Lagunas de Oxidacion o Estabilizacion

Lagunas de Oxidacin o Estabilizacin 2011

1 Facultad de Ingeniera Qumica y Ambiental


Introduccin



OBJETIVOS

Conocer el campo de trabajo del ingeniero ambiental Saber a donde llegan finalmente las aguas residuales del

alcantarillado. Conocer el tratamiento que se le hace a las aguas residuales

urbanas. Determinar las ventajas y las desventajas que podran beneficiar y

afectar al ambiente y a las personas.



RESUMEN

Las primeras lagunas de estabilizacin fueron en realidad embalses construidos como sistemas reguladores de agua para riego. Se almacenaban los excedentes de agua residual utilizada en riegos directos, sin tratamiento previo. En el curso de este almacenamiento se observ que la calidad del agua mejoraba sustancialmente, por lo que empez a estudiarse la posibilidad de utilizar las lagunas como mtodo de tratamiento de aguas residuales.

La tecnologa de lagunas de estabilizacin es uno de los mtodos naturales ms importantes para el tratamiento de aguas residuales. Las lagunas de estabilizacin son fundamentalmente reservorios artificiales, que comprenden una o varias series de lagunas anaerobias, facultativas y de maduracin. El tratamiento primario se lleva a cabo en la laguna anaerobia, la cual se disea principalmente para la remocin de materia orgnica suspendida (SST) y parte de la fraccin soluble de materia orgnica (DBO5). La etapa secundaria en la laguna facultativa remueve la mayora de la fraccin remanente de la DBO5 soluble por medio de la actividad coordinada de algas y bacterias heterotrficas. El principal objetivo de la etapa terciaria en lagunas de maduracin es la remocin de patgenos y nutrientes (principalmente Nitrgeno). Las lagunas de estabilizacin constituyen la tecnologa de tratamiento de aguas residuales ms costo-efectiva para la remocin de microorganismos patgenos, por medio de mecanismos de desinfeccin natural. Las lagunas de estabilizacin son particularmente adecuadas para pases tropicales y subtropicales dado que la intensidad del brillo solar y la temperatura ambiente son factores clave para la eficiencia de los procesos de degradacin.



MARCO TERICO

1.- Concepto

Las lagunas de estabilizacin son el mtodo ms simple de tratamiento de aguas residuales provenientes de los alcantarillados sanitarios que existe. Estn constituidos por excavaciones poco profundas cercadas por taludes de tierra. Generalmente tiene forma rectangular o cuadrada y una profundidad de 1 a 3 metros y lo ancho y forma depende del terreno con que se cuenta para dicha actividad. Este sistema cuenta con 4 lagunas: laguna anaerobia, laguna aerobia, laguna facultativa y laguna de maduracin.La eficiencia de la depuracin del agua residual en lagunas de estabilizacin depende ampliamente de las condiciones climticas de la zona, temperatura, radiacin solar, frecuencia y fuerza de los vientos locales, y factores que afectan directamente a la biologa del sistema.Al final de este tratamiento esta agua se puede utilizar para el riego de reas verdes y cultivos.

La eliminacin de la materia orgnica en las lagunas de estabilizacin es el resultado de una serie compleja de procesos fsicos, qumicos y biolgicos.

OBJETIVOS DE LA LAGUNA DE OXIDACION:



1. Remover de las aguas residuales la materia orgnica que ocasiona la contaminacin.

2. Eliminar microorganismos patgenos que representan un grave peligro para la salud.

3. Utilizar su efluente para reutilizacin, con otras finalidades, como agricultura.

2.- Procesos biolgicos ms importantes

2.1. Oxidacin de la materia orgnica por bacterias aerobias.

La respiracin bacteriana provoca la degradacin de la DBO5 del agua residual hasta CO2 y H2O produciendo energa y nuevas clulas.

2.2 Produccin fotosinttica de oxgeno.

La fotosntesis algal produce, a partir de CO2, nuevas algas, y O2, que es utilizado en la respiracin bacteriana.

3.2 Digestin anaerbica de la materia orgnica con produccin de metano.

CHONS + H2O CH4 + CO2 + C5H7NO2 + NH3 + H2S + calor Materia nuevas clulas Orgnica bacterianas



3. Tratamiento de aguas residuales en lagunas de estabilizacin

3.1 Tratamiento primario se se lleva a cabo en:

Lagunas anaerobias

El tratamiento se lleva a cabo por la accin de bacterias anaerobias. Como consecuencia de la elevada carga orgnica y el corto periodo de retencin del agua residual, el contenido de oxgeno disuelto se mantiene muy bajo o nulo durante todo el ao. El objetivo perseguido es retener la mayor parte posible de los slidos en suspensin, que pasan a incorporarse a la capa de fangos acumulados en el fondo y eliminar parte de la carga orgnica.

