LAGUNAS DE SEDIMENTACION

1. DESCRIPCIN GENERAL DE LAS ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE MAYOR APLICABILIDAD

En general, el tratamiento de las aguas residuales puede englobarse bajo el siguiente espectro de alternativas viables de tratamiento: Otra alternativa que puede considerarse dentro de las del tipo Convencional de tratamiento biolgico, la constituyen las Lagunas Aeradas (o aireadas), las que contemplan componentes unitarias del tipo No Convencional (Lagunas de Estabilizacin), incorporando elementos mecanizados para la transferencia de oxgeno. Dentro del espectro de alternativas comnmente adoptadas se cuenta con Lagunas Aeradas a Mezcla Completa seguida de Lagunas de Sedimentacin y Desinfeccin y Lagunas Aeradas Facultativas seguidas de Lagunas Facultativas y eventual Desinfeccin. En general, toda alternativa de tratamiento contempla los siguientes procesos dentro de su configuracin: - Desinfeccin Tratamiento Preliminar Tratamiento Primario Tratamiento Secundario LODOS

El tratamiento preliminar, la generacin de lodos (y su consecuente deshidratacin previa a la disposicin final) y la desinfeccin del efluente clarificado en forma previa a su disposicin al cuerpo receptor o uso correspondiente, son comunes a todas las alternativas. En forma previa a la descripcin de las principales caractersticas de las alternativas de tratamiento arriba mostradas, se sealan a continuacin las componentes unitarias comunes a todas ellas.

1.1 COMPONENTES UNITARIAS COMUNES A LAS ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 1.1.1. Tratamiento Preliminar Las aguas residuales crudas son unificadas en el punto de ingreso al sistema de tratamiento, desde donde se envan al tratamiento preliminar, el que en general consta de las siguientes componentes unitarias, dependiendo del tipo de aguas residuales a tratar:

Cmara de Rejas Desarenacin Cmara Desgrasadora Tanque de Compensacin y/u Homogeneizacin

Las Cmaras de Rejas, son necesarias cuando se trata de aguas servidas domsticas y recomendables en la mayora de las industrias, especialmente aquellas del tipo agrcola, alimenticio, papeleras, etc., y tienen por funcin el atrapar slidos mayores tales como papeles, envases, trozos de madera, etc. Asimismo, en aguas servidas domsticas se contempla un sistema de Desarenacin, en tanto que se incorporan en solamente algunos casos particulares de Residuos Industriales Lquidos (galvanoplasta, laminacin, acereras, areneras, fundiciones, etc.). En cuanto a las Cmaras Desgrasadoras, no se contemplan en general en tratamiento de aguas servidas domsticas, pero s con bastante frecuencia en industrias, especialmente las que procesan Hidrocarburos, Aceites y Grasas (mecnicas o alimenticias), as como aquellas que usan tales componentes para el lavado de sus unidades (por ejemplo, mayor cantidad de lavados al trmino de cada turno). Los Tanques de Compensacin y/u Homogeneizacin no se contemplan en tratamiento de aguas servidas domsticas, pero son etapa prcticamente obligada en el tratamiento de Residuos Industriales Lquidos, especialmente cuando algunos o todos ellos son generados en forma Batch o Discontinua al interior del proceso productivo. Al tratarse de Residuos Industriales Lquidos, el Tanque de Compensacin permite almacenarlos y entregar a la salida del mismo un caudal constante de ingreso al sistema de tratamiento as como el homogeneizar y permitir la tratabilidad de los distintos tipos de aguas residuales generadas al interior del proceso productivo, evitando sobrecargas puntuales de concentracin.

En determinados tipos de aguas residuales, a veces es necesario incorporar componentes unitarias de Neutralizacin, Oxidacin o Reduccin, especialmente en Residuos Industriales Lquidos altamente concentrados o txicos, lo que se efecta normalmente a travs de regulacin de pH o potencial REDOX. 1.1.2 Tratamiento y disposicin de lodos a) Espesador de lodos Esta componente unitaria tiene por objetivo efectuar una concentracin previa de los lodos antes de su deshidratacin final o disposicin, y su incorporacin es prctica usual en tratamiento de aguas servidas domsticas (a objeto de reducir los volmenes de lodo a deshidratar), en tanto que en Residuos Industriales Lquidos depender fundamentalmente del tipo de lodos generados. El espesador reduce la concentracin de los lodos en un 1 - 1,7 %. b) Deshidratacin final y disposicin de lodos Todos los sistemas de tratamiento producen una cierta cantidad de lodos que deben ser deshidratados antes de ser dispuestos en forma adecuada. Una alternativa relativamente econmica de deshidratacin de los lodos producidos, la constituye la adopcin de Lechos de Secado, los que en general presentan un alto requerimiento de terreno para su emplazamiento, y en consecuencia poco aplicables cuando las industrias no cuentan con espacio suficiente. Alternativamente, se cuenta con sistemas Mecanizados de deshidratacin de tecnologa establecida y bajo costo, entre los que destacan los Filtros Banda, los que dependiendo del tipo y marca, permiten llegar a contenidos de humedad del lodo deshidratado del orden de 70 al 80 % (30 - 20 % de slidos secos) y que pueden operar en forma continua. Por otro lado, y dependiendo del tipo de lodo generado (p.e. lodos con alto contenido de aceites y grasas), en ocasiones se hace necesario considerar deshidratacin de lodos por mtodos ms caros pero efectivos y de mayor grado de deshidratacin, como por ejemplo, Centrfugas o Filtros Prensa, los que tienen la ventaja de un mayor deshidratado de lodos, del orden de un 60 70 % de humedad (40 - 30 % de slidos secos). Sin embargo, el funcionamiento de estas unidades es por ciclos (discontinuo), lo que conlleva mayores costos de operacin por el personal requerido. Para una mejor deshidratacin, se contempla en general una coagulacin del lodo antes de ser deshidratado en los sistemas de filtro de banda, centrfugas, filtro prensa, etc.

