Lagunas de EstabilizacinLaguna primaria Laguna terciaria usada para riego

Laguna secundaria

Efluente

Ing. Pedro E. Ortiz

UNITEC Tegucigalpa

Junio 2011

Manejo Integral RECURSO HDRICO

AGRO

CIUDAD

Aguas Residuales

CEPIS/OPS

TRATAMIENTO ADECUADO

TRATAMIENTOO B J E T I

REMOCIN DE:MATERIA ORGNICA NUTRIENTES

PARSITOSBACTERIAS Y VIRUS PATGENOS

VOTECNOLOGIA APROPIADA PARA PASES INDUSTRIALIZADOS

LAGUNA DE ESTABILIZACIN

COSTO: INVERSIN + OPERACIN + MANTENIMIENTOCEPIS/OPS

IntroduccinLas lagunas de estabilizacin constituyen una de las formas mas simples para el tratamiento de aguas residuales. Hay diferentes combinaciones de lagunas que requieren diferentes niveles de operacin y de rea.Lagunas cuyo objetivo es la reduccin de materia orgnica carboncea.

Lagunas Faculticas Sistemas de lagunas anaerbicos seguidas por lagunas facultativas Lagunas aireadas facultativas Sistemas de lagunas aireadas de mezcla completa con laguna de decantacin

Lagunas cuyo objetivo es la remocin de patgenos Lagunas de maduracin La utilizacin de lagunas en Honduras es conveniente las razones siguientes: Disponibilidad de rea Clima favorable ( temperatura y radiacin solar) Operacin simple Requiere poco o ningn equipo

Clasificacin de las de lagunasPor el contenido de oxgeno Anaerobia Aerobio

FacultativaAireada --- Aireacin artificial

Por su ubicacin con otros procesos

PrimariasSecundarias

Maduracin

Por su Secuencia En paralelo

En serie

Objetivos de una laguna de estabilizacin

PrimariaReduccin de compuestos orgnicos ( DBO y DQO ) tanto soluble como total Reduccin de slidos suspendidos Reduccin de parsitos Nematodos > 10 das > cargas

Reduccin de costos de construccin superficiales

SecundariaReduccin de Coliforme fecal al nivel deseadoComplementar reduccin de nematodos

Reducir a los niveles requeridos la concentracin de otros contaminantes ( DBO, nutrientes y algas ) Minimizar la influencia de la estratificacin termal

Caractersticas principales de los sistemas de LagunasDescripcin Caracterstica Facultativa Anaerobia facultativa 70 - 90 30 - 50 20 - 60 60 99.9 1.5 - 3.5 0 Aireada Facultativa 70 - 90 30 - 50 20 - 60 60 96 0.3 0.6 1.0 1.7 Aireada MC Decantacin 70 - 90 30 - 50 20 - 60 60 99 0.2 - 0.5 1.0 - 1.7

Eficiencia

DBO (%) Nitrgeno (%) Fosforo (%) Coliformes (%) Area (m2) Potencia (W/hab)

70 - 85 30 - 50 20 - 60 60 - 99 2.0 - 5.0 0

Requisitos costos

Obra civil

10 - 30

10 - 25

10 - 25

10 - 25

Lagunas AnaerbicasEs esencial una operacin en condiciones estrictamente anaerbicas, que se propicia lanzando grandes cargas de DBO por unidad de volumen, haciendo que la tasa de consumo de oxgeno sea mucho mayor que la tasa de produccin. La estabilizacin es lenta por el hecho de que la bacterias anaerbicas se reproducen a una tasa baja, que depende en gran medida de la temperatura, son usualmente profundas del orden de 4 a 5m, esto es importante porque limita la penetracin del oxgeno producido en la superficie a las zonas bajas. Por ser mas profundas el rea superficial es menor. La eficiencia de remocin de DBO es del orden del 50 al 60 %, lo que implica la necesidad de un tratamiento posterior, sin embargo esto proporciona una substancial economa ya que el requisito de rea total es 2/3 del rea de una laguna facultativa nica Su aspecto fsico es de coloracin negra o gris, cuando por efecto de una carga adecuada presentan condiciones de fermentacin del metano. Se utilizan como una primera etapa en el tratamiento de aguas residuales domsticas e industriales.

