se desea que las materias flotantes sean retenidas en la instalacin de tratamiento por varias razones:a. Estticas;b. sanitarias: las bacterias patgenas pueden utilizar los flotantes como refugio y nutrientes. c. reduccin de carga orgnica; muchos de los flotantes pueden estar constituidos por materia orgnica que ejerce una alta DBO.

Se ha tratado de resolver este problema mediante el uso de rejas. Sin embargo, a veces se prefiere eliminar las rejas, ya que se ha observado que el viento suele acomodar los flotantes en una esquina de la laguna de donde se pueden remover con facilidad. Esta operacin hay que hacerla aunque haya rejas, pues stas no remueven todos los flotantes, adems de que hay otros que se suelen formar en la misma

Estructuras de entrada y salida

siempre es necesario evitar que las materias flotantes se integren al efluente de la laguna mediante la provisin de pantallas (ver la Figura 5.b) o dispositivos que hagan que, la salida, sea sumergida. Una solucin puede consistir en usar una caja acoplada a la estructura de salida (como la mostrada en las Figuras 5.b) y 6), procurando que el vertedero deje sumergida la tubera de salida.OBSERVACION

Diseo y Mantenimiento de los Diques En realidad, la tecnologa sobre diseo y construccin de diques de tierra est bastante desarrollada dentro de la ingeniera civil y su especialidad la mecnica de suelos. El tipo de investigacin que se requiere realizar est ligado a determinar las caractersticas de los suelos de la zona donde se construirn las lagunas. su conductvidad hidrulica y permeabilidad, sus caractersticas mecnicas y capacidad para constituir los diques, etc. Esta nvestigacin indicar si hay que recurrir a "prstamos" de materiales de otras reas para llevar a cabo las obras, o si es necesario prever impermeablizacn del fondo de las lagunas y de los diques, etc.

Esquema de un conjunto de lagunas de estabilizacin experimentales

Perfil de los diques y de las lagunas sobre el eje Y - Y

Vista de planta de los diques y de las lagunas C y B

Problemas con Vectores y Olores Siendo las lagunas de estabilizacin estructuras construidas para mejorar la salud, deber procurarse que las mismas no sean criaderos de vectores (mosquitos, caracoles, etc.) que vayan a propagar enfermedades como la malaria, la fiebre amarilla o la esquistosomiasis.La mejor forma de controlar los mosquitos la constituye un buen mantenimiento de las lagunas y de los diques. Adems, se pueden realizar variaciones del nivel del agua mediante las cuales se logra eliminar las larvas. En casos extremos se pueden aplicar insecticidas. Si se llegan a observar caracoles deber procurarse su identificacin, y segn el caso, su control.

Las lagunas facultativas sobrecargadas y las anaerbicas pueden producir malos olores (ocasionados por sulfuros).Las lagunas anerbicas sometidas a cargas entre 50 y 300 gramos de DBO5 por metro cbico y por da suelen ser aptas para remociones de DBO de hasta un 50%. Su alta carga (pequeo tamao) hace que permitan economizar terreno. Sin embargo, en algunas partes no se aconseja su uso por el peligro que produzcan malor olores.

DISEO DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIONSe procede ha disear una laguna de estabilizacin conformado por una laguna facultativa o primaria y su correspondiente laguna de acabado o laguna de pulido, denominado tambin laguna secundaria.

1.- DATOS DE DISEO Pf = 2,835 habitantes Do = 200 Lts/hab/dia Xi = 20 aos C = 0.85

i = 20,000 Lts/Km/dia L = 8,547 m.

DBO5 = 40 gr/hab/diaSegn: CPHER = 50 grSegn: Barnes = 40 gr

T = 10C Poblacin futura (de diseo)Dotacin de aguas servidasPeriodo de diseo econmicoFactor de relacin desage aguaValor de infiltracinLongitud de la tubera de los colectores del sistema de desage Carga orgnica habitantes por dia (valor asumido)

Temperatura ambiental ( mes fri junio)

2.- DETERMINACION DEL CAUDAL DE DISEO.-Qm = Caudal medio de diseoQm = C*(Do*Pf) + (i*L)Qm = 0.85*(200x10-3*2835) + (20 000x10-3*8547)Qm = 652.89 m3/dia.Segn las recomendaciones del centro panamericano de ingeniera sanitaria y ciencia del ambiente CEPIS, indica la siguiente informacin: PROFUNDIDAD EN LAS LAGUNAS

Asumiendo una profundidad de 2.25 m. el volumen de la laguna ser:Vf = 0.6714 * 2.25 Vf = 15106.50 m3Tiempo de retencin, ser: Tr = Vf / Qm Tr = 15106.50 / 652.89Tr = 23.14 dias Tr = 24 dias

3.- DETERMINACION DE LA CARGA ORGANICA TOTAL.-Segn los datos obtenidos se asume una carga orgnica unitaria de 40gr/hab/dia, basado en sus estudios experimentales, cuya informacin no se tiene en nuestro medio.Ct = Carga orgnica totalCt = DBO5 gramos/habitante/dia*N de habitantesCt = 40x10-3 gr/hab/dia * 2835 hab. Ct = 113.40 Kg/dia

