Curso de Especialización en Tratamiento de Aguas Residuales

Prof: Ing. Juan Carlos Alarcón Condor

LAGUNAS COMO TRATAMIENTO

• Las lagunas de estabilización son diseñadas para el tratamiento delas aguas residuales mediante procesos biológicos naturales deinteracción entre la biomasa y la materia orgánica

LAGUNAS DE ESTABILIZACION

• Cuando una laguna es diseñada y operada de tal manera que la estabilización es totalmente aeróbica, se le denomina “Laguna de Oxidación”.

• Cuando las condiciones en las lagunas son anaeróbicas o alternativamente aeróbica y anaeróbica, la laguna es comúnmente denominada “Laguna de Estabilización”.

Fuente: Ing. Otto Rosasco Gerkes

Basados en los parámetros de la DBO5, la eficiencia en las lagunas de estabilización de desechos, pueden ser tan altos como 95%.

Sin embargo, debido al alto contenido de algas en los efluentes, los parámetros de la DQO indicarían solamente una eficiencia entre el 50 y 60%.

De la discusión previa, parecería ser que el proceso fotosintético no es necesariamente un factor importante en la reducción de materia orgánica en lagunas de estabilización.

Tipos de lagunas de estabilización

• Anaerobias

• Facultativas

• Aerobias

• Maduración

• Aireadas

Fuente: Manual para municipios ecoeficientes - MINAM

Procesos y diferenciaciones - natural

Interacción de microorganismos – procesobiológico

Fuente: Manual para municipios ecoeficientes - MINAM

CARGA ORGÁNICA “C”

mg/lDBO5

l/sCaudal

DBO/día KgC

0.0864 x DBO5 x CaudalC

⇒

⇒

⇒

=

CARGA ORGÁNICA “C”

1000percapita ónContribuci x Población

C =

C = Kg DBO5/día

Contribución percápita, en gr DBO5/(habitante.día)

BM : 40 - 50 Metcalf : 54 Norma S090: 50

Cuidado….

Fuente: Norma OS 090

CARGA SUPERFICIAL (CS)

CARGA SUPERFICIAL (CS)

Área (ha)

C(Kg DBO/día)

CS = Kg DBO/(hectárea.día)

CARGA VOLUMCARGA VOLUM ÉÉTRICA(CV)TRICA(CV)

Volumen (m3)

C(Kg DBO/día)

CV = Kg DBO/(m 3.día)

CARGA VOLUMÉTRICA(CV)

Lagunas anaeróbicas

Fuente: Norma

OS 090

Distribución

Fuente: Norma OS 090

Fuente: Norma OS 090

Fuente: Manual para municipios ecoeficientes - MINAM

LAGUNAS ANAEROBICAS: CRITERIOS DE DISEÑO

• CARGA VOLUMETRICA– Rango: 100-300 g BOD/(m3.día) para 20 °C

• PROFUNDIDAD– Recomendada 2.5 a 5.0 m.– Necesario: profundidad extra para lodos

• RETENCION Y REMOCIONES• 10-15 °C 4-5 días 30-40% BOD remoción• 15-20 °C 2-3 días 40-50% BOD remoción• 20-25 °C 1-2 días 50-60% BOD remoción• 25-30 °C 1-2 días 60-70% BOD remoción

• INCREMENTO DEL NH3-N• Del orden del 20%• Carga Facultativa para post tratamiento depende delnivel del NH3-N

Vista de una laguna anaerobica

LAGUNAS ANAEROBIASLAGUNAS ANAEROBIAS

VENTAJASVENTAJAS

• Bajo costo - Área reducida.

• Atractivas para desechos de altas concentraciones.

• Desechos industriales biodegradables.

Z : 3 Z : 3 -- 5 m5 mP.R. : 1 P.R. : 1 -- 5 D5 Dííasas

Z

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

LAGUNAS ANAEROBIASLAGUNAS ANAEROBIAS

ASPECTOS DESFAVORABLESASPECTOS DESFAVORABLES

• Procesos muy sensibles a factores ambientales.

• Condiciones estéticas.

• Tasas de mortalidad bacteriana reducidas.

• Malos olores por fallas en la operación y mantenimiento.

• Acumulación de lodos más rápida.

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Lagunas facultativas

Fuente: Norma OS 090

Fuente: Norma OS 090

Fuente: Norma OS 090

Fuente: Norma OS 090

Fuente: Norma OS 090

Vista de una laguna facultativa

Vista de una laguna facultativa

Laguna facultativa / Universidad Nacional de Ingeniería

Laguna facultativa / Universidad Nacional de Ingeniería

Laguna facultativa / Universidad Nacional de Ingeniería

Laguna facultativa / Universidad Nacional de Ingeniería

Lagunas aerobias

Su diseño esta basado en lo siguiente :

• Profundidad moderada para favorecer el ingreso de la luz solar

• Producción máxima de algas y por tanto de oxigeno

• Reducir al máximo la materia orgánica

� Son las que en todo el volumen del liquido la concentración de oxigeno es suficiente para que prevalezca el desarrollo de bacterias aerobias

Son lagunas poco profundas de 1 a 1.5m de profundidad y suelen tener tiempo de residencia elevada, 20-30 días (Romero, 1999).