La produccin diaria de lodos deber ser evacuada a una zona de acopio adyacente al lugar de emplazamiento de la unidad deshidratadora, desde donde debern ser cargados, transportados y descargados a un lugar adecuado o usados como acondicionador de suelos.

1.1.3 Desinfeccin final del efluente

Cuando la calidad bacteriolgica de las Aguas Residuales tratadas supera lo establecido por la Normativa Vigente, para su evacuacin a un cuerpo receptor dado, se hace necesario contemplar una componente unitaria de desinfeccin. En la actualidad, los mtodos de desinfeccin mas comnmente aplicados son el Ozono, Radiacin Ultravioleta y Cloracin. Los dos primeros, presentan en general costos ms elevados que la desinfeccin por Cloro; pero en el actual estado del arte, la Radiacin Ultravioleta se ha tornado competitiva a determinados rdenes de magnitud en trminos de poblacin equivalente. El sistema de desinfeccin por Cloro consiste en dosificar una cantidad dada al ingreso de un Estanque de Contacto, el que tiene por objeto generar el contacto necesario entre el desinfectante y el efluente clarificado que permita la adecuada desinfeccin en forma previa a su disposicin final. Al aplicar Cloro a un efluente, primero se consumir en la oxidacin de compuestos orgnicos y despus actuar como desinfectante sobre las bacterias. Si la materia orgnica en el efluente es alta, se generarn compuestos organoclorados, actualmente considerados potencialmente cancergenos. Por ello, es siempre recomendable aplicar Cloro a efluentes cuya DBO no sea superior a 50 mg/l.

1.2 ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO BIOLGICO

Un tratamiento biolgico de aguas residuales consiste bsicamente en aclimatar una flora bacteriana (biomasa) que utilice la materia orgnica como alimento (sustrato), convirtindola en gases (CO2) que escapan a la atmsfera y en tejido celular de las bacterias, que puede ser removido por sedimentacin. Dependiendo del tipo de bacterias que se aclimate, se tratar de un proceso aerbico (bacterias aerbicas), anaerobio (bacterias anaerobias) o facultativo (bacterias que se desenvuelven tanto en ambientes anaerobios como aerbicos). Existen tambin procesos anxicos en que las bacterias utilizan compuestos que contienen oxgeno (p.e. nitrato) como fuente para respiracin. Los sistemas de tratamiento pueden clasificarse en Convencionales y No Convencionales. Los procesos Convencionales abarcan aquellos que involucran mecanizacin de los sistemas, en tanto que los No Convencionales no involucran mecanizacin pero requieren grandes reas de terreno y estn enfocados mayormente al tratamiento de aguas servidas domsticas. Entre

estos sistemas se cuentan las lagunas de estabilizacin facultativas (en que, adems de la biomasa, se generan algas por efecto de fotosntesis), lagunas anaerbicas y "Wetlands" (lagunas de baja profundidad con presencia de plantas como jacintos acuticos o totora). El diseo de estas unidades est en general basado en el tiempo de retencin y en la carga orgnica aplicada por unidad de superficie, lo que conlleva grandes requerimientos de superficie para la generalidad de los casos. Los sistemas Convencionales se dividen a su vez, segn el tipo de cultivo que se trate, en: Cultivo Fijo (biomasa adherida en forma de pelcula a un medio de soporte) o Cultivo Suspendido (biomasa llamada licor mezclado en suspensin en un estanque). En los procesos biolgicos aerbicos de cultivo suspendido, se suministra aire u oxgeno por distintos sistemas, tales como aireadores mecnicos de tipo superficial (lentos, rpidos o aspirante) y aireadores sumergibles. Otro sistema es el de aireacin difusa, en que se usa sopladores que inyectan aire u oxgeno a travs de difusores de burbuja fina, media o gruesa. El parmetro ms apropiado para comparar aireadores es la transferencia de oxgeno medida en [KgO2/kW/hr]. Se destaca que dicha transferencia se especifica en general en agua limpia bajo condiciones estndar de temperatura y presin atmosfrica, siendo necesario corregirla de acuerdo a las condiciones de campo. Para la generalidad de las instalaciones, las condiciones de campo se traducirn en transferencias del orden de un 60% de la correspondiente a condiciones estndar para aireadores mecnicos y de un 50% en el caso de aireacin difusa (excepto para el oxgeno puro). Sin embargo, condiciones extremas como emplazamientos muy por sobre el nivel del mar o temperaturas muy altas del agua, conllevan transferencias a condiciones de campo significativamente menores a los valores anteriores. En los procesos biolgicos aerbicos de cultivo suspendido, se suministra aire u oxgeno por distintos sistemas, tales como aireadores mecnicos de tipo superficial (lentos, rpidos o aspirante) y aireadores sumergibles. Otro sistema es el de aireacin difusa, en que se usa sopladores que inyectan aire u oxgeno a travs de difusores de burbuja fina, media o gruesa. El parmetro ms apropiado para comparar aireadores es la transferencia de oxgeno medida en [KgO2/kW/hr]. Se destaca que dicha transferencia se especifica en general en agua limpia bajo condiciones estndar de temperatura y presin atmosfrica, siendo necesario corregirla de acuerdo a las condiciones de campo. Para la generalidad de las instalaciones, las condiciones de campo se traducirn en transferencias del orden de un 60% de la correspondiente a condiciones estndar para aireadores mecnicos y de un 50% en el caso de aireacin difusa (excepto para el oxgeno puro). Sin embargo, condiciones extremas como emplazamientos muy por sobre el nivel del mar o temperaturas muy altas del agua, conllevan transferencias a condiciones de campo significativamente menores a los valores anteriores.