CO2

CH4

Descripcin del proceso

Orgnicos complejosCarbohidratos, protenas, lpidos Bacterias fermentativas(hidrlisis) Orgnicos simples Azcares, aminocidos, pptidos Bacterias fermentativas acidognesis Acidos orgnicos

Propano y buriatico, etcBacterias acetognicas acetogenesis

Bacterias acetognicas productoras de Hidrgeno

H2 + CO2

ACETATOBacterias acetognicas consumidoras de H

Bacterias metanognicas

CH4 + CO2Metanognicas hidrogenotrficas Metanognicas acetoclsticas

Ventajas: Bajo Costo por su reducida rea

Tratamiento de altas concentraciones Eficiente para el tratamiento de desechos industriales biodegradables. Desventajas: Sensibles a factores tales como: temperatura, variaciones bruscas de carga, pH. Aspecto poco agradable debido a la acumulacin de natas. Efluente con alto contenido de matera orgnica y color --- Necesita otro tratamiento. Tasas de mortalidad bacteriana muy reducida. Malos olores ocacionalmente. Limpieza frecuente por la rpida acumulacin de slidos.

Laguna anaerobia

Criterios de proyectoLos principales parmetros de diseo para una laguna anaerbica son: Tiempo de retencin: se basa en el tiempo necesario para la reproduccin de las bacterias anaerbicas, normalmente se estable entre 3 a 6 das. Con un tiempo inferior a 3 das puede ocurrir que la tasa de salida de las bacterias metanognicas sea mayor que su tasa de reproduccin y con un tiempo mayor a 6 das podra funcionar como una laguna facultativa, que no es conveniente por la produccin de oxgeno que es fatal para la bacterias metanognicas. V = t*Q V = volumen de la laguna en m3 T = tiempo de retencin en das Q = caudal de diseo en m3/d

Tasa de aplicacin Volumtrica: la tasa a ser adoptada depende de la temperatura, lugares mas calientes permiten una mayor tasa. El considerar una carga volumtrica es importante especialmente en las descargas industriales, porque puede variar bastante la relacin entre a Caudal y la concentracin de DBO. Aqu el tiempo de retencin seria inapropiado. Las tasa ms usadas varan entre 0.1 0.3 kg DDO5/m3.d V = COT/CV V = volumen de la laguna en m3 COT = carga orgnica total aplicada en kg DDO5/d CV = Carga volumtrica en kg DDO5/m3.d

Lagunas facultativasSon aquellas donde la estabilizacin de las aguas residuales se lleva a cabo mediante una combinacin de bacterias aerbias, facultativas y anaerbias. Estas lagunas se excavan en el terreno y se alimentan con agua residual procedente de un proceso previo de desbaste o con el efluente de un tratamiento primario. Los slidos de gran tamao sedimentan para formar una capa de fango anaerbio, los materiales orgnicos slidos y coloidales se oxidan por la accin de las bacterias aerbias y facultativas, empleando el oxgeno generado por las abundantes algas presentes en la superficie. El dixido de carbono ( CO2) que se produce en el proceso de oxidacin orgnica, sirve como fuente de carbono para las algas. La descomposicin anaerobia de los slidos de la capa de fango permite la produccin de compuestos orgnicos disueltos y de gases como el CO2, H2S, CH4 y el NH3 que se oxidan por las bacterias aerobias o se liberan a la atmsfera.

Reacciones en lagunas facultativas

LAGOAS FACULTATIVAS

Princpios de funcionamiento

Lagunas de Estabilizacin

Laguna Facultativa

Ventajas Satisfactoria remocin de patgenos Eficiente remocin de DBO. Fcil de construir, mantener y operar. No requiere equipamiento.

Desventajas Elevados requisitos de rea. La simplicidad de operacin puede traer un descuido en el mantenimiento. Dificultad de cumplir con la normativa. Posible necesidad de remover algas. Posible crecimiento de insectos. Es afectada por las condiciones climticas. Es afectada por los compuestos txicos.