4.- DETERMINACION DE LA TAZA DE TRABAJO DE LA LAGUNAPor consiguiente: Ttl = 250 Kg/ha/dia

DESCRIPCIONVALORESpara alturas menores de 1000 metro par lagunas facultativas150 y 350 Kg/Hab/diaPara laguna anaerbica Se prefiere usar la carga usada en Kg.DBO/100 m3/diaExperiencias realizadas en EEUU e ISRAEL hacen variar esta taza 5 y 25 Kg. DBO/100 M3/dia con reducciones esperadas entre 50% y 80% En industrias alimenticias las lagunas anaerbicas se calculan con circulacin especialmente para altas tasasMayores de 15 Kg. DBO/100 M3/diaCentral PUBLIC HEALTH ENGINEERIG RESEACH INSTITUTE CPHERI INDIALagunas facultativas para aguas residuales domesticas338Kg./Hab/Dia en un estudio realizado en 8 estanques reduccin del DBO es de 75% a 85%Investigaciones realizadas en la planta de tratamiento de la UNA-Puno En el afluente crudo: Mximo 172 mg/lt y promedio del ao 120 mg/ltLa demanda bioqumica de oxigeno de las aguas residuales varia segn el consumo de aguaOscila entre 200 a 700mg/lt

5.- DEFINICION DEL AREA Y PRFUNDIDAD DE LAS LAGUNAS.-a.- LAGUNA FACULTATIVA TRABAJANDO CON UNA SOLA UNIDAD Area total de la laguna facultativa Ala = Ct/Ttl Ala = 113.40/250Ala = 0.4536 Ha Volumen total de la laguna facultativa: Va = Ala*ha Va = 0.4536*10000*2.25 Va = 10206 m3 Periodo de retencin de la laguna facultativa:Ra = Va / Qm Ra = 10206 / 652.89Ra = 15.63 dias Ra = 16 dias

b.- EFICIENCIA DE LA REMOCION DE COLIFORMES FECALESb.1.- LAGUNA FACULTATIVA Y/O PRIMARIAcarga superficial de DBO por rea: Cs = 250 * 1.04 ^ (T-20) Cs = 250 * 1.04 ^ (10-20)Cs = 168.89 Kg / Ha / dia Area a media profundidad: Am = Ct / Cs Am = 113.40 / 168.89Am = 0.6714 Ha

b.2.- LAGUNA DE MADURACION Y/O SECUNDARIA.-se deber definir el coeficiente Kb, que depende de la temperatura y se ajusta a otras temperaturas mediante la formula: Kb = 2.6 ( 1.19 ) T-20Kb = 2.6 ( 1.19 ) 10-20Kb = 0.456 dia -1Las lagunas de maduracin usualmente tienen una profundidad de 1.00 m. 1.50 m. y el periodo de retencin oscila entre 5 a 7 dias por laguna.Ensayando en una laguna de maduracin la calidad del efluente ( Ne = Numero CF/100ml ) y en un periodo de retencin de 7 dias, se tiene: Ne = Ni / (1 + KbT1) (1 + KbT2 ) (1 + KbTn )nNi = numero de califormes fecales / 100ml. Del afluente. Segn anlisis realizados por CEPIS varia de 107 108 Cf/100ml., para aguas residuales crudas.Ne = 5.5x107 / (1+0.456*24)(1+0.456*7)3Ne = 62509.94 CF / 100 ml.Necesitamos bajar, mas la remocin de califormes fecales, para derivar el efluente final hacia la laguna de arapa.Ne = 5.5x107 / (1+0.458*31) (1+0.456*7)3Ne = 3505.98 CF / 100 ml.Segun las sugerencias del CEPIS para descarga del efluente final a cuerpos de agua, se debe mantener: Ne 5000 coliformes por 100 ml. De solucinLuego:3505.98 CF / 100 ml. < 5000 CF / 100 ml. bien!Volumen de la laguna secundaria: Vm = Pr * Qm vm = 18 dias * 261.15 m3/diaVm = 4700.81 m3Asumiendo una profundidad de 1.50 m.; entonces el rea a media profundidad es: Alm = 4700.81 / 1.50 Alm = 3134 m2

RESUMEN DE LOS ELEMENTOS CONSTITUYENTES DE LAS LAGUNAS

Verificacin del K20, razn de decaimiento del colifecal a 20 Cl/d.Se debe cumplir que este en el rango de < 250350 >, valores mayores a 350 crearan condicione anoxicas, esto es las lagunas producirn malos olores; mayores a 1.000 establecen condiciones anaerobias.K20 = Cs * 10,000 /((Atot. * 1.04) ^ (T-20))K20 = 168.89 * 10,000 / ((7908*1.04) ^ (10-20))K20 = 316.13 Por consiguiente, cumple; significa que nuestro diseo esta bien diseado, con una eficiencia efectiva del 90%