La estabilizacin es estas lagunas tiene lugar mediante las etapas siguientes. Hidrlisis: los compuestos orgnicos complejos e insolubles en otros

compuestos ms sencillos y solubles en agua. Formacin de cidos: los compuestos orgnicos sencillos generados en la

etapa anterior son utilizados por las bacterias generadoras de cidos. Producindose su conversin en cidos orgnicos voltiles.

Formacin de metano: una vez que se han formado los cidos orgnicos, una nueva categora de bacterias acta y los utiliza para convertirlos finalmente en metano y dixido de carbono

Las lagunas anaerobias suelen tener profundidad entre 2 y 5 m, el parmetro ms utilizado para el diseo de lagunas anaerobias es la carga volumtrica que por su alto valor lleva a que sean habituales tiempos de retencin con valores

comprendidos entre 2-5 das



3.1 Tratamiento secundario se se lleva a cabo en:

Lagunas facultativas

Son aquellas que poseen una zona aerobia y una anaerobia, siendo respectivamente en superficie y fondo. La finalidad de estas lagunas es la estabilizacin de la materia orgnica en un medio oxigenado proporcionando principalmente por las algas presentes (Rolim, 2000). En este tipo de lagunas se puede encontrar cualquier tipo de microorganismos, desde anaerobios estrictos, en el fango del fondo, hasta aerobios estrictos en la zona inmediatamente adyacente a la superficie. Adems de las bacterias y protozoarios, en las lagunas facultativas es esencial la presencia de algas, que son los principales suministradoras de oxgeno disuelto.

El objetivo de las lagunas facultativas es obtener un efluente de la mayor calidad posible, en el que se haya alcanzado un elevada estabilizacin de la materia orgnica, y una reduccin en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes. La profundidad de las lagunas facultativas suele estar comprendida entre 1 y 2 m para facilitar as un ambiente oxigenado en la mayor parte del perfil vertical.

Las bacterias y algas actan en forma simbitica, con el resultado global de la degradacin de la materia orgnica. Las bacterias utilizan el oxgeno suministrado por las algas para metabolizar en forma aerbica los compuestos orgnicos. En este proceso se liberan nutrientes solubles (nitratos, fosfatos) y dixido de carbono en grandes cantidades, estos son utilizados por las algas en su crecimiento. De esta forma, la actividad de ambas es mutuamente beneficiosa

En la siguiente figura se representa un diagrama de la actividad coordinada entre algas y bacterias.



En una laguna facultativa existen tres zonas:

1. Una zona superficial en la que existen bacterias aerobias y algas en una relacin simbitica, como se ha descrito anteriormente.

2. Una zona inferior anaerobia en la que se descomponen activamente los slidos acumulados por accin de las bacterias anaerobias.

3. Una zona intermedia, que es parcialmente aerobia y anaerobia, en la que la descomposicin de los residuos orgnicos la llevan a cabo las bacterias facultativas. Los slidos de gran tamao se sedimentan para formar una capa de fango anaerobio. Los materiales orgnicos slidos y coloidales se oxidan por la accin de las bacterias aerobias y facultativas empleando el oxgeno generado por las algas presentes cerca de la superficie. El dixido de carbono, que se produce en el proceso de oxidacin orgnica, sirve como fuente de carbono por las algas. La descomposicin anaerobia de los slidos de la capa de fango implica la produccin de compuestos orgnicos disueltos y de gases tales como el CO2, H2S y el CH4, que o bien se oxidan por las bacterias aerobias, o se liberan a la atmsfera.



Zonas de la una laguna facultativa

3.1 Tratamiento terciario se se lleva a cabo en:

Lagunas de maduracin

Estas lagunas reciben el efluente de laguna facultativas y su tamao y nmero depende de la calidad bacteriolgica requerida en el efluente final. Las lagunas de maduracin son unidades poco profundas (1.0-1.5 m) y presentan menos estratificacin vertical, al tiempo que exhiben una buena oxigenacin a travs del da en todo su volumen. La poblacin de algas es mucho ms diversa en las lagunas de maduracin comparada con las laguna facultativas. Por lo tanto, la diversidad algal incrementa de laguna en laguna a lo largo de la serie. Los principales mecanismos de remocin de patgenos y de coliformes fecales en particular son gobernados por la actividad algal en sinergia con la foto-oxidacin.