En los sistemas de cultivo fijo, los requerimientos de oxgeno se satisfacen a travs de la circulacin de aire por el medio de soporte (debido a la diferencia de la temperatura del agua y el aire), aunque tambin existen sistemas con inyeccin forzada de aire. A continuacin, se describen las principales caractersticas de las alternativas de tratamiento comnmente adoptadas.

1.2.1 Alternativas del tipo No Convencional

a) Lagunas de Estabilizacin

Dentro de este tipo de alternativas, las de mayor difusin las constituyen las Lagunas de Estabilizacin, con un amplio espectro de configuraciones dependiendo de las componentes unitarias involucradas. Las ms aplicadas contemplan en general las siguientes configuraciones. Facultativas en Serie y/o Paralelo Anaerbicas - Facultativas

Lagunas Facultativas Los sistemas de tratamiento sobre la base de Lagunas de Estabilizacin Facultativas tienen una amplia difusin al tratarse de aguas servidas domsticas netas, cuya carga orgnica en trminos de concentracin es del orden de 100 - 300 mg/l DBO. Sin embargo, no ocurre lo mismo al aplicar estos sistemas como alternativa de tratamiento para los Residuos Industriales Lquidos, los que por la alta carga orgnica que generalmente traen consigo, exigen grandes requerimientos de terreno. Para que el sistema se comporte como Facultativo, se debe cumplir con que la Carga Orgnica Aplicada no supere la Mxima Admisible. Si las aguas residuales traen consigo un alto contenido de sulfatos, el comportamiento y eficiencia de las unidades (en especial las componentes primarias) se torna bastante sensible y con tendencia a tornarse anaerbica. Como consecuencia de ello, el sistema se ve propenso a la potencial generacin de olores ofensivos. Lagunas Anaerbicas El proceso del tratamiento en una laguna anaerbica obedece a dos etapas, siendo la primera la de fermentacin (generada por bacterias del tipo

facultativo), y la segunda o metanognesis, generada por bacterias estrictamente anaerbicas. Las Lagunas Anaerbicas son dimensionadas bajo el concepto de carga volumtrica aplicada, y permiten en general profundidades mayores que las facultativas, lo que redunda comparativamente en un menor requerimiento de terreno. Por las caractersticas propias de la poblacin microbiana y el hbitat en que se desarrollan, las lagunas Anaerbicas son especialmente sensibles a cambios como el pH y la Temperatura, de manera que una variacin en 2 unidades de pH o 2 grados centgrados puede llevar al desequilibrio de la poblacin microbiana, generando olores ofensivos en el entorno, el colapso temporal del sistema y una lenta recuperacin. b) Sistemas Wetland

En los ltimos aos, el sistema de tratamiento "Wetland" ha ganado considerable inters, especialmente en los Estados Unidos, debido fundamentalmente a la alta remocin de todo tipo de parmetros, incluyendo metales txicos y pesados. El sistema contempla un tratamiento preliminar, consistente en sedimentacin primaria, luego de lo cual las aguas servidas efluentes ingresan a una laguna de baja profundidad (1 metro) con 50 - 60 cm de grava incorporada, y en la que se encuentran plantadas determinados tipos de plantas como la Totora y el Bulrush, con el objeto de remover los parmetros contaminantes, incluidos metales pesados y txicos. Seguidamente, las aguas servidas pasan por un sector de la misma profundidad pero sin grava, en el que se encuentran emplazados los Jacintos Acuticos, que son plantas del tipo flotante, y cuya funcin consiste en pulir la calidad del efluente.

Desde el punto de vista de la eficiencia de tratamiento, este proceso natural ha mostrado un alto grado de abatimiento de los parmetros contaminantes, incluidos los bacteriolgicos, quedando la calidad del efluente final dentro de lo estipulado por las normativas ms restrictivas.

Sin embargo, los criterios de diseo de esta alternativa son variados, y algunos de ellos no se encuentran establecidos uniformemente, por lo cual no se recomienda adoptarlo como tratamiento intensivo, sino ms bien como tratamiento complementario cuando se busca un pulido ms acabado del efluente final.

