DISEÑO DE LAGUNAS DE OXIDACION 1

8/14/2019 DISEO DE LAGUNAS DE OXIDACION 1

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Lagunas de estabilizacin

1. INTRODUCCIN

La contaminacin y el progresivo deterioro de las aguas, es

un problema suficientemente conocido como para que seanecesario incidir aqu sobre su importancia y gravedad. La

preocupacin creciente por este tema, se refleja claramente en una

legislacin cada vez ms estricta en los pases desarrollados, en lo

que ha vertidos a cauces pblicos se refiere.

l tratamiento de aguas residuales puede rebasar las

disponibilidades econmicas de peque!as colectividades. La

inversin inicial de cualquier estacin depuradora es importante,

pero son los costes de e"plotacin los que han propiciado que la

mayor parte de ellas, sobre todo en las zonas rurales y ncleos de

poblacin medianos, est#n sin funcionar.

s necesario por tanto encontrar un procedimiento

econmico para la depuracin de aguas residuales. $omo

alternativa a las t#cnicas convencionales de depuracin se han

desarrollado una serie de sistemas denominados %naturales&, que

aprovechan y potencian los procesos de purificacin fsicos,qumicos y biolgicos que ocurren de forma espontnea en la

naturaleza. stos sistemas, necesitan grandes superficies de

terreno, presentan unos bajos costes de inversin 'siempre y

cuando haya disponibilidad de terrenos y su precio no sea muy

elevado( y mantenimiento, y proporcionan un efluente de calidad

muchas veces incluso superior al obtenido en una depuradora

convencional, sobre todo cuando e"isten condiciones favorables

de clima e iluminacin.. ntre estos sistemas naturales seencuentra el lagunaje.

La depuracin de aguas residuales por lagunaje no requiere

prcticamente energa e"terna, e"cepto la radiacin solar, ya que

debido a la gran disponibilidad de nutrientes y materia orgnica,

se origina un intenso crecimiento algal con una gran produccin

de o"geno fotosint#tico que es empleado para la degradacin de

la materia orgnica.

)


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sta tecnologa para el tratamiento de aguas residuales est

adquiriendo gran desarrollo en nuestro pas, sobre todo en la zona

mediterrnea donde la escasez de agua es mayor, ya que el

efluente de estos sistemas puede ser utilizado directamente parariego.

2. ANTECEDENTES

2.1. INTRODUCCIN.

l tratamiento de aguas residuales por lagunaje consiste en el

almacenamiento de estas durante un tiempo variable en funcin de

la carga aplicada y las condiciones climticas, de forma que la

materia orgnica resulta degradada mediante la actividad de las

bacterias hetertrofas presentes en el medio. s un m#todo

biolgico natural de tratamiento, basado en los mismos principios

por los que tiene lugar la autodepuracin en ros y lagos.

Las aguas residuales susceptibles de ser tratadas

razonablemente por lagunaje, tienen orgenes muy diversos*

+ guas residuales urbanas.

+ guas residuales industriales 'es necesario un tratamiento previo,

distinto segn la actividad de la que procedan(*

+-ndustria de madera y papel.+-ndustria alimentaria.

+-ndustria del petrleo.

+-ndustria qumica.

+-ndustria minera.

+-ndustria te"til.

+-ndustria de curtidos.

+ guas residuales mi"tas 'urbanas e industriales(.

2.2. TIPOS DE LAGUNAS.


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Las lagunas de estabilizacin pueden clasificarse segn

diversos criterios. Los ms utilizados son los siguientes*

/. 0egn las reacciones biolgicas.

). 0egn el grado de tratamiento previo.

. 0egn el m#todo de aireacin.

1. 0egn las condiciones de descarga.

2.2.1.- S egn las reacciones biolgicas.

Las reacciones biolgicas ms importantes que tienen lugar

en una laguna son*

a( 2"idacin de la materia orgnica por bacterias aerobias*

La respiracin bacteriana provoca la degradacin de lamateria orgnica del agua residual hasta $2)y 3)2*

$43/12)5 6 .7 2)

8./) 53166 8./) 23+6 /.4 $2)6 8.99 $73:2)5 6 .4) 3)2

produciendo energa y nuevas c#lulas.

b( ;roduccin fotosint#tica de o"geno*

La fotosntesis algal produce, a partir del $2), nuevas algas y

o"geno que es utilizado en la respiracin bacteriana*

/84 $2)6 /4 53166 3;21

)+6 /88 3)2

$/843)42//85/4; 6 /8 2)6) 36

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igestin anaerobia de la materia orgnica con produccin

de metano '=igura )(.

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Figura 2.- >egradacin anaerobia de la materia orgnica.

0egn que reacciones sean las dominantes en el

funcionamiento, las lagunas se pueden clasificar en tres grandes

grupos* anaerobias, facultativas y aerobias.

2.2.1.1.- Lagunas anaerobias.

?eciben aguas residuales brutas, sin tratamiento previo, con

alta carga orgnica, >@27A 88 mgBl, y elevado contenido en

slidos en suspensin, 0.0. A 88 mgBl, produciendo una

estabilizacin parcial de la materia orgnica por medio de su

digestin anaerobia. Las principales reacciones que se producen

4

AcetognesisHidrogenacin

Hidrlisis y Fermentacin

Acidos Orgnicos

AcetognesisDeshidrogenacin

MetanognesisMetanognesis

CO2+ H2

CH4+ CO2 CH4+ H2O

CH44-COO-

Materia orgnica


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son la formacin de cidos grasos y produccin de $31a partir de

ellos.

stas lagunas suelen tener una profundidad entre ) y 7 m.Cna profundidad apro"imada de 1 m se considera ptima desde el

punto de vista de la eficacia del tratamiento.

La eficacia de estas lagunas en la eliminacin de materia

orgnica es elevada, pudiendo alcanzar valores del 97 D en

eliminacin de >@27, aunque son ms habituales eficacias del 48+

98 D. -ncluso con tiempos de retencin cortos, ) das, la

eliminacin de >@27es elevada, 17+:8 D, por lo que se usan comoprimer paso en el tratamiento de aguas de elevada carga orgnica.

ste tipo de lagunas se utiliza fundamentalmente en climas

templados, pues la actividad de las bacterias metanog#nicas se

inhibe prcticamente a temperaturas inferiores a /8+/) E$.

2.2.1.2.- Lagunas facultativas.

?eciben el agua residual bruta, o bien el efluente de una

laguna anaerobia, fosa s#ptica o tanque de sedimentacin

convencional .

n la zona superficial, se produce la o"idacin de la materia

orgnica por procesos aerobios. n estas lagunas el o"geno se

obtiene por reaireacin superficial y por la actividad fotosint#tica

de las algas. @ajo esta zona aerobia se encuentra una anaerobiadonde tiene lugar la degradacin anaerobia de la materia orgnica.

=inalmente, la materia sedimentable se acumula en el fondo,

donde es digerida, tambi#n por digestin anaerobia.

La profundidad de las lagunas facultativas suele estar

comprendida entre / y ) m pudiendo ser ms profundas, sobre todo

si tratan agua residual bruta.

:


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l tiempo de retencin y la eficacia en la eliminacin de

>@27, igual que la carga superficial aplicable, dependen de la

temperatura. temperaturas superiores a /7E$, el tiempo de

retencin mnimo es de 7 das si la laguna recibe el efluente de unalaguna anaerobia y superior a /8 das si trata agua residual bruta,

siendo habituales tiempos de retencin de /7+8 das y :+/7 das.

2.2.1.2.1- Lagunas faculai!as "r#fun$as.

Cn tipo particular de lagunas facultativas son aquellas con

profundidad superior a ) m, lo que implica unas menores

necesidades de terreno como ventaja adicional sobre el lagunajeconvencional. stas lagunas profundas, cuyo estudio y desarrollo

es relativamente, suelen ser construidas con una doble finalidad, la

de servir como sistema de depuracin y de regulacin para riegos.