Adems de su efecto desinfectante, las lagunas de maduracin cumplen otros objetivos, como son la nitrificacin del nitrgeno amoniacal, cierta eliminacin de nutrientes, clarificacin del efluente y consecucin de un efluente bien oxigenado.



4. Ventajas e inconvenientes de las lagunas de estabilizacin

4.1. Ventajas.

La estabilizacin de la materia orgnica alcanzada es muy elevada. La eliminacin de microorganismos patgenos es muy superior a la

alcanzada mediante otros mtodos de tratamiento. Presentan una gran flexibilidad en el tratamiento de puntas de carga y

caudal. Pueden emplearse para el tratamiento de aguas residuales industriales

con altos contenidos en materia biodegradables. Desde el punto de vista econmico, es mucho ms barato que los

mtodos convencionales, con bajos costos de instalacin y mantenimiento.

El consumo energtico es nulo.



En el proceso de lagunaje se generan biomasas potencialmente valorizables una vez separada del efluente.

4.2. Inconvenientes.

La presencia de materia en suspensin en el efluente, debido a las altas concentraciones de fitoplancton.

Ocupacin de terreno, que es superior a la de otros mtodos de tratamiento.

Las prdidas considerables de agua por evaporacin en verano.

5. Factores climticos que afectan a las lagunas

5.1. Temperatura. Las reacciones fsicas, qumicas y bioqumicas que ocurren en las lagunas de estabilizacin son muy influenciadas por la temperatura En general se puede decir que la velocidad de degradacin aumenta con la temperatura, en especial en lo que concierne a la actividad de las bacterias. Estos fenmenos son retardados por las bajas temperaturas. Por eso, el proyecto de las lagunas debe tener en cuenta siempre las condiciones de temperaturas mas adversas. Una cada de 10C en la temperatura reducir la actividad microbiolgica aproximadamente 50%. La actividad de fermentacin del lodo no ocurre significativamente en temperaturas por debajo de l7 C.

5.2. Radiacin solar.

La luz es fundamental para la actividad fotosinttica, sta depende no solo de la luz que alcanza la superficie del agua, sino de la que penetra en profundidad. Como la intensidad de la luz vara a lo largo del ao, la velocidad de crecimiento de las algas cambia de misma forma. Este fenmeno da lugar a dos efectos: el oxgeno disuelto y el pH del agua presentan valores mnimos al final de la noche, y aumentan durante las horas de luz solar hasta alcanzar valores mximos a media tarde. 5.3 Viento.

El viento tiene un efecto importante en el comportamiento de las lagunas, ya que induce a la mezcla vertical del lquido de la laguna, una buena mezcla asegura una distribucin ms uniforme de DBO, oxgeno disuelto (importante para lagunas aerobias y facultativas), bacterias y algas y por lo tanto un mejor



grado de estabilizacin del agua residual. En ausencia de mezcla inducida por el viento, la poblacin de algas tiende a estratificarse en banda estrecha, de unos 20 cm de ancho, durante las horas de luz del da. Esta banda concentrada de algas se mueve hacia arriba o hacia abajo en la capa superior, de 50 cm de espesor.

5.4. Evaporacin.

La repercusin principal de la evaporacin es la concentracin de los slidos que contiene el agua almacenada. El consiguiente aumento de la salinidad puede resultar perjudicial si el efluente se va a emplear en riego.

5.5. Precipitacin.

El oxgeno disuelto suele bajar despus de tormentas debido a la demanda adicional de oxgeno provocada por los slidos arrastrados por el agua de lluvia y los sedimentos de las lagunas que se mezclan con la columna de agua. Otro efecto de la lluvia es una cierta oxigenacin en la zona superficial de las lagunas, debido tanto al propio contenido en oxgeno de la lluvia como a la turbulencia que provoca con su cada.