1.2.2 Alternativas del tipo Biolgico Convencional

Las alternativas de tratamiento del tipo Convencional se clasifican bajo 2 reas especficas:

Cultivo Suspendido Aerbico (Lodos Activados) Cultivo Fijo (Lechos Bacterianos) a) Cultivo Suspendido Aerbico (Lodos Activados) En este sistema, la biomasa se mantiene en agitacin en el estanque de aireacin desde donde pasa a la unidad de sedimentacin. La biomasa sedimentada es devuelta parcialmente al tratamiento biolgico, para mantener una poblacin adecuada, y una parte se purga del sistema como lodo en exceso. Algunas de las variantes del proceso de lodos activado son: Convencional flujo pistn Aireacin graduada (Tapered aeration) Mezcla completa Aireacin con alimentacin escalonada (Step aeration) Aireacin modificada Contacto y estabilizacin Aireacin extendida (prolongada) Zanja de oxidacin Aireacin de alta carga Sistema de oxgeno puro Reactor Discontinuo Secuencial (Sequencing Batch Reactor, SBR) Lagunas Aireadas a mezcla completa. Este proceso utiliza estanques con un alto perodo de retencin (2 a 5 das), y es asimilable a un lodo activado sin recirculacin, en que la edad del lodo es igual al tiempo de retencin hidrulico. En este sistema, se requiere de energa no slo para degradar la materia orgnica, sino tambin para proveer la mezcla completa del lquido en la laguna.

Los parmetros de diseo de un sistema de lodos activados son la Edad del Lodo (q c), que indica el tiempo que el lodo debe permanecer en el sistema, y la relacin Alimento/Microorganismos, conocido como F/M por sus siglas en ingls. La aplicacin de parmetros de diseo como el Tiempo de Retencin hidrulico, no tiene sentido terico, y los valores que se encuentran en la bibliografa son cuando mucho apropiados para aguas servidas domsticas. Para aireacin extendida y aguas servidas domsticas, la "Edad del Lodo" o "Tiempo de Retencin Celular" oscila entre 20 y 30 [das], en tanto que para Lodos Activados Convencionalmente, Mezcla completa, Contacto Estabilizacin y Alimentacin Escalonada, vara entre 5 y 15 [das]. Se acepta que un proceso con una Edad del Lodo mayor a 20 - 25 [das] producir un lodo mineralizado que no necesitar digestin posterior. Para el caso de los procesos por aireacin extendida, la razn F/M flucta entre 0,05 y 0,15 [KgDBO/KgSSVLM/da] (equivalente a 0,038 - 0,11 [KgDBO/KgSSLM/da]). Las principales ventajas de sistemas de tratamiento por Lodos Activados en sus distintas versiones son: Flexibilidad de operacin a travs de un control racional de la biomasa presente en el proceso Eficiencia de remocin de carga orgnica sustancialmente ms alta que la que se alcanza en otros procesos como los del tipo Convencional por Cultivo Fijo (Filtracin Biolgica, Biodiscos, etc.), logrando valores superiores a un 90 % Minimizacin de olores y ausencia de insectos Puede incorporar desnitrificacin al proceso Posibilidades de regular energa consumida para variaciones de carga orgnica Prescinde de sedimentacin primaria, y los lodos generados son altamente mineralizados, por lo que no requieren de tratamiento posterior

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Entre las desventajas se pueden citar fundamentalmente las siguientes:

Control permanente, tanto operativo como de anlisis de laboratorio Altos costos de operacin, asociados fundamentalmente a los requerimientos de oxgeno, los que se proveen en forma mecanizada

Bajo abatimiento bacteriolgico, logrando en general abatir no ms all de un ciclo logartmico en trminos de Coliformes Fecales, con la consecuente necesidad de efectuar desinfeccin final al efluente.

Los Sistemas de Tratamiento por Lodos Activados en la versin por Aeracin Extendida, presentan la ventaja de prescindir de sedimentacin primaria y generar lodos altamente mineralizados, permitiendo en consecuencia su disposicin como acondicionador de suelos (previo acondicionamiento en zona de acopio) sin necesidad de tratamiento posterior. Adicionalmente, el hecho de prescindir de la componente unitaria de sedimentacin primaria, trae como ventaja el obviar la consecuente necesidad de efectuar tratamiento a los lodos crudos que se generen. Existen numerosas variantes del proceso por Aeracin Extendida, entre las que destacan por su competitividad tcnico - econmica las Zanjas de Oxidacin, los sistemas por Decantacin Alternada y los Sequencing Batch Reactor o SBR, cuyas principales caractersticas se describen a continuacin: Zanjas de Oxidacin

Las Zanjas de Oxidacin, se constituyen en una de las versiones ampliamente aplicadas a tratamiento de aguas residuales, por lo que se presenta a continuacin una descripcin del sistema de tratamiento a lo largo de sus diversas componentes unitarias, destacando que los principios que la rigen son similares a las otras versiones por aeracin extendida. Luego del tratamiento preliminar, las aguas servidas ingresan a una Cmara de Premezclado, donde se mezclan con los lodos de recirculacin provenientes del sedimentador secundario, para ingresar conjuntamente al Tanque de Aireacin, donde tiene lugar la degradacin biolgica por parte de la poblacin microbiana mantenida al interior del mismo en una concentracin dada. El efluente del Tanque de Aireacin, es enviado al Sedimentador Secundario, desde donde se recolecta el agua servida clarificada para enviarla a un sistema de desinfeccin, donde tiene lugar el abatimiento bacteriolgico, antes de ser evacuado al cuerpo receptor. Por otro lado, parte del lodo decantado en el sedimentador es recirculado al tanque de premezclado, a objeto de mantener una proporcin dada entre los microorganismos y el sustrato al interior del tanque de aireacin. El resto de los lodos, es enviado a un espesador, desde donde pasan a un filtro prensa o lechos de secado, segn sea el caso, donde se deshidratan hasta una humedad que permita su manipulacin y disposicin final. La deshidratacin de los lodos puede efectuarse por lechos de secado, los que si bien es cierto que tienen un bajo costo de operacin y mantenimiento, no lo es menos el hecho de que exigen de un gran requerimiento de rea y un costo

relativamente elevado en trminos de obra civil y tuberas, o en su defecto sistemas mecanizados como Filtros Prensa, por lo que la eleccin de uno u otro sistema depender de cada caso en particular.