$onceptualmente pueden ser descritas como un sistema de lagunas

de estabilizacin en el que se combina laguna anaerobia, facultativa

y de maduracin en una sola unidad. La zona anaerobia en una

laguna profunda es considerablemente mayor que en la laguna

facultativa tradicional, presentando junto a esta caracterstica dosfenmenos distintos respecto al lagunaje convencional, una amplia

zona no ftica y la presencia de estratificacin t#rmica. La

estratificacin t#rmica se desarrolla durante los meses de primavera

y verano, consecuencia del aumento de temperatura en las capas

superficiales. >urante el perodo de estratificacin se pueden

distinguir dos zonas en la laguna, una superficial 'epilimnio( y otra

en el fondo 'hipolimnio( separadas por la termoclina, donde se

produce una variacin brusca de la temperatura. mediados deoto!o, el enfriamiento de las capas superficiales provoca la

desaparicin de la estratificacin t#rmica, produci#ndose la

homogeneizacin de la columna de agua.

;or otra parte, en climas ridos y secos, la mayor profundidad

de estas lagunas provoca una disminucin de la tasa de

evaporacin, beneficiosa tanto en el almacenamiento para riego

como para evitar aumentos de salinidad en el efluente.

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n cuanto a la eficacia depuradora de las lagunas profundas,

la eliminacin de materia orgnica es alta, con reducciones del

9D+F:D para la >@27y del :/D+F)D para la >G2, mientras que

los nutrientes son reducidos durante el tratamiento en un 18D+F8D'ortofosfato( y FD+FF.FD 'nitrgeno amoniacal(.

La informacin respecto del comportamiento de estas

unidades describe los distintos fenmenos que se desarrollan en la

masa de agua entre los cuales destacan la estratificacin t#rmica,

nitrificacin, desnitrificacin, crecimiento y destruccin

bacteriana y de algas, generacin y utilizacin de o"geno, etc.,

concentrndose la mayora de los estudios en los aspectos queinciden en la mortandad de coliformes fecales. stos embalses

han sido utilizados por ms de una d#cada en -sraelH en la

actualidad estn siendo utilizados en spa!a y otros pases

mediterrneos, como tambi#n se han sugerido como sistema de

tratamiento en algunos pases de Latinoam#rica.

5o e"iste en la actualidad una metodologa concreta para el

dimensionamiento de estas unidades, lo que no permite establecercon certeza el comportamiento de las mismas. lgunos autores

han desarrollado modelos multifactores que incluyen intensidad

de la luz, temperatura, p3, >@2, profundidad, concentracin de

algas, turbiedad y nmero de dispersinH todos estos modelos

consideran que los patrones de mezcla en el interior del embalse

corresponden a condiciones de mezcla completa, lo cual, no es

claramente aplicable durante todo el a!o.

n los embalses profundos se desarrollan diversos

fenmenos que condicionan la mezcla del agua y por lo tanto las

caractersticas del efluente. stos fenmenos, que denominaremos

hidrodinmicos, tiene su origen en las caractersticas geom#tricas

de las unidades y en parmetros ambientales como el viento, la

temperatura y la radiacin solar. >e estos cuatro factores, se ha

comprobado que el que tiene mayor relevancia en el

F


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comportamiento de un embalse es la temperatura, seguido de la

radiacin solar, teniendo la geometra y el viento poca relevancia.

La temperatura define los patrones de flujo dentro de los

embalses, pues el fluido que llega al embalse posee ciertas

caractersticas como su temperatura 'o densidad( y su velocidad,

lo que define el flujo que se desarrollar una vez que #ste se

integre al volumen de agua de la unidad. s vemos que en #pocas

de bajas temperaturas no e"iste gran gradiente t#rmico y se

desarrolla mezcla completa en las unidades n estos periodos la

temperatura es similar en toda la laguna y las reaccionesbiolgicas en estas lagunas son ms lentas, hay una menor

radiacin solar que solo se da en la capa superficial de la laguna y

la transferencia del o"geno del aire solo puede ser superficial

pues no llega a capas ms profundas, hacen que en este periodo de

tiempo la laguna se comporte como laguna anaerobia o

facultativa, segn la profundidad de esta laguna y de la carga

orgnica que recibe. n este periodo de tiempo la laguna puede

padecer problemas de olores pues si tiene una gran superficie y lafuncionar como anaerobia o facultativa el sulfhdrico formado

puede pasar a la atmsfera.

n perodos calurosos, el fluido que entra a un embalse tiene

una mayor temperatura, por lo que el lquido que entra a esta

laguna tiende a ir a las capas superficiales siguiendo una

trayectoria de acuerdo a fenmenos como las corrientes de

densidad. n este sentido la estratificacin t#rmica juega un papelrelevante, pues es este fenmeno el cual, mediante la

modificacin de la densidad del agua, produce diferencias de peso

de las distintas capas de agua y las ubica dentro de la columna

lquida. >e esta forma, las capas de mayor temperatura tendrn

menos densidad, es decir, menor peso y se ubicarn cerca de la

superficie y los estratos ms fros tienen mayor peso y se ubicarn

en el fondo. l agua tiende a subir y arrastra capas fras de la parte

ms profunda y se rompe la estratificacin t#rmica formada. La

transferencia de o"geno que se produce en la superficie de la

/8


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0on lagunas poco profundas, entre / y /.7 m de profundidad.

5o reciben demasiada carga orgnica '4:+))1 Ig >@2Bhada('?ojo, /F99(, por lo que se mantienen las condiciones aerobias.

n estas lagunas se produce la degradacin de la materia

orgnica por la actividad de las bacterias aerobias, que consumen el

o"geno producido fotosint#ticamente por las algas.

?eciben agua procedente de otros tratamientos, por lo que

contiene relativamente pocos slidos en suspensin.

2.2.2.- S egn el grado de tratamiento previo .

>ependiendo del tratamiento previo del influente, las lagunas

se pueden clasificar en los siguientes tipos*

2.2.2.1.- Lagunas primarias.

?eciben agua residual bruta, sin tratamiento previo. ;uedenser anaerobias o facultativas.

2.2.2.2.- Lagunas secundarias.

?eciben agua residual que ha sido sometida a un tratamiento

primario, en ellas se realiza el tratamiento secundario. ;ueden ser

facultativas o aerobias.

2.2.2.3.- Lagunas terciarias o de maduracin.

l influente que reciben ha sido sometido previamente a un

tratamiento secundario.

La funcin principal de estas lagunas es la eliminacin de

organismos patgenos y de nutrientes '5 y ;(, hasta los niveles

deseados. 0on poco efectivas en la reduccin de >@27, ya quereciben un influente con poca >@27soluble.

/)


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0on lagunas poco profundas, /+/.7 m. 0on dise!adas para

trabajar con tiempos de retencin elevados A )8 das, de a /8 das

cuando hay dos o ms en serie, con un mnimo de 7 das cuando

slo se dispone de una laguna de maduracin.

Las lagunas de maduracin suelen constituir la ultima etapa

del tratamiento por lagunaje.

2.2.3.- S egn el mtodo de aireacin.

La aireacin de las lagunas puede ser natural o mecnica. n

funcin de ello las lagunas se clasifican en*

2.2.3.1.- Lagunas aerobias.

La aireacin es natural, el o"geno se suministra por la

reaireacin superficial y fundamentalmente por la actividad

fotosint#tica de las algas. n este grupo se pueden incluir las

lagunas aerobias, facultativas y de maduracin.

2.2.3.2.- Lagunas aireadas.

n estas lagunas el o"geno disponible no es suficiente para

llevar a cabo la o"idacin de la materia orgnica, por lo que se

precisa un aporte adicional de o"geno por medios mecnicos.

;resentan la ventaja que el agua a tratar necesita un menor tiempo

de retencin, siendo los requerimientos de terreno muy inferiores.

Las aguas residuales antes de ser vertidas a las masas

receptoras, deben recibir un tratamiento adecuado, capaz de

modificar sus condiciones fsicas, qumicas y microbiolgicas al

lmite de evitar que su disposicin provoque problemas graves de

contaminacin en el cuerpo de agua receptor.

l sistema de lagunas aireadas es un m#todo de tratamiento

/


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de lquidos residuales, que se adaptan a nuestras condiciones

climticas. s una alternativa de tratamiento frente a los

problemas de malos olores, baja eficiencia y la necesidad de

grandes e"tensiones de terreno.