Satisfactoria resistencia a las variaciones de carga. Remocin de lodo espaciado entre 10 20 aos.

Influencia de las condiciones ambientalesFactorRadiacin solar Temperatura

Influencia Velocidad de fotosntesis

Viento

Velocidad de fotosntesis Tasa de descomposicin bacteriana Solubilidad y transferencia de gases Condiciones de mezcla Condiciones de mezcla Reaireacin atmosfrica

Criterios de proyecto, lagunas facultativas

Regiones con invierno caliente y elevada insolacin Regiones con invierno caliente y moderada insolacin Regiones con invierno frio y baja insolacin

COS = 240 350 kg DBO5/ha.d COS = 120 240 kg DBO5/ha.d COS = 100 180 kg DBO5/ha.d

Tiempo de retencinEl criterio se fundamenta en que el agua residual permanezca el tiempo necesario para que los microorganismos realicen la estabilizacin de la materia orgnica en la laguna. El tiempo de retencin se relaciona por lo tanto con la actividad de las bacterias, sirve para calcular el volumen de la laguna, mediante la expresin siguiente:

V = t*QV = volumen de la laguna en m3 t = tiempo de retencin en das Q = caudal medio afluente en m3/d

El tiempo de retencin varia tambin con las condiciones locales, especialmente con la temperatura del liquido. Usualmente se adoptan tiempos entre 15 y 45 das

Profundidad de la laguna facultativaLa profundidad de la laguna es un balance entre el volumen y el rea requerida, H=V/A, la tendencia ha sido usar lagunas poco profundas, con profundidades variando entre 1.5 3.0m.

Aspectos relacionados con la profundidad de la lagunaSecaSe pueden comportar totalmente aerbicas Area requerida elevada Penetracin de la luz total Mxima produccin de algas, pH elevado

ProfundaMenos dao por condiciones ambientales Menor rea requerida La camada inferior permanece anaerobia Libera subproductos por digestin anaerbica

Mayor remocin de patgenosCrecimiento de vegetacin emergente

Menor remocin de patgenosPermiten expansin futura (aireadores)

Afectada por variaciones de temperatura

Mayor H, para almacenamiento de lodo

Modelos de rgimen hidrulicosModelo Hidrulico Esquema Caractersticas La partculas entran continuamente en una extremo del tanque, pasan a travs del mismo y son descargadas en el otro extremo, en la misma secuencia en que entran, las partculas conservan su identidad y permanecen un tiempo igual al de retencin. Se logra en tanques largos La partculas que entran en el tanque son inmediatamente dispersadas en todo el reactor, el flujo de entrada y salida es continuo, las partculas dejan el tanque en proporcin a su distribucin estadstica. Se obtiene en tanque cuadrados o circulares. El flujo es arbitrario y se obtiene en un sistema con un grado de mezcla intermedio entre flujo pistn y mezcla completa, en la realidad la mayor parte de los reactores trabajan as.

Flujo Pistn

Mezcla Completa

Flujo Disperso

Eficiencia en la remocin de contaminantes (reaccin de primer orden) Flujo Pistn Lagunas en serie Flujo disperso Mezcla completa Mayor eficiencia

Menor eficiencia

Frmulas para el clculo de la concentracin de DBO soluble en el efluente

Lagunas de MaduracinIntroduccinEl objetivo principal es la remocin de patgenos y no la reduccin adicional de DBO. Son una alternativa para la desinfeccin del efluente y mas barata que los mtodos tradicionales como la desinfeccin. su colocacin en serie o con flujo pistn es ms efectiva .Los factores que intervienen en el proceso son: Sedimentacin, escasez de alimento, rayos ultravioletas, organismos predadores, competencia y toxinas producidas por algunas especies en el medio, altas temperaturas y valores de pH, varios de estos mecanismos son mas efectivos al reducir la profundidad de la laguna. Usualmente logran reducir totalmente los helmintos Los principales parmetros de diseo para una carga dada son el rgimen hidrulico adoptado y el tiempo de retencin.