Lagunas de maduración

En la laguna de maduración se forma una capa aerobia, en la cual se desarrolla una biomasa de algas y microorganismos fotosintéticos que proporcionan el oxígeno necesario para la degradación aerobia de la materia orgánica.

En estas condiciones, la materia orgánica no es muy abundant e, por loque las bacterias están en fase endógena (se consumen entre s i). Laradiación ultravioleta que es parte de la radiación solar ca usa lainactivación y muerte de muchos microorganismos y bacteria s, por loque es posible tener una reducción altamente eficiente de és tos.

Pueden tener profundidades que van de 0.5m a 1.0m

Lagunas aereadas

Se emplean como primera unidad en un sistema de tratamiento donde la disponibilidad de terreno es limitada

Se basan en un aporte de oxigeno por medios artificiales como los aireadores flotantes.

CRITERIOS DE DISEÑO

a CARGA SUPERFICIAL

a CARGA VOLÚMETRICA

a PROFUNDIDAD

a EFICIENCIAS

a ACUMULACIÓN DE LODOS

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

CLIMATICOS

• Temperatura

• Radiación Solar

• Viento

• Evaporación

• Precipitación

FACTORES QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS.

FISICOS

• Estratificación• Flujo a través de las lagunas• Profundidad

FACTORES QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS.

QUIMICOS Y BIOQUIMICOS

• PH• Oxigeno disuelto• Nutrientes

FACTORES QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS.

Disposición de lagunas

Lagunas en serie

Lagunas en paralelo

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

SerieP

aralelo

Clasificación por el modo de operación

Disposición de lagunas

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Clasificación

CLASIFICACIÓN

CRUDO PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA

Por su posición respecto al crudo(“Crudo” = Agua residual sin tratar)

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Esquema

ESQUEMAS DE SISTEMAS DE LAGUNAS

P S T

ANAEROBIA FACULTATIVA FACULTATIVA(MADURACIÓN)(PULIMENTO)(ACABADO)

P S T

FACULTATIVA FACULTATIVA FACULTATIVA

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Esquema

ESQUEMAS DE SISTEMAS DE LAGUNAS

P S T

AERADA FACULTATIVA FACULTATIVA

P S T

ANAEROBIA AERADA FACULTATIVA

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

An (P)

An (P)

An (P)

F (S)

F (S)

F (S)

Módulos uno a uno

Esquema

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

An (P)

An (P)

F (S)

Módulos dos a uno

Esquema

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

CRITERIOS DE DISEÑOPR Y EFICIENCIAS (T>20C)

PR (días) REDUCCIÓN DE DBO5 (%)

1 502.5 605 70

Fuente . Mara, 1976

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

T °C PR (días) Efic. (%)

10 - 15 4 - 5 30 - 4015 - 20 2 - 3 40 - 5020 - 25 1 - 2 50 - 6025 - 30 1 - 2 60 - 80

Fuente: Arceivala, 1973

CRITERIOS DE DISEÑOT - PR - EFICIENCIAS

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Modelo hidráulico

Laguna facultativa

MODELO A FLUJO PISTON

K.tSo.eS −=

0L

D.Ud ==

d : Factor de dispersión

L

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

MODELO A MEZCLA COMPLETA

K.t1So

S+

=

So S∞∞==

L

D.Ud

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Hipótesis de flujo disperso

La ecuación que caracteriza el flujo real o disperso es:

KNx

ND

x

NU

t

N −∂∂+

∂∂−=

∂∂

2

2

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

MODELO DE FLUJO DISPERSO

a/2d)(2(a/2d)2

(1/2d)

ea)(1ea)(14ae

NoN

−−−+=

1/24Kb.R.d)(1a +=

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Sub modelo hidráulico

Flujo Disperso

En la práctica el flujo no es a pistón, ni a mezcla completa, sino que es disperso.

tp tV/Q R =

C

Se agregatrazador

C vs t

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

APLICACIÓN DE UN TRAZADOR BAJO FLUJO

DISPERSO

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

MODELO DE FLUJO DISPERSOSimplificación de Thirimurthy (1969)

2d : lagunas En

4K.R.d)(1a

a)(14ae

NoN

1/2

2

2da1

<

+=+

=

−

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

PREDICCIÓN DEL NÚMERO DE DISPERSIÓN (d)

Ecuación de Polprasert modificada por Saenz

[ ]

2

1.4890.734

1.5110.489

W)1.01368(L/W)0.25392(L/0.26118-(L/W)

d

Trazadores de PruebasJuan San nCorrelació

(LZ)42.5)(TW2Z)R(W 1.158

d

++=

−

++=

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Calibración del modelo de flujo disperso

• Tasas de mortalidad de bacterias coliformes (Kb)• Tasas de degradación de la materia orgánica (K)• Constante de corrección por temperatura (θ)• Factores de ajuste al sub-modelo hidráulico

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Tasas de mortalidad de bacterias