Aeracin Extendida con Decantacin Alternada

Esta alternativa tiene ventajas comparativas desde el punto de vista tcnico econmico, por cuanto a diferencia de la anterior, prescinde de componentes como la recirculacin de lodos, manteniendo las componentes propias de los sistemas de lodos activados convencionales como la aeracin, sedimentacin/clarificacin. El proceso de esta alternativa comprende una componente unitaria, consistente en una laguna dividida simtricamente a travs de una pantalla divisora (baffle), en la cual se instala un nmero determinado de aeradores (pares). El circuito hidrulico del sistema es tal que permite el ingreso por una u otra de las secciones de la laguna; el principio de funcionamiento del sistema obedece a los siguientes criterios generales:

El caudal afluente es ingresado a una de las secciones, siguiendo su paso por toda la laguna y evacuando a la salida de la otra seccin. Durante tal operacin, se mantienen en funcionamiento el total de los aeradores con excepcin de aquel ubicado a la salida del sistema, en consideracin a que esta zona opera como componente unitaria de sedimentacin. Posteriormente, se invierte el circuito hidrulico y el sistema de aeracin, de manera que en esta oportunidad se echa a andar el aerador detenido en el circuito anterior, con lo que se resuspende el licor mezclado de la anterior zona de sedimentacin y se detiene el ltimo aerador para que sea esa zona la que oficie de componente de sedimentacin. Sequencing Batch Reactor Los principios operativos de esta alternativa de tratamiento (variante del proceso de Lodos Activados en su versin por Aeracin Extendida), obedecen al siguiente detalle: Una vez que las Aguas Residuales pasan por el tratamiento preliminar, ingresan al sistema de tratamiento propiamente tal, el que conceptualmente obedece a uno del tipo lodos activados batch o discontinua, sobre la base de llenado y vaciado de las unidades que lo componen. En su calidad de tal, los SBR son capaces de dar cuenta de todo tipo de aguas residuales que son viables de tratar por plantas de lodos activados. La experiencia extranjera indica que tanto las aguas servidas domsticas netas como diversos tipos de Aguas Residuales, han sido tratados exitosamente al aplicar esta modalidad.

Las componentes unitarias involucradas en los sistemas de lodos activados convencionales y SBR son idnticas, y consideran tanto la aeracin como sedimentacin/clarificacin. Sin embargo, existe una diferencia sustancial, la que consiste en que mientras en las plantas convencionales los procesos unitarios son efectuados simultneamente en tanques separados, en el SBR los procesos se llevan a cabo secuencialmente en un mismo tanque. El uso de procesos batch de llenado - vaciado para el tratamiento de las aguas servidas se constituye en un proceso de tecnologa establecida, y el principio de la secuencia de tratamiento de los sistemas SBR obedece a 5 etapas de acuerdo al siguiente detalle: LLENADO REACCION (Aeracin) SEDIMENTACION (Sedimentacin / Clarificacin) VACIADO EFLUENTE REPOSO

Las ventajas comparativas de este sistema con respecto a los convencionales, puede resumirse del siguiente modo: Un tanque SBR sirve como tanque ecualizador durante la etapa de LLENADO, pudiendo en consecuencia tolerar mayores caudales peak y/o altas cargas orgnicas de DBO sin degradar la calidad del efluente. Dado que la descarga del efluente es peridica, es posible, dentro de ciertos lmites, mantener el efluente hasta que alcance los requerimientos de calidad estipulados. Durante los inicios del perodo de previsin, en que los caudales son inferiores a la capacidad de diseo, se pueden instalar sensores de nivel del lquido y fijarlos al nivel bajo, de manera de utilizar solamente una parte de la capacidad del tanque. Desde ese punto de vista, los ciclos de tratamiento pueden mantenerse constantes sin perder potencia innecesariamente por sobreoperacin. Los Slidos Suspendidos del Licor Mezclado pueden mantenerse en el tanque tanto como sea necesario. No se requiere de bombas de retorno de lodos, dado que el Licor Mezclado se encuentra siempre en el reactor. La separacin slido-lquido ocurre bajo condiciones cercanas a la quietud. No existen cortocircuitos durante la etapa de SEDIMENTACION. Adicionalmente, reactores de gran tamao alcanzan tasas superficiales de sedimentacin bajas, permitiendo en consecuencia la sedimentacin de

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partculas pequeas que en sistemas de flujo continuo pueden salir junto con el efluente. Crecimientos filamentosos pueden ser fcilmente controlados variando las estrategias de operacin durante el LLENADO. Un sistema SBR puede ser operado para alcanzar nitrificacin, desnitrificacin y remocin de fsforo sin adicin de reactivos qumicos.