$on las ventajas considerables que ya tiene el proceso

tradicional de lagunas de estabilizacin, principalmente por su

bajo costo, simplicidad y fle"ibilidad operacional, adems tiene

otra ventaja que es el hecho de que el rea de terreno que ocupan

no superan el /8 D de las utilizadas en las mismas.

l desarrollo del proceso de lagunas aireadas ha marcado un

avance importante en el tratamiento secundario de aguas

residuales, ya que es un proceso biolgico en que los organismos

vivos aerbicos y los slidos orgnicos, presentes en las aguas

residuales, se mezclan ntimamente en un medio favorable para la

descomposicin aerbica de los slidos. La eficiencia del proceso

depende de que se mantenga continuamente el o"geno disuelto

durante todo el tratamiento. La idea de este proceso es de reducir

la carga orgnica del agua residual a valores tolerables antes de

descargarla a la masa receptora.

La eficiencia del proceso depende de que se mantenga

continuamente el o"geno disuelto durante todo el tratamiento.

$on esto se consiguen varias ventajas como son, una mejor

mezcla entre los slidos orgnicos y los microorganismos

/1


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aerobios en un medio favorable para la descomposicin aerbica

de los slidos y reducir la carga orgnica del agua residual a

valores tolerables antes de descargarla a la masa receptora, se

reduce el tiempo de residencia en las lagunas facultativas y de

maduracin con una remocin de >@2 aceptable en perodos de

retencin ms cortos que en lagunas sin aireacin, impide el

crecimiento e"cesivo de algas y otras condiciones producidas por

sobrecarga orgnica y variaciones estacinales de temperatura.

La aireacin de las lagunas se produce por medios

mecnicos en aparatos llamados aireadores, que se instalan en las

lagunas donde se quiere que el aporte de o"geno sea mayor

debido a las causas antes mencionadas. La instalacin es

imposible en las lagunas anaerobias debido a que estas lagunasoperan en condiciones de ausencia de o"geno con un potencial

redo" muy negativo. n las lagunas facultativas al e"istir dos

partes, una aerobia superficial y otra ms profunda anaerobia, los

aireadores en estas lagunas distribuyen el o"igeno en la parte

superficial sin que afecte a la parte ms profunda y cree

problemas en la parte ms profunda, adems de evitar la

deposicin de materia sedimentable en el fondo, que es otro factor

importante de estas lagunas. n las lagunas de maduracin, estos

aireadores pueden aportar aire a mayor profundidad debido a que

en estas lagunas la concentracin de o"geno es importante en

toda la laguna. n los dos tipos de lagunas se pueden colocar

/7


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varios aireadores segn el tama!o de las lagunas y el aporte de

o"geno requerido, distribuy#ndose para que se cree un flujo de

o"geno en un mismo sentido y no haya cortocircuitos y partes

muertas en las lagunas.

Los aireadores que se instalan en las lagunas son del tipo

ireadorBmezclador de aspiracin horizontal.

l aireadorBmezclador es de aspiracin con h#lice. l aire

atmosf#rico es descargado debajo del agua y mezclado por medio

de una h#lice giratoria. l eje motriz de la h#lice est hueco y se

e"tiende desde el eje del motor a trav#s de un cojinete interior

donde estn unidos a la h#lice y el difusor. ste eje motriz tiene

aberturas por encima de la superficie del agua para permitir la

entrada de aire atmosf#rico en el tubo hueco.

La h#lice giratoria hace que el fluido circule por la abertura

anular del difusor creando una cada de presin que aspira el aire

por debajo de la superficie del agua. l aire se difunde formando

burbujas finas producidas por el flujo horizontal creado por la

h#lice. l tama!o medio de las burbujas producidas es de ),8 mm

que es el establecido por la agencia para la proteccin del medio

ambiente ';( de .CC para difusores de poros finos. stas

burbujas se dispersan por una gran zona de influencia

proporcionando un amplio tiempo de contacto con el agua. Las

zonas de influencia del aireador -?+2) para la mezcla y la

/4


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dispersin del o"geno varan con el tama!o de la unidad. 0e

pueden instalar unidades aireadoras mltiples -?+2) para

mezclar y dispersar completamente el o"geno por todo el

estanque.

$omparando con el tratamiento convencional de lagunas de

estabilizacin, con lagunas que posean estos aireadores, las

concentraciones de >@27 y >G2, disminuyen

considerablemente, al igual que el nitrgeno total Jjeldahl

'5


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Cna vez llenas mantienen el agua a depurar retenida hasta que

se alcanza el nivel de depuracin deseado, momento en que se

descargan.

2.2.4.3.- Lagunas con rgimen semicontinuo.

0on aquellas con entrada de agua a depurar y salida de agua

depurada intermitentes.

2.2.4.4.- Lagunas con rgimen continuo.

0on aquellas con entrada continua de agua a tratar y salida

continua de agua depurada. 0on las ms utilizadas.

Figura %.


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2.&.- SISTE'AS DE LAGUNAS DE ESTA(ILI)ACIN*+SPS,.

0on combinaciones de los distintos tipos de lagunas. La

unidad bsica suele ser la laguna facultativa.

n la =igura . se presenta una disposicin tpica de un

K0;0.

Figura &.&.- >isposicin tpica de K0;0.

/F

LAGUNAS ANAERO(IAS

LAGUNAS FACULTATIAS

LAGUNAS DE'ADURACIN


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n la figura .1, se pueden observar otras disposiciones

posibles.

Figura &.%.-$ombinaciones de distintos tipos de lagunas.

l nmero de lagunas debe ser el mayor posible y como

mnimo deben ser tres. Las lagunas pueden conectarse en serie y en

paralelo.

)8

=

=

=

=

=

=

=

=

==

=

=

=

=

=

=


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La forma habitual de trabajo en lagunas anaerobias suele ser

en paralelo, al trabajar de esta forma se reduce la carga orgnica de

la primera laguna y se evita su sobrecarga.

Las lagunas facultativas, trabajan tanto en serie como en

paralelo. $uando se trabaja en serie, lo habitual, es que los

rendimientos aumenten ya que se minimiza el contenido en algas

de la ltima laguna 'si la concentracin de nutrientes ha

descendido( y se obtiene un efluente de mayor calidad. ;uede

ocurrir que las concentraciones de nutrientes 'fsforo, nitrgeno(

sean elevadas, lo que originara un incremento del contenido en

algas, aumentado el p3 y 2)disuelto.


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mejorar la eficacia de la instalacin. 0e han realizado pocas

investigaciones sobre el tema.

Aireacin:

La aireacin mecnica permite tratar cargas mayores,

disminuir tiempos de retencin y utilizar lagunas de menor

superficie.

2.%.- ENTAAS E INCONENIENTES DELLAGUNAE.

/.+ s la forma ms barata de tratamiento, tanto en

construccin y operacin, como en mantenimiento, y no requieren

energa e"terna, e"cepto la solar.

).+ ?educe la concentracin de patgenos a niveles muy

bajos.

.+ ;uede tratar cargas hidrulicas y orgnicas muy variables.

1.+


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insecticidas. 0i se llegan a observar caracoles deber procurarse

su identificacin, y segn el caso, su control.

l uso de peces larvicidas puede constituir un buen m#todode control de mosquitos, pero estos peces no siempre logran

sobrevivir en lagunas de estabilizacin.

Las lagunas facultativas sobrecargadas y las anaerbicas

pueden producir malos olores 'ocasionados por sulfuros(.

n reas tropicales 78 Ig >@27 Bha " da parece ser el

lmite de carga para lagunas facultativas primarias a )8M$. llmite para secundarias est cerca de )78 Ig >@27Bha " da.

Las lagunas facultativas sobrecargadas suelen producir ms

malos olores 'las algas desaparecen cuando la concentracin de 0N

es mayor de 4.7 mgB/(. 0egn Oloyna y spino, la correccin

posible consiste en disminuir la carga orgnica o aumentar el

tiempo de retencin segn la ecuacin 'Pournal 0$, Pune

/F4F(.

0 N'mgB/( N '8.888/87 9 Lo + 8.88/477 t 6 8.877( " 021N

estando* Lo en Ig >@27B ha N da, t en dasH 021N en mgBl.