• Las tasas de mortalidad (Kb) varían con el nivel de tratamiento:

– Lagunas anaerobias: Kb = 0,4 – 0,6 día-1

– Lagunas primarias facultativas o facultativas precedidas por anaerobias: Kb = 0,6 – 0,8 día-1

– Lagunas secundarias – terciarias facultativas: Kb = 0,8 – 1,0 día-1

FACTOR DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA:

De acuerdo a Norma OS090: θ = 1,05

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Tasas de degradación de la materia orgánica (K)

• La tasa de degradación de la materia orgánica (expresada como DBO) es del orden de:

• K = 0,2 – 0,3 día-1

FACTOR DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA:

De acuerdo a Norma S090: θ = 1,05Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Factores de ajuste al sub-modelo hidráulico

• Factor de corrección hidráulica

• Factor de características de sedimentación

• Factor intrínseco de algas

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Factor de correción hidráulica (FCH)

• En una laguna de estabilización siempre existirán cortos circuitos hidráulicos y volúmenes muertos que influirán sobre el período de retención

• El PRREAL = PRTEÓRICO x FCH

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Factor de correción hidráulica (FCH)

• Los valores de FCH varían entre 0,3 a 0,8• El FCH dependerá de:

– La geometría de la laguna de estabilización• Las lagunas alargadas tendrán un mayor valor de FCH

– El número y ubicación de los dispositivos de ingreso y salida

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Factor de características de sedimentación (FCS)

• La materia orgánica está bajo la forma soluble

• En la laguna primaria (anaerobia o facultativa) ocurrirá la sedimentación de esta materia orgánica particulada (no más del 30%). De este modo para las lagunas primarias se puede considerar un valor de FCS = 0,7

• En las lagunas secundarias la sedimentación no es un mecanismo importante de remoción pudiendo usarse valores de FCS = 0,95 a 1,0

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

La fracción soluble

• Para la DBO se debe considerar en el modelo solo lo fracción soluble (Lo)

CSFLLo x =

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Factor de características de sedimentación (FCS)

• En el caso de remoción de coliformes, solo un número muy pequeño de bacterias está agregada a partículas sedimentables. Por lo que se puede considerar un valor de FCS = 0,95 a 1,0 en lagunas primarias y de FCS = 1,0 para cualquier laguna de nivel superior

(LA SEDIMENTACIÓN NO ES UN MECANISMO IMPORTANTE EN LA REMOCIÓN DE BACTERIAS – POR LO QUE SE PUEDE OBVIAR ESTE FACTOR CONSIDERANDOLO COMO FCS = 1,0)

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Factor intrínseco de algas (FIA)

• Cuando se incuba una muestra de efluentes de lagunas, para el ensayo de la DBO, se provoca la mortalidad de algas. Esta muerte de algas provocará un incremento de la DBO en el ensayo.

• En la laguna de estabilización facultativa., las algas no están ejerciendo DBO, por el contrario están produciendo oxígeno por fotosíntesis

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

Factor intrínseco de algas (FIA)

• Los valores de FIA serán mayores cuando mayor sea el contenido de algas en la laguna de estabilización (mayor productividad primaria)

• Los valores de FIA que se pueden usar son

– FIA = 0 (lagunas anaerobias – no hay algas)

– FIA = 0,1 a 0,2 (lagunas facultativas primarias o facultativas precedidas por anaerobias)

– FIA = 0,3 a 0, 5 en lagunas facultativas secundarias

– FIA = 0,6 a 1,3 en lagunas facultativas terciarias

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

DBO del efluente de lagunas

( ) IA

d

a

FLoa

eaLoLe ×+

+=

−

2

2

1

1

4

Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu

• No es un proceso de tamizado del agua residual, es un proceso en la que se pone en contacto las aguas residuales y la biomasa (bio película) adherida a un medio de soporte fijo (natural o artificial)

Fuente: Norma OS 090

Fuente: Manual Técnico del Agua - Degremont

Fuente: Manual Técnico del Agua - Degremont

El reactor anaeróbico de flujo ascendente y manto de lodos (UASB) del inglés Upflow Anaerobic Sludge Blanket

Procesos importantes :

• Hidrolisis• Acidogenesis• Acetogenesis• Metanogenesis

Hidrolisis

MSc. Ing. Rosa Yaya Beas

Acidogénesis

MSc. Ing. Rosa Yaya Beas

Acetogénesis

MSc. Ing. Rosa Yaya Beas

Metanogénesis

MSc. Ing. Rosa Yaya Beas

Ventajas

• No requiere energía

• Produce metano

• Acepta altas cargas orgánicas (35 kgDQO/m3.d)

• Relativamente fácil de operar y mantener

• Se puede almacenar lodo

• Puesta en marcha posible en días si hay inóculo

• Diseño modular

Desventajas

• Bacterias susceptibles a algunos compuestos tóxicos

• No es un tratamiento completo

• A veces se producen malos olores

• Actividad reducida en temperaturas bajas

• Escasa experiencia en algunas regiones

Muchas graciasjcalarcon@cip.org.pe