El rgimen hidrulico tiene una gran eficiencia en la remocin de coliformes, en orden descendente la eficiencia es la siguiente: Flujo pistn Lagunas en serie Flujo disperso Mezcla completa

Parmetros de diseo para lagunas de Maduracin Carga superficial < 75% de la ltima laguna facultativa preferible < 20 Kg DBO ha/da Profundidad = 0.80 - 1.5 m Tiempo de retencin = entre 3 - 6 das Rgimen hidrulico = pistn Numero de dispersin = entre 0.1 a 0-3 (d = 1/(L/B) Arreglo del sistema = En serie, por lo menos 3 lagunas

Coeficiente de decaimiento bacteriano,

Kb = 0.917*H-0.877* t -0.329

BablesLagunas en serie

Lagunas AireadasSon empleadas generalmente como primera unidad de un sistema, en casos donde la disponibilidad de terreno es limitada o para el tratamiento de desechos domsticos con altas concentraciones y desechos industriales, son muy utilizadas en climas fros. El efluente es de buena calidad si se coloca seguidamente una laguna de decantacin.

Tipos de lagunas Lagunas aireadas de mezcla completa. Lagunas aireadas facultativas. Laguna facultativa con agitacin mecnica. Laguna de oxidacin aireada. Los dos primeros tipos de lagunas, deben ser complementadas con lagunas facultativas diseadas con la finalidad de tratar el efluente de la laguna primaria, asimilando una gran cantidad de slidos en suspensin.

Lagunas aireadas de mezcla completaEn estas lagunas se mantiene la biomasa en suspensin, con un alta densidad de energa instalada( >15 W/m3). Son consideradas como un procesos incipiente de lodos activados sin eliminacin y recirculacin de lodos y la presencia de algas no es aparente. la profundidad en este tipo de lagunas varia entre 3 y 5 m y el perodo de retencin entre 2 y 5 das. Se recomienda el uso de aireadores de baja velocidad de rotacin.

Lagunas aireadas de mezcla completa y laguna de decantacin

Ventajas Construccin, Operacin y manutencin simples en comparacin con aireacin extendida o lodos activados. Menores requisitos de rea que todos los sistemas de lagunas. Mayor independencia climticas. de las condiciones

Desventajas No es eficiente para remover patgenos Necesidad de equipamiento

Requisitos de energa relativamente altos Requisitos de rea todava elevados Operacin ms complicada que en lagunas anaerobicas y facultativas. Necesidad de remover el lodo en forma contnua o peridica.

Buena eficiencia para remocin de DBO. Satisfactoria resistencia a las variaciones de carga. Reducidas posibilidades de malos olores

Parmetros de diseoUn tiempo de retencin mayor de 1 da, para sedimentacin de slidos en suspensin.El volumen para acumulacin de lodos debe calcularse separadamente. Los dispositivos de entrada y salida deben evitar al mximo el aparecimiento de zonas muertas. Para evitar el crecimiento de algas, se recomienda un tiempo de detencin menor de 2 das. En lugares calientes debe tener la posibilidad de trabajar a nivel variable, de modo de mantener un tiempo de retencin prximo a un da.

Remocin de slidos en lagunas aireadasLa remocin de slidos en suspensin de las lagunas aireadas debe hacerse con decantacin, generalmente se utilizan lagunas de decantacin.

Para el control de olores una altura entre 1 y 2 m de agua debe mantenerse sobre el lodo.La profundidad de la normalmente entre 3 y 5 m. laguna varia

Se estima que entre el 40 y 60 % de los slidos voltiles son degradados cada ao en la lagunas

Rejas y Desarenador

Puesta en marcha Laguna Anaerbica Deber realizarse empleando agua residual cruda. El llenado deber ser lento para evitar la produccin de malos olores. Al inicio y durante dos o mas das se aplicara una lmina de agua entre 25 a 35 centmetros. Cuando se alcanza la altura de agua indicada se interrumpe el flujo para que se desarrollen los microorganismos responsables de la estabilizacin, esto puede tomar aproximadamente una semana, justamente antes de que aparezcan o se desarrollen las algas en forma masiva.