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Entre las desventajas, se puede citar la creciente sofisticacin requerida para los tiempos de operacin y sensores de niveles en la medida que los sistemas van aumentando en tamao. Lagunas Aeradas

Otra alternativa que puede considerarse como alternativa Convencional de Tratamiento Biolgico, la constituyen las Lagunas Aeradas (o aireadas), las que contemplan componentes unitarias del tipo No Convencional (Lagunas de Estabilizacin), incorporando elementos mecanizados para la transferencia de oxgeno. Las lagunas aeradas, en que se provee oxgeno en forma artificial, surgieron como respuesta a la incapacidad de las lagunas facultativas de absorber la carga orgnica afluente en los meses ms fros del ao. Bsicamente, las lagunas aeradas, se dividen en dos tipos: laguna aireada a mezcla completa y laguna aireada facultativa.

Laguna Aireada a Mezcla Completa Las lagunas aeradas a mezcla completa pueden ser asimiladas a un proceso de lodos activados sin recirculacin. Ello permite tener criterios de diseo claramente definidos (Tiempo de retencin: 2 a 5 das, Demanda de Oxgeno : 1,25 [KgO2/KgDBO], etc.). Adicionalmente, este tipo de unidades debe prever una laguna posterior de decantacin en que se acumulan y digieren anaerbicamente los slidos. Se estima una reduccin de volumen por digestin anaerbica de 50-60% el primer ao y del orden de 40% el segundo ao. El lodo debe ser purgado en forma continua o semicontnua para no acumular ms que lo que se dispone para dicho efecto. Si se desea evitar la proliferacin de algas en la unidad de sedimentacin, el tiempo de retencin de sta (descontando el volumen ocupado por el lodo), no debe exceder de aproximadamente un da.

Alternativamente, se puede considerar una laguna de decantacin con tiempos de retencin significativamente mayores, bajo la premisa que sta funcione no slo como laguna de acumulacin de lodos, sino tambin como laguna facultativa tradicional con presencia de algas. Esto implica, sin embargo reas significativamente mayores. Las lagunas son equipadas con aeradores, los que pueden ser del tipo flotante, fijos o sumergidos y rpidos o lentos, siendo los ms comunes los flotantes de alta o baja rotacin. En la eleccin del aireador, no slo se debe considerar la potencia necesaria para suplir los requerimientos de oxgeno, sino tambin la potencia necesaria para proveer mezcla completa (mantencin de los slidos en suspensin).

Las principales ventajas de estos sistemas son los siguientes:

Proceso simple y confiable Baja produccin de lodos Buen grado de estabilizacin de lodos

Las principales desventajas que presentan estos sistemas son los siguientes:

Requerimiento de terreno mayor a las alternativas convencionales como Lodos Activados Altos requerimientos de energa a bajas condiciones de carga Necesidad de proporcionar energa para mezcla, que puede ser mayor a la requerida para remover DBO Necesidad de desinfeccin del efluente o lagunas facultativas posteriores

Lagunas Aireadas Facultativas

Este tipo de lagunas prescinde de la mezcla completa y se disea para tiempos de retencin mayores (5 - 12 das), con lo que el espacio requerido aumenta considerablemente producindose adems, por un lado, acumulacin de slidos y, por otro, generacin de algas en la laguna.

b) Cultivo Fijo (Lechos Bacterianos)

Los Lechos Bacterianos son reactores de Cultivo Fijo, donde los microorganismos se desarrollan adheridos a un lecho o medio de soporte (el cual puede ser fijo o mvil) en forma de superficies de cultivo, asemejando una carpeta biolgica (muclago o capa mucilaginosa). El material del medio de soporte puede ser roca, madera o plstico, tenindose entre 45 y 200 m2 de superficie especfica por cada metro cbico para el desarrollo de la carpeta biolgica. El sustrato es aplicado en forma intermitente y alternada con perodos de aeracin en los cuales se produce la fase de respiracin de los microorganismos. Una de las versiones de lecho fijo ms difundida, la constituyen los Biofiltros o Filtros Percoladores, mientras que entre las de lecho mvil destacan los Biodiscos o Contactores Biolgicos Rotatorios (CBR). Filtros Biolgicos (Biofiltros)

Los Biofiltros son estanques generalmente circulares rellenos con medio de soporte de roca o plstico, a travs del cual fluye verticalmente el afluente, el que es recogido junto a la Biomasa en exceso que se desprende del medio, a travs de un fondo falso, desde donde pasa a la sedimentacin secundaria. El criterio de diseo de estas unidades es la carga orgnica (KgDBO) aplicada diariamente por metro cbico de medio de soporte y la carga hidrulica aplicada (m3/da) por metro cuadrado de superficie horizontal del Biofiltro. Este sistema presenta ventajas como la estabilidad ante variaciones de la carga y concentracin afluente, bajos costos de operacin y mantenimiento comparados con otros procesos del tipo Convencional, producen un lodo estable concentrado (en general bien floculado y fcil de decantar) y son de fcil puesta en marcha luego de una detencin. Las principales ventajas de los biofiltros son:

Estabilidad ante variaciones de la carga y concentracin afluente. Bajos costos de operacin y mantenimiento comparados con otros procesos del tipo Convencional. Producen un lodo estable concentrado, en general bien floculado y fcil de decantar. De fcil puesta en marcha luego de una detencin.