6. Factores qumicos y bioqumicos

6.1. pH. El valor de pH en las lagunas viene determinado fundamentalmente por la actividad fotosinttica del fitoplancton y la degradacin de la materia orgnica por las bacterias. Las algas consumen anhdrido carbnico en la fotosntesis, lo que desplaza el equilibrio de los carbonatos y da lugar a un aumento del pH. Por otra parte, la degradacin de la materia orgnica conduce a la formacin de dixido de carbono como producto final, lo que causa una disminucin de pH. Como la fotosntesis depende de la radiacin solar, el pH de las lagunas presenta variaciones durante el da y el ao. Cuanto mayor es la intensidad luminosa, los valores del pH son ms altos. Estas variaciones diarias son muy marcadas en verano, cuando pueden alcanzarse valores de pH en torno a 9 o mayores, partiendo de valores de 7-7.5, al final de la noche.

6.2. Oxgeno disuelto.

El contenido en oxgeno disuelto es uno de los mejores indicadores sobre el funcionamiento de las lagunas. La principal fuente de oxgeno disuelto es la fotosntesis, seguida por la reaireacin superficial. La concentracin de oxgeno



disuelto presenta una variacin senoidal a lo largo del da. El contenido en oxgeno es mnimo al amanecer y mximo por la tarde, y puede oscilar entre un valor nulo hasta la sobresaturacin. Durante el verano es posible encontrar que las capas superficiales de las lagunas estn sobresaturadas de oxgeno disuelto. El oxgeno disuelto presenta variaciones importantes en profundidad. La concentracin de oxgeno disuelto es mxima en superficie, y a medida que aumenta la profundidad va disminuyendo hasta anularse. La profundidad a la que se anula el oxgeno disuelto se llama oxipausa, y su posicin depende de la actividad fotosinttica, el consumo de oxgeno por las bacterias y el grao de mezcla inducido por el viento. En invierno la capa oxigenada tiende a ser mucho mas reducida que en verano.

6.3. Nutrientes.

Los nutrientes son fundamentales para la buena marcha del tratamiento en lagunas. A medida que progresa la depuracin se va produciendo una eliminacin de nutrientes que puede dar lugar a que uno o varios alcancen concentraciones limitantes para el desarrollo subsiguiente de algas o bacterias. En lagunas de estabilizacin el agotamiento de nutrientes solo ocurre en pocas de intensa actividad biolgica, y suelen venir de la eliminacin de materia orgnica hasta los niveles mximos en este tipo de tratamiento.7. Operacin mantenimiento y control Las lagunas tienen requerimientos operacionales y de mantenimiento mnimo que, sin embargo, deben revisarse y cumplirse peridicamente, por el operador, con el objeto de eliminar problemas que frecuentemente se presentan en este tipo de plantas.

7.1. Arranque.

Antes de poner en servicio una laguna se debe realizar una inspeccin cuidadosa de la misma a fin de verificar la existencia de las condiciones siguientes:

Ausencia de plantas y vegetacin en el fondo y en los taludes interiores de la laguna.

Funcionamiento y estado apropiado de las unidades de entrada, rejilla, unidades de aforo, unidades de paso y salida.

En el procedimiento para poner en funcionamiento las lagunas de estabilizacin se deben tener en cuenta los siguientes requerimientos generales.



En lo posible las lagunas se deben de arrancar en el verano, pues a mayor temperatura se obtiene mayor eficiencia de tratamiento y menor tiempo de aclimatacin.

El llenado de las lagunas debe hacerse lo ms rpidamente posible, para prevenir el crecimiento de vegetacin emergente y la erosin de los taludes si el nivel del agua permanece por debajo del margen o tratamiento protegido.

Para prevenir la generacin de malos olores y el crecimiento de vegetacin, las lagunas deben llenarse, por lo menos, hasta un nivel de operacin de 0.6 m. (Romero, 1999)

7.2 Operacin y mantenimiento.

La operacin y el mantenimiento de las lagunas de estabilizacin tiene como objetivos bsicos lo siguientes:

Mantener limpias las estructuras de entrada, interconexin y salida. Mantener las en las lagunas facultativas primarias un color vede intenso

brillante, el cual indica el pH y el oxigeno disuelto alto. Mantener libre de vegetacin la superficie del agua. Mantener adecuadamente podados los taludes para prevenir problemas

de insectos y erosin. Mantener un efluente con concentraciones mnimas de DBO y slidos

suspendidos.

Conclusiones

Las lagunas de oxidacin son un gran aporte para la humanidad ya que estas limpian el agua generada por la actividad humana.

El agua que resulta del proceso de oxidacin puede servir para el riego de reas verdes y cultivos.

Si no se lleva a cabo correctamente todo el proceso, afectara mucho el ecosistema de hombres y animales.



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