A continuacin, diariamente se aplicar una lmina de agua equivalente a la mitad de la tasa de diseo (g DBO/m3 ), hasta alcanzar el nivel de los vertederos de salida. Alcanzada la altura de rebose de los vertederos se proceder a nivelar horizontalmente los mismos, de manera que el tirante se uniforme.

Concluida la nivelacin, se proceder a alimentar la laguna con el caudal disponible.

Puesta en marcha laguna facultativa Llenar la laguna con agua cruda en forma lenta. Al inicio y durante dos o mas das aplicar una lmina de agua del orden de los 30 centmetros. Alcanzada la altura indicada se espera a que aparezcan las algas que puede tomar en condiciones normales, dos semanas o mas Una vez que el color se haya tornado verde por el crecimiento de las algas se aplica el caudal disponible hasta llegar al nivel de rebose de los vertederos de salida.

Alcanzada la altura de rebose de los vertederos se proceder a nivelar horizontalmente los mismos, de manera que el tirante se uniforme e igual en todas ellas.

Personal requerido para la gestin de las lagunasPersonalJefe de planta Operador Electromecnico Laboratorista Obrero Chofer vigilante Total Poblacin 10,000 0 0 0 0 1 0 1 2 Poblacin 25,000 0 1 0 1 2 1 1 6 Poblacin 50,000 1 2 0 1 4 1 1 10 Poblacin 100,000 1 2 1 1 6 1 3 15 Poblacin 250,000 1 2 1 2 10 2 5 23

Equipo de laboratorio requeridoPara el control operacional se requiere como mnimo el equipamiento siguiente:

Medidor de pH porttilMedidor de oxigeno disuelto Termmetros Limngrafo Muestreadores automticos.

Monitoreo Operacional Caudal de entrada y salida Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) Temperatura pH Oxgeno Disuelto Slidos Sedimentables Turbidez

Vestimenta del operador1 3

2 4

5

6

Recoleccin de aguas lluvias

Proliferacin de insectos

Batimetra y extraccin de lodo

Tipos de reuso Riego agrcola

Irrigacin de jardines Riego forestal y pastos Acuacultura

Recarga de acuferos Industrial Recuperacin de ros

Proteccin de reas costeras

MODULO DE TRATAMIENTO Y USO

100 l/s50,000 hab.

(9 ha)

ACUICULTURA (9 ha) FORRAJES (24 ha)

vvvvvvvvvvvvvvv vvvvvvvvvvvvvvv vvvvvvvvvvv vvvvvvvvvvvvv vvvvvvvvvvv

4,400 kg/ha

HORTALIZAS (17 ha) FORESTACIN (40 ha)CEPIS/OPS

Sin alimentacin suplementaria !!!!

Reuso de agua en agricultura, El Zamorano

Plantacin de frijoles

Riego de maz y frijoles

Elaboracin de Compost

El atractivo de reusar aguas residuales en la agricultura El agua residual contiene el 99.9% de agua. Suministro permanente independiente de la Ahorro fertilizantes 225 kg nitrgeno 45 kg fsforo EUA $ 135/Ha Menos tiempo para cosecha (hasta 3 cosechas anuales) Mejor produccin por Hectrea 28% Trigo 30% Papa 42% Algodn 47% Arroz 200% Tomate 250% Maz

estacin.Contiene nutrientes y materia orgnica, beneficiosos para las plantas.

La calidad del agua depender del tipo de cultivo.Previene la contaminacin de los cursos de agua.

Potencial de Calentamiento Global

Fuente: Villareal & Zambrano (2006)

FRANJAS FORESTALES DE PLANTAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACINCADA HECTREA DE BOSQUE

PRODUCE 600 kg OXGENO/DA ABSORBE 1,000 kg C02/DA RETIENE 30 TM PARTCULAS/AO APORTA AIRE PURO PARA 230 PERSONAS

LAGUNAS DE PARANO, BRASIL