Las principales desventajas son: Baja posibilidad de incluir remocin de nutrientes en el proceso. Necesidad de Sedimentacin Primaria para suspendidos afluentes a la componente biolgica. disminuir los slidos

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Riesgo de desarrollo de moscas psychoda, especialmente en climas clidos o templado durante las estaciones de alta temperatura. Requieren de un eje hidrulico de 3 o ms metros de desnivel. En las versiones de Alta Tasa, requieren de un gasto de recirculacin que hay que bombear.

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Contactores Biolgicos Rotatorios (Biodiscos) En un sistema de este tipo, el agua pasa horizontalmente a travs de un tanque, en el cual giran unos ejes con discos de gran dimetro, suficientemente separados, a muy baja velocidad para permitir el crecimiento de biomasa sobre su superficie. La biomasa en exceso se desprende de los discos y se retienen en los sedimentadores secundarios, desde donde se bombea hasta el sistema de tratamiento de lodos. Aproximadamente el 40% de la superficie de los discos est en contacto con el agua en todo momento. Cuando los discos giran, la materia orgnica es absorbida en la pelcula biolgica que crece sobre los discos, ponindose alternativamente en contacto con el aire al salir del agua. De esta forma se produce la transferencia de oxgeno a las colonias de bacterias, protozoos, rotferos y dems microorganismos que producen la oxidacin de la materia orgnica. Los discos no slo sirven para aerar la pelcula biolgica, sino que tambin son responsables de la aeracin del licor-mezcla presente en el tanque y, por ltimo, por esfuerzos tangenciales, producen el desprendimiento del exceso de biomasa. Los criterios de diseo de estas unidades son la Carga Orgnica (Kg DBO) y la Carga Hidrulica aplicada diariamente por metro cuadrado de superficie efectiva de medio de soporte. En general, se utilizan o han sido usados con xito para pequeas poblaciones. Su gran ventaja reside en el bajo requerimiento de energa para accionarlos, ya que slo hay que hacer girar los discos.

Las principales ventajas de los Contactores Biolgicos son:

Bajos requerimientos de energa. No requieren de bombeo, recirculacin ni elevacin, ya que su prdida de carga es mnima. No requiere de eje hidrulico significativo. Tienen mejor eficiencia que los biofiltros debido a la activacin del lodo que se desprende de los discos.

Sus principales desventajas son:

No son apropiados para poblaciones equivalentes grandes debido al tamao mximo de los mdulos, no permitiendo en consecuencia economas de escala y tornando complicada la operacin y mantenimiento de las mismas. Tendencia a generar olores, especialmente en determinadas pocas del ao en climas relativamente extremos. Determinados tipos de Aguas Residuales deben estar sujetos a pretratamiento obligado, especialmente cuando contiene una cantidad apreciable de grasas y aceites. Se pueden desequilibrar cuando los esfuerzos al eje no estn simtricamente distribuidos a lo largo de la componente. 1.3 Tratamiento Fisicoqumico

A diferencia de la alternativa biolgica, el tratamiento fisicoqumico no involucra el mejoramiento de la calidad de las Aguas Residuales por medio de un proceso biolgico, sino fundamentalmente por reaccin fsica y qumica sobre la base de adicin de reactivos especficos. Las componentes unitarias de este sistema, son fundamentalmente de tipo fsico (sedimentacin, flotacin, filtracin, etc.) y a veces vienen complementadas con adicin de ciertos reactivos (coagulantes, polielectrolitos, polmeros etc.) generando reacciones estequiomtricas que aumentan la eficiencia de remocin de los parmetros de inters. La adicin de coagulantes permite la aglomeracin de las partculas presentes en las Aguas Residuales, formndose partculas de mayor tamao llamadas flculos, que son ms fciles de remover que las partculas del Agua Residual cruda. La mayor o menor formacin de flculos, as como su tamao y peso, depende del tipo y cantidad de floculante empleado.

Las componentes unitarias involucradas dependern del tipo de aguas residuales a tratar, contemplando en general algunas de las componentes unitarias comunes a toda alternativa (pretratamiento, ecualizacin, deshidratado) y algunas de las siguientes:

Regulacin - Ecualizacin Coagulacin - Floculacin Sedimentacin o Flotacin Acidulacin Filtracin

A continuacin se presenta una descripcin somera de las componentes unitarias ms importantes de este tipo de tratamiento.

1.3.1 Coagulacin-Floculacin

Los criterios de diseo de esta componente unitaria se deben obtener a partir de pruebas de jarras (jar-test) efectuadas al agua residual. Una prueba de jarras consiste en simular a escala de laboratorio, la respuesta de las Aguas Residuales a determinados agentes coagulantes. Un jar-test tpico consta de seis jarras, a cada una de las cuales se le adiciona una distinta cantidad de agente coagulante con o sin ajuste de pH. Para ajustar el pH se usa cido sulfrico y soda o cal, mientras que para la coagulacin, los productos ms usados son el cloruro frrico y el sulfato de aluminio. En algunos casos, en particular con los desechos de origen orgnico, el lodo generado puede ser reutilizado como alimento animal, aunque ello depende de los productos qumicos usados. En particular, la cal y el sulfato de aluminio pueden no ser aptos para este fin a determinadas concentraciones. Por otro lado, el uso de cal ayuda a una mejor deshidratacin de los lodos en sistemas de filtro prensa o de banda.