Las lagunas anaerobias sometidas a cargas entre 78 y 88

gramos de >@27por metro cbico y por da suelen ser aptas para

remociones de >@2 de hasta un 78D. 0u alta carga 'peque!otama!o( hace que permitan economizar terreno. 0in embargo, en

algunas partes no se aconseja su uso por el peligro que produzcan

malos olores.

l uso de reactores anaerbicos de manto de lodos y flujo

ascendente 'C0@ N CpfloQ naerobic 0ludge @lanIet( puede

llegar a consistir un tratamiento previo a las algunas de

estabilizacin que permita reducir el rea con menos riesgo deproduccin de malos olores que en las lagunas anaerbicas.

)1


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ctualmente 'mayo /F94( el $;-0 est construyendo un C0@

en 0an Puan de iraflores, Lima, a escala piloto '/ /Bseg(.

>ebido a su bajo perodo de retencin, la eficiencia de losC0@ en remocin de patgenos es muy baja, pero esto se puede

compensar haciendo ms profundas las lagunas facultativas y de

acabado para lograr una eficiencia bacteriolgica aceptable.

2./.- E0TENSIN DEL LAGUNAE

La utilizacin de las lagunas como almacenes de aguas

residuales, se viene realizando desde hace siglos. =ueron utilizadaspor los romanos, luego por poblaciones de uropa $entral, sia y

durante el siglo RR se han e"tendido por numerosos pases.

l primer estudio prctico sobre depuracin por lagunaje, se

realiz en /F8/ en 0an ntonio '


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0e pueden encontrar lagunas de estabilizacin en /4 pases de

uropa, en diferentes campos de aplicacin* peque!as

comunidades, reas tursticas, tratamiento terciario, etc.Las primeras e"periencias en lagunas de depuracin se

desarrollaron en uropa $entral en la dad edia, y fueron

lagunas de granjas y lagunas de peces enriquecidas con residuos

orgnicos.

La laguna de estabilizacin ms antigua de uropa se

encuentra en unich 'lemania(. =ue construida en /F)8 para el

tratamiento terciario de las aguas de dicha ciudad y sigue an enfuncionamiento. La planta cubre un rea de ) ha, dividida en

lagunas de : ha.

n /F94 el nmero de pases en los que e"istan lagunas de

estabilizacin era ya de /4. 0e dispone de informacin t#cnica de

/8 de estos /4 pases, e"istiendo distintos estados de desarrollo. 0e

pueden distinguir los siguientes casos*

- ;ases donde la t#cnica est generalizada, como lemania y

=rancia.

- ;ases que han empezado a recoger datos de K0; y en los

que comienza a implantarse esta tecnologa, como ;ortugal,

spa!a, @#lgica y 0uiza.

- ;ases en los que K0; ha sido implantado, pero su

desarrollo va a menos por distintas razones 'situacin geogrfica,

regulaciones, etc.(, como >inamarca, 3ungra y ?eino Cnido.

Los K0; son principalmente empleados en uropa para el

tratamiento de aguas residuales dom#sticas 'S )888 habitantes(. s

el caso de la mayora de las plantas que operan en lemania y

=rancia.

;lantas de mayor tama!o 'A/8888 habitantes(, fueron

construidas para el tratamiento de aguas residuales en comunidades

)4


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$iudad ?eal $iudad ?eal, rgamasilla de lba y oral

de $alatrava.


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F8+78 2sQald, /F49.

)88+788 $ooper, /F49.

1)+)9 =isher et al., /F49.

/F8+)18 Khite, /F:8./88+188 rthur, /F94.

l tiempo de retencin hidrulico es bastante utilizado para el

dise!o de este tipo de lagunas. l igual que en los casos anteriores,

los datos presentados por los distintos autores varan mucho unos

de otros. continuacin se e"pone algunos de ellos e"presados en

das*

7+78 cIenfelder, /F:8.

7 ara, /F:4.

)+7 ;arIer y col., /F7F.

8+78 cIenfelder, /F4/.

)+7 alina y ?os, /F:4.

) rthur, /F94.

n cuanto a la eliminacin de materia orgnica como >@27,los valores oscilan entre 78 D en invierno y 98 D en verano, con

temperaturas superiores a )7 E$. @asndose en los resultados

obtenidos en el estudio de fosas s#pticas en stados Cnidos y

Xambia, se propone la siguiente formula emprica para la

reduccin de materia orgnica en lagunas anaerobias en funcin

del tiempo de residencia*

e i

n e inL = L

k (L / L ) R+1

donde*

LiN >@27del influente, mgBlHLeN >@27del efluente, mgBlH

8

(1)


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? N tiempo de retencin hidrulico, dasH

n N e"ponente emprico, adimensional, 1.9 para < A )8 E$H

InN coeficiente de dise!o adimensional, 4.8 para < A )8 E$.

sta ecuacin se considera vlida en climas tropicales ysubtropicales.

La 2rganizacin undial de la 0alud propone los siguientes

criterios para temperaturas superiores a )) E$*

+ $arga volum#trica inferior a 88 g >@27B haWdaH

+ @27del orden del 78 DH+ ;rofundidad entre ).7 y 7 m.

l informe elaborado para el >epartamento de >esarrollo del

@anco undial, propone los siguientes parametros de dise!o*

+ $arga volum#trica entre 8./+8.1 Ig >@27B haWdaH

+ @27BhaWda+ ;rofundidad entre ).7 y 7 m.

dems, la 2..0. recomienda que se cuente al menos con

dos lagunas anaerobias en paralelo para asegurar la continuidad del

proceso en caso de limpieza y retirada de fangos en una de las

unidades.

l intervalo en a!os en que debe limpiarse una lagunaanaerobia es el siguiente*

TVoluen dela laguna

V !a" ano #o"lacion !a"a=

( )

( / $ ) %%

&

&'

donde*

/

(')


31/70


Ta N Telocidad de acumulacin de fango.

2.&.2. 'ise$o de lagunas facultativas.

Los m#todos de dise!o de lagunas facultativas se pueden

clasificar de la siguiente forma*

/. #todos empricos*

0on relaciones matemticas sencillas deducidas de la

observacin e"perimental en una laguna de estabilizacin, o en ungrupo de ellas que trabajan en condiciones similares. 0e utilizan

como variables de dise!o un grupo reducido de estas,

fundamentalmente caudal, tiempo de residencia y carga aplicada.

l principal parmetro de dise!o es demanda bioqumica de

o"geno a los 7 das '>@27(, que es una medida de la carga

orgnica.

). #todos racionales*

n ellos se intenta ofrecer una e"plicacin en t#rminos

cin#ticos de lo que ocurre en las lagunas de estabilizacin.

5ormalmente se basan en la reduccin de una sola variable

indicativa de la carga orgnica y se fundamentan en hiptesis

restrictivas. ntre estas hiptesis se encuentran las siguientes*

+ La composicin de la alimentacin se considera constantedurante todo el a!o.

+ l r#gimen hidrulico corresponde a un modelo ideal de

flujo.

+ 5o se define el sistema detrtico, es decir, no se consideran

las sedimentaciones orgnicas en el fango.

+ Las lagunas funcionan en r#gimen estacionario.

+ La cin#tica de la depuracin es de primer orden, con una

constante de velocidad, que se suele definir comoe"ponencial de la temperatura.

)


32/70


. #todos matemticos*

n realidad son una subcategora de los anteriores, peropresentan caractersticas muy diferentes en cuanto a las hiptesis

utilizadas. 0e considera que las lagunas son sistemas dinmicos,

con cin#ticas complejas y regmenes no ideales de flujo.

0e basan en la modelizacin matemtica de las interacciones

fsico+qumicas y biolgicas responsables de la depuracin en

lagunas. 0u complejidad es mucho mayor, ya que describen en

forma dinmica la relacin simbitica e"istente entre bacterias y

fitoplancton, para lo que es necesario llevar a cabo un balance demateria de las distintas especies qumicas y biolgicas presentes en

el sistema.

continuacin se describen los m#todos empricos y

racionales ms utilizados*

2.&.2.1. %todos emp(ricos.

La utilizacin de un intervalo admisible de carga superficial

es el parmetro de dise!o ms utilizado. $omo consecuencia de la

gran variedad de situaciones en que han sido deducidos, e"iste una

gran diversidad de intervalos sugeridos por los distintos autores. La

2..0., recomienda para climas templados un intervalo de )88+

188 Ig >@27BhaWda.

2tros m#todos empricos consisten en ecuaciones deducidasa partir de datos recogidos en varias lagunas que trabajan en

condiciones similares. Los ms conocidos son los siguientes*

).4.)./.a.cuacin de Arceiala*

?elaciona la carga superficial admisible con la latitud. 0e

dedujo a partir de datos obtenidos en -ndia, es aplicable para el

dise!o en este pas y en un intervalo de latitud entre 9o

5+4o

5*


33/70


34/70


sta relacin proporciona una factor de seguridad alrededor

de /.7, para evitar que la laguna facultativa se convierta en

anaerobia.

).4.)./.d.2todo de Larsen*

l area necesaria para conseguir una reduccin prefijada en

materia orgnica en una laguna de estabilizacin facultativa se

calcula en funcin de cinco factores adimensionales, del modo

siguiente*

,T = ( + '&*7 / T#R + 1.6 / R9) 16R TT

0' 80; ' 80;* *+

estos factores adimensionales se definen como*

,T = 1*6-;&5<

> Li1/ &

e

16-

1 &

/

R =L L

L

i e

i

TT: =6*6;-7 ? L

1 &

1 &

T#R =T

T

?

a

+R9 = @uedad relatia (A)

siendo*

0 N superficie de la laguna, ft)H

7

(11)

(-)

(1')

(;)

(7)

(16)


35/70


- N radiacin solar, @tuBft)daH

K N velocidad del viento, millasBhrH

@27del efluente, mgBl.

sta ecuacin se aplica en las condiciones ms

desfavorables* intensidad de radiacin solar y temperatura media

en invierno, carga orgnica m"ima, etc.

).4.)./.e.2todo de 3lo4na*

>espu#s de estudiar los resultados obtenidos en numerosos

estanques a escala de laboratorio, planta piloto, y ms de )88

estanques en e"plotacin, Oloyna y colaboradores desarrollaron

varias frmulas que permiten establecer una relacin entre el

volumen del estanque, la temperatura, la >@27, el caudal del

influente, y la to"icidad. La primera de estas ecuaciones para laque la eficacia en la reduccin de la >@27estaba entre un 97+F7D

fue la publicada por 3ermann y Oloyna*

V 5 B C Li T= ( * )& . 16 . &.

donde*

T N volumen de la laguna, mH

5 N poblacin contribuyenteHq N produccin de agua residual por persona, lBdaH

LiN >@27del influente, mgBlH

N coeficiente de temperatura, /.8F adimensionalH


36/70


concentracin de iones sulfato presentes en el medio, y a la

to"icidad algal, obteniendo finalmente la ecuacin /1*

V>

= R 5 > Li f f (&.T)= & . 16 .* /

donde*

T, Li, ,


37/70


donde*

$ N ).9Y/8+7H> N profundidad del estanque, cmH

? N tiempo de retencin, dasH

N factor de eficacia para la conversin de la luz. ?epresentala relacin entre la cantidad de o"geno producido y

la >@27que hay que reducir en la laguna. 0e e"presa en DH

- N intensidad de la luz, calBcm)daH

>@27N carga orgnica, mgBl.

$onocido el tiempo de residencia, el caudal y la profundidad,

se puede calcular la superficie.

).4.)./.g.Relaciones de ara 4 arecos*

?ecomiendan las siguientes consideraciones de dise!o*

Ls N /88


38/70


N area de la laguna, m)H


G N caudal del influente, mBdaH

LsN carga orgnica superficial de dise!o, Ig >@27B haWda(.

2.&.2.2. %etodos racionales.

).4.).).a.2todo de la cin2tica de prier orden.

=ue desarrollado por arais y 0haQ, tambi#n es conocido

como apro"imacin de mezcla completa. ste m#todo se basa en

las siguientes hiptesis*

+ La reduccin de la materia orgnica manifiesta una cin#tica

de primer orden.

+ n la laguna se dan condiciones de mezcla completa.

+ 5o se producen p#rdidas por filtracin yBo evaporacin.

La ecuacin propuesta es*

e

i

L

L =

1

1 + k R

donde*

LeN >@27del efluente, mgBlH


I N constante de velocidad, das

+/

H? N tiempo de retencin, das.

sustituyendo ? por TBG, se puede calcular la superficie de la

laguna*

A =>

k

L

L

i

e

F

(1-)

(1;)


39/70


donde*

> N profundidad de la laguna, mH

G N caudal del influente, mBdaH

N superficie, m).

a( odificacin de iddlebrooIs.

iddlebrooIs modifica la ecuacin de arais,

proponi#ndola de la siguiente forma*

e

i

n

n

L

L =

1

1 + k R

donde*

LeN >@27del efluente, mgBlH


I N constante de velocidad, das+/H

?nN tiempo de retencin hidrulico en cada laguna, dasHn N nmero de lagunas en serie.

sta ecuacin est referida a n lagunas conectadas en serie,

para las que la eficacia m"ima se obtendr cuando el tiempo de

retencin en cada laguna sea id#ntico.

b( odificacin de ara.

@asndose en el hecho e"perimental de que la >@27de los

estanques facultativos no debe ser nunca inferior a 77 mgBl, ara

propone una modificacin al m#todo de arais y 0haQ, que

proporciona una e"presin del rea en funcin del caudal del

influente, la >@27 del influente, la constante cin#tica y la

profundidad del estanque*

A = > L .... k +

i

18

('6)

(17)


40/70


41/70


42/70


$on los datos procentes de varias lagunas e investigaciones

de laboratorio,


43/70


$8N factor de correccin para la carga orgnica.

$


44/70


45/70


N coeficiente de e"tincin, m+/Hz N profundidad, m.

0egn esta ecuacin la velocidad especfica se anulara en laoscuridad, debido a esto se ha desarrollado una ecuacin

alternativa, que incluye componentes dependientes e

independientes de la intensidad luminosa. "presa la velocidad

especfica en funcin de la temperatura, salinidad e intensidad

luminosa*

k =6*; + 6*660 ( A)

'8

+ k lT l16-'6* ( )

donde*

D N salinidad, e"presada como tanto por ciento de agua

de marH

< N temperatura, E$.

La 2..0. recomienda un tiempo de retencin mnimo de 7das si se cuenta con una sola laguna de maduracin, y das por

laguna cuando hay dos o ms trabajando en serie.

@27BhaWda, que es el intervalo de reduccin del nmero de

microorganismos indicadores de la contaminacin fecal.

2.3. CONSTRUCCIN 4 PRO(LE'AS DE LASLAGUNAS DE ESTA(ILI)ACIN.

2.).1.- *ntecedentes

14

(&')


46/70


l dise!o de lagunas no consiste solamente en determinar la

superficie y profundidad sino, particularmente en resolver un sin

nmero de detalles de construccin y especificaciones que

asegurarn un funcionamiento y estabilidad adecuado de launidad a lo largo de su vida til.

uchos informes acerca de lagunas e"istentes demuestran

una serie de defectos en su funcionamiento, averas en las

estructuras y molestias de una pobre ingeniera. Cn buen dise!o

minimiza malos funcionamientos tales como manchas

anaerbicas en una laguna facultativa, carencia de efluente por

infiltracin e"cesiva hacia el fondo, diques erosionados,crecimiento e"cesivo de maleza, proliferacin resultantes de

mosquitos, d#bil efecto de mezcla inducido por el viento,

acumulacin de sedimentos alrededor de la entrada y otras

penosas circunstancias.

dems, una buena ingeniera trae como consecuencia, casi

siempre, la reduccin en los costos por la minimizacin en el

revestimiento y la optimizacin de la e"cavacin y el relleno.

3ay muchas buenas razones para no descuidar la ingeniera

y detalles de construccin.

2.).2.- %ovimiento de +ierra

2.).2.1.- ,olumen m(nimo de movimiento de tierra

n un terreno llano es suficiente realizar una e"cavacin

poco profunda para conseguir el material requerido para la

construccin de los diques. >os condiciones son obligatorias*

/.+ l nivel de agua en la laguna debe quedar situado debajo

del nivel de la solera del ltimo tramo de la alcantarilla de llegada

si es por gravedad.

).+ l suelo removido debe ser adecuado para lacompactacin y mantener una cohesin cuando es humedecido.