1.3.2 Sedimentacin Una vez hecha la prueba, y sedimentado el lodo, al sobrenadante de cada jarra se la efectan los anlisis de los parmetros de inters segn el caso (DBO, DQO, SS, Color, Turbiedad, etc.), debindose adems registrar el pH residual, y el volumen decantado de lodos. El volumen de lodos decantado constituye un ndice de la produccin de lodos que se tendr en una planta de este tipo, el cual puede variar grandemente segn el tipo de residuo. De hecho, si el volumen es muy grande, ello se traducir en una necesidad de tratar un volumen de lodos inmanejable, lo que

puede desvirtuar el tratamiento fisicoqumico, an cuando las eficiencias de remocin sean satisfactorias. 1.3.3 Flotacin

La flotacin se emplea en sustitucin de la sedimentacin, cuando el agua residual contiene una alta concentracin de aceites y grasas, el floc es liviano y de difcil sedimentabilidad o el volumen de lodos decantado es muy alto. La flotacin se produce mediante la introduccin de aire en forma de microburbujas. Las partculas se fijan a las microburbujas, producindose su remocin al ascender a la superficie. La introduccin de aire de la forma antes citada suele conseguirse generalmente mediante el sistema de flotacin por aire disuelto (DAF) y ltimamente por Flotacin por aire inducido (IAF) o cavitacin (CAF). Para casos especficos, suele adems emplearse electroflotacin u otros sistemas. En determinados casos, la flotacin suele adems usarse sin coagulacin floculacin (aireacin mecnica por burbuja gruesa) o como etapa posterior a la acidulacin. En general, se espera que el lodo flotado por alguno de los mtodos anteriores presente una humedad del orden de un 95%, utilizando coagulantes.

1.3.4 Filtracin

Esta componente es menos utilizada, a menos que se desee pulir el efluente en trminos de determinados parmetros (slidos del tipo coloidal o disuelto, etc.), o para efectos especficos como remocin de color, olor, etc. Finalmente, debe destacarse que todos los sistemas de tratamiento requieren de un mayor o menor grado de operacin y mantenimiento, a cargo de operadores y tcnicos debidamente capacitados. En general, se asocia los problemas de una planta de tratamiento a diseos incorrectos aunque suele encontrarse que el problema real es una incorrecta o deficiente operacin.

1.4 DISEO Y NORMAS PARA LA CONSTRUCCION

En los Item anteriores se menciona de manera general algunos parmetros de diseo de los principales sistemas de tratamiento de aguas residuales. A continuacin y a manera de ejemplo se describen algunos de los parmetros tenidos en cuenta para disear una laguna.

Al disear una laguna se tienen en cuenta los siguientes parmetros:

1.4.1 Dimensiones Bsicas

Se adoptan interiormente paredes con talud 1 vertical por 3 horizonatal.

1.4.2 Cargas de funcionamiento

Para tratar este parmetro se considera el siguiente ejemplo, asumimos una poblacin (P) de 4000 habitantes: Consumo per cpita: 250 Lit/hab-da Caudal total de aguas servidas (q) = 250 x 0.8 = 200 lit/hab-da 400 x 200 Caudal total de aguas servidas = ----------------- = 9.25 Lit/seg. 86.400 54000 --------- = 270 mg/da 200

-

- Concentracin inicial de DBO =

-

Carga orgnica por habitante = 54 gramos de DBO5 / hab / da Carga orgnica total aplicada = 270 x 10 x 9.26 x 66400 = 216 kg DBO5/da

1.4.3 Capacidad de tratamiento de una laguna Facultativa (Mtodo Gloyna Marais)

Para una profundidad til de 1.20 m.

- Volumen del estanque = A x Profundidad A = 9075 m2 V = 9075 m2 x 1.20 = 10.890 m3 10890 m3 - Tiempo de rotacin = ---------------------- = 13.6 das 800 m3/da

- Temperatura media del mes ms fro = 20 C k - K = ------------

35 -Tk 35 C = 1.2

= Coeficiente de reaccin temperatura = 1.085La constante de reaccin a 20 C ser entonces: 1.2 K20 = ------------------- = 0.35 das -1 1.085 35 -20 Lo 270 - DBO en el efluente (Lp) = --------------- = ------------------------ = 47 mg / lit KxR+1 0,35 x (13,6) + 1 - Eficiencia = ( 1 Lp/Lo) x 100 = ( 1 47/270) x100 = 82,6 % 1.4.4 Chequeos

Carga orgnica superficial aplicada = 2,16 / 0.9075 = 238 Kg DBO5 / Hab da a. Para el diseo de lagunas facultativas el ingeniero Earnest F. Gloyna, sugiere para condiciones ambientales con clima tropical, soleamiento y sin nubosidad estacional el uso de cargas superficiales entre 150 y 300 kg DBO/ hab-da. b. Segn el criterio de carga mxima aplicable, para una temperatura mnima mensual de 20 C, la carga mxima que puede aplicarse a una laguna facultativa sin provocar su falla, es decir convertirla en anaerobia en toda su profundidad sera: Csm = 60,29 (1.0993) 20 = 400 kg BDO / Hab da c. La seleccin correcta de la constante K es el factor que garantiza que la calidad del efluente que se obtendr con una laguna en operacin sea aprximadamente la esperada, obtenida con la expresin de diseo: Lo Expresin de diseo = ----------KR 1