1:


47/70


La tierra orgnica y la arena no son adecuadas para la

construccin de diques. normalmente, un buen material se

encuentra debajo de la superficie del suelo. ste terreno msadecuado puede ser utilizado para formar el ncleo impermeable

y estable del dique y el sobrante utilizarse para completar el dique

y para formar el talud.

>e no haber tierra disponible en el lugar de la obra, la

misma deber ser transportada de otro lugar. n este caso, pueden

surgir problemas econmicos. los suelos compresibles o plsticos

pueden afectar considerablemente el costo de la construccin, loque hara que la alternativa de lagunas de estabilizacin como

medio de tratamiento no sea econmica.

nte la presencia de un terreno adecuado, el material

e"cavado es apilado en capas y compactado sucesivamente. La

condicin ms econmica surge cuando toda la tierra requerida

para construir las represas proviene de la e"cavacin del fondo de

la laguna. ;artiendo de un punto de vista puramente geom#trico,el volumen e"cavado debe igualar al apilado. >ebe hacerse una

compensacin adicional por la e"pansin durante la e"cavacin y

la reduccin durante la compactacin. >ependiendo de la

compresibilidad de la tierra, contenido de humedad y otros

factores, por lo general el volumen de suelo que entra en la

conformacin del dique es menor al e"cavado.

n condiciones ideales, una laguna cuadrada con unasuperficie de cuatro hectreas, una profundidad en el agua de ) m,

parte libre de 8.7 m, ) m de ancho en la coronacin y pendientes

de /* en el lado hmedo y /*/.7 en el otro lado, requerira una

e"cavacin de 8.1 m de profundidad.

l sondeo del suelo con un horadador manual puede ayudar

a identificar el material disponible para estimar los costos de

construccin.

19


48/70


49/70


m de ancho y de por lo menos .8 m en instalaciones mayores

para el acceso de vehculos. La parte de la coronacin debe

consolidarse adecuadamente para evitar su deterioro como

consecuencia del trnsito y tener una geom#trica curva que evitela acumulacin del agua de lluvia.

>espu#s de terminar el movimiento inicial de la tierra, los

taludes son afinados a mano o mecnicamente por medio de

niveladora. Luego se siembra el, c#sped siempre que se disponga

de personal suficiente, y del equipo para su manutencin.

l mantenimiento de los diques consiste en cortar lasmalezas que crezcan en ellos, y procurar que haya un c#sped bien

cuidado que evite la erosin elica y les d# un aspecto agradable a

las lagunas. La parte superior de los diques puede mantenerse

acondicionada para la circulacin de vehculos. Los descensos de

nivel del dique por asentamiento deben repararse rpidamente

agregando material adicional, previo despalme y escarificacin.

2.).3. /evestimiento

l revestimiento es ms una e"cepcin que una regla. 0u

aplicacin aumenta considerablemente el costo y, por esta razn,

slo se debe utilizar en circunstancias en que no pueda evitarse.

2.).3.1.- 0mpermeabilizacin del fondo

0i la tierra es muy permeable tericamente puede suceder

que la laguna nunca complete su llenado debido a la infiltracin a

trav#s del fondo. n este caso, el nivel del agua se mantiene en un

punto donde la carga esttica, encima del fondo, es suficiente para

lograr la entrada del fluido en la tierra porosa subyacente. n la

prctica, esta situacin se supera con facilidad durante la puesta

en marcha de las lagunas anaerbicas o primarias. La retencin setorna ms difcil en el caso de lagunas secundarias o de

78


50/70


51/70


l suelo, cemento es preparado manualmente con el material

e"trado en el lugar, mezclndolo con 9+//D de cemento

;ortland, basado en slidos secos. l suelo es aflojadomanualmente con un rastrillo a una profundidad de cerca de 78

mm y se deja secar. La cantidad e"acta de cemento es colocada

sobre la arena en peque!as cantidades iguales '9 a /8 IgBm (, y

distribuidos uniformemente. continuacin se mezcla bien con el

suelo sin moverlo del lugar a fin de asegurar una capa uniforme.

=inalmente se compacta. 0i la tierra se ha dejado secar mucho

como para presentar una cohesin pobre, una cantidad mnima de

agua se a!ade cuidadosamente por medio de un envase para regar.l cuidado de curado es similar al utilizado para el concreto.

;arece ser que una cantidad de 9 Jg de cemento ;ortland

por m) de fondo de laguna es competitiva, en costo, con cualquier

otro medio de revestimiento, an a un costo de mano de obra

mucho mayor.

2.).3.2.- /evestimiento de taludes

n t#rminos generales, el revestimiento de un talud suave es

innecesario. ;ara este propsito se recomienda pendientes de / en

la vertical y 4 1 en la horizontal. n este caso las olas que

resultan de la friccin del viento reventarn en el talud

aligerndose, pero ello no significa que no da!e el talud.

n caso de pendientes ms pronunciadas el revestimientopuede hacerse obligatorio.

parentemente, el revestimiento de piedra es lo ms

recomendable para el talud, siempre y cuando el material rocoso

se pueda adquirir a bajo costo, colocndose una parte por encima

y otra por debajo del nivel del agua las piedras de diferentes

tama!os y formas se acomodan manualmente sin unirlas con

argamasa. l empedrado es un medio efectivo contra la erosin yla maleza.

7)


52/70


l rea empedrada deber tener 8./7 m de espesor y su

altura ser mayor a la prevista para las olas. l ancho mnimo

recomendable es de / m, siendo 8.7 m por encima y 8.7 m pordebajo del nivel de las aguas cuando estn tranquilas.

s probable que el empedrado acumule grasa y otros

materiales flotantes. ;or este motivo algunas personas se inclinan

a usar losas de concreto o un revestimiento de ladrillo, a pesar de

ser ms costosos, a fin de lograr una superficie ms plana.

s importante recalcar que el plantar rboles de granenvergadura en las cercanas de la laguna puede, hasta cierto

punto, reducir la friccin causada por el viento. l efecto de

mezcla y de difusin del o"igeno fotosint#tico en las capas

subterrneas depende en su mayor parte de las corrientes

inducidas por el viento. ;or lo tanto, el viento resulta, ms que un

perjuicio, un beneficio.

2.).3.3- /evestimiento polucin

;arece e"istir un inter#s general en el tema de la polucin

del agua subterrnea por causa de las infiltraciones. Oran parte del

temor se debe a la carencia de informacin acerca de la propiedad

de autopurificacin del agua subterrnea durante su migracin a

trav#s de los constituyentes del suelo. la escasa literatura e"istente

sobre el tema conduce a las siguientes conclusiones*

+ La contaminacin bacteria desaparece completamente, en

la mayora de los casos, a un par de metros del punto de

infiltracin de las aguas residuales.

+ La salinidad se reduce en gran parte mediante su dilucin y

difusin en las grandes masas de agua subterrnea.

+ La materia coloidal orgnica mineral se elimina

completamente.

+ La materia orgnica soluble se conserva prcticamenteintacta por perodos prolongados.

7


53/70


+ l nitrgeno orgnico cuando varia a nitrato no sufre un

cambio marcado y puede usarse como indicador del movimiento

de las aguas subterrneas.

n cualquier caso, la naturaleza de la polucin es qumica y

puede no e"istir problemas de salud e"cepto en circunstancias

muy especiales, tales como cuando se presentan suelos

cavernosos, tuberas de suministro de agua potable ubicadas junto

a las instalaciones de la laguna u otros.

2.).4.- tros 'etalles de onstruccin

2.).4.1.- !structuras de ingresos

"iste bastante controversia en cuanto si la tubera de

entrada a una laguna debe ir sumergida o sobre el nivel del agua.

Los argumentos a favor de las tuberas sumergidas son su bajo

costo y sencillos m#todos de construccin. Los argumentos en su

contra son* el asentamiento de lodo en caudales bajos con laconsecuente obstruccin de la tubera y la aparicin de material

asentado alrededor de la desembocadura.

Los argumentos a favor de las tuberas elevadas son la

ausencia de obstrucciones con caudales bajos porque se aseguran

velocidades mnimas mediante secciones de flujo parcial,

mientras que los canales sumergidos estn siempre llenos. l

efecto de mezcla y las condiciones de dispersin del afluente en elcuerpo de agua se aseguran debido a la turbulencia originada por

la cada del afluente. l control visual de los caudales

apro"imados es posible desde cualquier punto de la coronacin

del dique. Los argumentos en contra son* costos ms altos debido

a los soportes para las tuberas 'por ejemplo pilares de alba!ilera(

y e"posicin al vandalismo.

Las tuberas de entrada, tanto sumergidas como elevadas,debern distar de los bordes. n lagunas cuadradas la tubera de

71


54/70


entrada generalmente termina en el centro, n lagunas

rectangulares termina en un punto de la lnea central ms larga,

equidistante de tres de los lados. sto evita que las aguas crudas

lleguen hasta los bordes.

lgunos autores recomiendan tuberas de entrada

sumergidas terminando en una peque!a pieza vertical apuntada

hacia arriba a fin de que la boca no tome contacto con el material

sedimentado. sta prctica ofrece mayor riesgo de obstruccin.

2tros indican que es preferible colocar la tubera al nivel del

suelo, prolongndola unos ) m o ms por encima de unadepresin circular, de 8.7 m de profundidad y /8 m o ms de

dimetro, donde se acumular la arena por muchos a!os sin

interferir con la boca del canal.

$on frecuencia las tuberas de entrada descargan sobre una

losa de concreto de apro"imadamente / m de dimetro cuando

van sumergidas y en el caso ingresos sobre el nivel del agua

descarga sobre un revestimiento de piedra de apro"imadamente /" ) m justo debajo de la boca de la tubera para evitar la

socavacin del fondo de la laguna durante la fase de llenado.

Cno de los aspectos que debe ser mejor investigado al

proyectar lagunas de estabilizacin es el del balance hdrico,

hemos tomado lo siguiente*


55/70


ntre ms grande hagamos una laguna, ms nos vamos del

lado de la seguridad desde el punto de vista de carga orgnica,

pero ms la comprometemos desde el punto de vista del balance

hdrico. l balance hdrico suele ser dado por la ecuacin*

>e = >a + (#r + #c ) ( + # e)

(&&)

donde*

GeN caudal efluente

GaN caudal afluente de aguas residuales;rN precipitacin que cae sobre la laguna

;cN infiltracin de agua subterrnea haca la laguna 'sucede

cuando el nivel fretico est sobre el de la laguna(

N evaporacin

;e N p#rdidas por percolaci4n 'sucede cuando el nivel

fretico est por debajo del de las lagunas y #stas no se han

sellado(.

Las cantidades anteriores se pueden trabajar en metros

cbicos por da o litros por da.

nalizando el mes crtico 'de menos lluvia, el nivel fretico

ms bajo, de mayor evaporacin( el valor de G, tiene que ser

positivo. s aqu donde algunas veces se hace necesario reducir el

rea de las lagunas, y el dise!o del lado de la seguridad consiste

en hacer lagunas ms peque!as 'en rea total( y no ms grandescomo supondra quien haga un anlisis superficial del problema.

0i en un primer tanteo durante un dise!o obtenemos un

valor de G, negativo, quedan varias alternativasH entre ellas,

impermeabilizar la laguna con material arcilloso o membranas

sint#ticas. ;ero hay un recurso que puede ser ms econmico, y

#ste consiste en usar lagunas anaerobias. Cn sistema de lagunas

con anaerbicas primarias puede tener un 48D del rea de unoequivalente que use slo lagunas facultativasH lo cual es muy

74


56/70


57/70


58/70


s mejor instalar el medidor de caudal de entrada al ingreso

del sistema de tratamiento. n este caso los medidores adecuados

son el canal de ;arshall o el medidor @oQlus y ;almer.

l medidor de caudal de salida puede ser la misma

estructura de salida, si tiene la forma de un vertedero rectangular.

>e otro modo, se puede instalar en la tubera de descarga, por el

lado e"terior del dique.

La comparacin entre los flujos de entrada y salida da una

idea de la magnitud de la evaporacin e infiltracin, as como del

efecto de dilucin de la precipitacin pluvial. dems, es unmedio correcto de evaluar el desempe!o de una laguna.

stas lagunas cuentan con aliviadero. Las lagunas se dise!an

con un borde libre que da margen para el aumento de carga sobre

el vertedero de salida cuando sucede este caudal m"imo.

2.).4.- +uber(as de intercone"in

Las tuberas de intercone"in se utilizan para transferir el

efluente de una laguna a otra en casos donde se operan dos o ms

unidades en serie, tal como de una laguna anaerbica conectada a

una facultativa o una facultativa conectada a una de maduracin.

n muchos casos una tubera que atraviesa el dique, bajo el

nivel del espejo de agua, es suficiente para establecer una

intercone"in adecuada. n esta circunstancia el nivel del agua enambas lagunas mostrar una diferencial igual a la p#rdida de

carga causada por la tubera de intercone"in.

0uponiendo que ambas lagunas deban mantener niveles de

agua distintos, la estructura de salida de la primera laguna debe

empezar con algn dispositivo que le asegure un nivel constante a

ella.

7F


59/70


60/70


biofiltros. ;or consiguiente no ocurre una sedimentacin

secundaria. sto hace que la acumulacin de lodos en lagunas con

grado superior al primario sea despreciable para fines prcticos.

>eber investigarse para cada rea geogrfica el volumen de

lodo acumulado en las lagunas primarias. $omo referencia se

indica que este volumen est entre /78 y )88 /Bhab " a!o de

acumulacin de lodo hmedo.

0egn 3anish, referencia 9, la acumulacin de lodos

procedentes de los slidos sedimentables es del orden de 988/Bhab " a!o. ;ero el proceso de digestin anaerbica que se lleva

a cabo en el fondo de las lagunas reduce este volumen al valor

antes mencionado de /78+)88 /Bhab " a!o.

$uando llega el momento de remover los lodos 'de acuerdo

con lo previsto en el dise!o, y tomando en cuenta que debe haber

ms de una laguna primaria( se procede a drenar y secar la laguna

que se va a limpiar, con lo cual el volumen seco del lodo llega aser menor 'del orden de 78 /Bhab " a!o(. ;ara esta ltima

operacin debe aprovecharse la estacin seca o estiaje.

2.)..- /evisin del 'ise$o de la *lcantarilla *fluente

l tratar sobre la remocin de suelos se mostr que es ms

econmico utilizar la tierra e"cavada. >e esta manera se obtiene

una marcada elevacin del fondo y, por tanto, del nivel del aguael cual la mayor parte de las veces afecta el dise!o del emisor en

el tramo final.


61/70


0i #ste no fuera el caso, se deber efectuar una comparacin

de costos incluyendo una estacin de bombeo, previa decisin de

ahondar la laguna.

2.).&.- 0nstalaciones !uipos de las Lagunas

2.).&.1.- 5reliminares

l tratamiento de aguas residuales por medio de lagunas de

estabilizacin es un proceso natural de tratamiento biolgico. 0e

las ha desarrollado con el propsito de suministrar efluentes

adecuados para la mayora de las aguas receptoras a bajo costo yutilizando mano de obra no calificada. ;or otro lado, despu#s que

el dise!ador ha dimensionado el sistema de tratamiento los

procesos de estabilizacin, prcticamente quedarn a merced de

las fuerzas naturales y, por lo tanto, es muy poco lo que se puede

hacer adems de mantener la laguna en buenas condiciones.

$onsecuentemente, la denominacin Zoperacin de lagunasZ es un

tanto inadecuada puesto que darle mantenimiento es casi todo lo

que se puede hacer.

;or esta razn, las instalaciones, servicios y equipos de la

laguna debern ser mnimos a fin de no interferir con su

simplicidad. 0i se considera absolutamente indispensable una

planta de bombeo, el caso cambia y la operacin se hace

obligatoria. n estas ocasiones e"iste la ventaja de realizar algn

tipo de pretratamiento ya que, de cualquier forma, habr un

operador permanente.

l pretratamiento abarcar tan solo la remocin de arena,

material grueso y flotantes. n el caso de desechos industriales,

un ajuste adicional del p3 y la adicin de nutrientes podran ser

necesarios.

2.).&.2.- !staciones de bombeo

4)


62/70


63/70


64/70


limpieza mecnica. ntre los 78 y /78 ls habr que elegir

tomando en cuenta los argumentos en pro y en contra.

;ara que las rejas no se saturen con los slidos que pueda poseerel agua residual, suelen ponerse dos tipos de rejas, una de gruesos

y otra de finos

2.).&.4.- 'esarenadores

lgunas autoridades en el tema recomiendan desarenadores

como medio para minimizar la acumulacin de sedimentos en la

laguna. 0e han reportado casos de acumulacin de arena hasta tal

punto severos que surgi una isla en medio de una laguna de

relativamente poca profundidad.


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desechos industriales contienen arena en cantidades apreciables,

como son los que provienen del lavado de races y tub#rculos, del

pulimento de vidrio y mrmol, etc. stas aguas residuales pueden

ocasionar depsitos perjudiciales en las lagunas. n estasocasiones los desarenadores pueden ser tiles para la remocin de

los desperdicios.

"cepto en los casos mencionados, se debe evitar el uso de

desarenadores porque aumentan innecesariamente el nmero

horas+hombre requeridas para la operacin y mantenimiento de

las instalaciones de la laguna.

3ay varios tipos de desarenadores. Los de uso ms frecuente

son del tipo de limpieza manual. La ms simple consiste en un

canal largo y recto dotado de un vertedero adecuado y con seccin

transversal de tal forma que el agua residual fluya a una velocidad

constante de apro"imadamente 8. mBs, independientemente del

caudal. Cna buena combinacin es un canal trapezoidal con canal

;arshall.

La arena removida podr contener materia putrescible en

alta proporcin que, por lo tanto, debe ser enterrada.

Los desarenadores se pueden reemplazar por una depresin

en el lecho de la laguna, justo debajo del e"tremo de la tubera de

entrada. sta e"cavacin deber tenerse suficiente volumen para

almacenar materia asentada durante un par de a!os.

2.).&..- ,ivienda del operador

0e recomienda que el operador habite junto a la laguna a fin

de que tome inter#s en la buena marcha de las instalaciones y vele

porque no se produzcan inmundicias. n este caso un slo hombre

ser suficiente para realizar el trabajo relacionado con la

operacin y el mantenimiento de una laguna de mediano tama!o.

5o hay mucho que hacer y con frecuencia habr tiempo de sobrapara otras tareas fuera del sitio de la laguna tales como desobstruir

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alcantarillas y ayudar al personal de mantenimiento del sistema de

alcantarillado.

2.).&.&.- Suministro de agua

0e deber instalar algn medio de abastecimiento de agua en

el sitio de la laguna, especialmente si hay una vivienda para el

operador. >e cualquier modo, el operador necesita, por lo menos,

lavar sus manos y las herramientas con agua inobjetablemente

limpia. La mejor solucin es conectar la instalacin de agua al

servicio pblico, pero si esto no es posible por razones

econmicas o t#cnicas, se podr proveer un suministro local

similar a los que se utilizan en granjas alejadas, obteniendo aguasubterrnea mediante un molino de viento, por ejemplo. 0i el

operador no reside junto a la laguna, un pozo con torno ser

suficiente en instalaciones peque!as.

5o debe olvidarse que el tratamiento por lagunas de

estabilizacin es una solucin de ndole econmica. ;or lo tanto,

incluir aparatos costosos en sus instalaciones equivale a

desperdiciar dinero valioso.

2.).&.).- 0nstalacin elctrica

0i se va a instalar una estacin de bombeo o una vivienda

para el operador, deber suministrarse energa el#ctrica.

Oeneralmente no es difcil traer un cable el#ctrico pero, en caso

contrario, se puede instalar un generador diesel.

La energa el#ctrica se usa, entonces, para hacer funcionar

las bombas y los artefactos dom#sticos. n este caso es

aconsejable iluminar lugares tales como construcciones, veredas,

puntos de muestreo y medicin de caudal, entradas y salidas,

cercas, rejas, etc. sto contribuye a la seguridad.

0i no se cuenta con una estacin bombeo o vivienda para el

operador, la energa el#ctrica es de poca utilidad, an si se instala

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un peque!o laboratorio, ya que las instalaciones de la laguna

deben ser baratas.

2.).&.6.- Laboratorio

n pases en vas de desarrollo lo no se puede esperar

mucho del operador, quien se encarga generalmente de la

operacin y el mantenimiento de la laguna. Cn laboratorio

razonable requiere de un profesional del grado medio por lo

menos. no ser que e"ista efectuar trabajos de investigacin, no

vale la pena contratar personal altamente remunerado.

0in embargo, hay pruebas simples que un obrero no

calificado puede realizar despu#s de un breve entrenamiento,

determinaciones sencillas tales como leer un termmetro, un

medidor de caudal, un cono -mhoff, un papel indicador del p3 o

identificar olores y colores. ste trabajo ayuda a mantener al

operador contento y a que se sienta importante y que no se aburra

o fastidie con la monotona de su trabajo.

l laboratorio de la laguna debe limitarse a cumplir pruebas

rudimentarias. s an, las instalaciones para la recoleccin y

preservacin de muestras pueden incluirse si las pruebas se van a

hacer en el laboratorio principal. n este caso el operador estar a

cargo de recolectar y etiquetar las muestras y se le deber entrenar

para desempe!ar estas funciones correctamente.

2.).&.7.- !stacin meteorolgica

Cna vez ms, en caso de e"istir inter#s por trabajos de

investigacin, se pueden instalar instrumentos meteorolgicos a

fin de mejorar los conocimientos sobre la influencia de las

condiciones climticas locales. La estacin puede contar con un

anenmetro, termmetro, evaporimetro, higrmetro, pluvimetro,

actinmetro, etc. 5ormalmente no lo maneja el operador de la

laguna, salvo casos muy especiales.

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2.).&.18.- *cciones de emergencia9 telfono alarmas

primeros au"ilios

;ueden suscitarse accidentes en el lugar de la laguna. Losoperadores, visitas y e"tra!os estn sujetos a contingencias,

pudiendo resultar heridos, caerse a la laguna y hasta ahogarse.

fin de reducir al mnimo las consecuencias de estos infortunados

hechos, habr de tenerse a la mano ciertos artefactos de

emergencia, ya que generalmente las lagunas estn distantes de

las reas urbanas de las cuales se puede obtener ayuda.

l tel#fono es un medio relativamente barato y sumamenteefectivo para lograr el tipo adecuado de ayuda.

Cna alarma, como por ejemplo una sirena, puede utilizarse

para atraer la atencin de personas que se encuentran cerca

cuando el operador se halla solo, mal herido y sus movimientos

estn obstaculizados, laboratorio o si est socorriendo a un herido

o ahogado y no puede dejarlo solo.


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pueden reducir considerablemente los costos de mantenimiento

seleccionando sensatamente la especie de pasto a sembrar.

2.).&.12.- 0mplementos :erramientas de mantenimiento

La mayora de las instalaciones se mantienen mediante

simple operaciones.

Lo adecuado es contar, por ejemplo, con desnatadoras,

implementos de jardinera tales como rastrillo, azada, zapapico,

pala, gra de tijeras guada!a, y herramientas tales como llave de

manguera, llave para tubos serrucho, desarmador, martillo,cortadora, taladro, alicates, tijeras, prenda* protectoras, cascos,

botas y guantes de jebe, etc.

Cn bote peque!o o bote salvavidas sern de utilidad para

recolectar muestras.

$on estas ayudas el operador puede efectuar peque!as

reparaciones de compuertas de madera, tuberas, accesorios y

otros dispositivos as como mantener las instalaciones en buenestado.

2.).).- /esumen

n muchas plantas convencionales de tratamiento de aguas

residuales, se pueden alcanzar los requerimientos de calidad del

efluente a trav#s de una operacin eficiente. n las lagunas de

estabilizacin, la operacin eficiente es importante, pero lacalidad del efluente est determinada por las condiciones

climticas y, principalmente, por la temperatura y la luz solar.

$uando los ingenieros dise!an lagunas de estabilizacin, saben

que la calidad del efluente cambiar de un mes al otro, de una

semana a otra, e incluso de un da a otro. 0in embargo, las

autoridades de salud pblica demandan que los proyectistas

indiquen cul ser la calidad del efluente.

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DISEÑO DE LAGUNAS DE OXIDACION 1