DISEO Y FUNCIONAMIENTO DE LAGUNAS DE ESTABILIZACION: FACULTATIVAS Y ANAEROBIAS

DISEO Y FUNCIONAMIENTO DE LAGUNAS DE ESTABILIZACION: FACULTATIVAS Y ANAEROBIASAlumno:HERRERA VALDIVIA ORLANDO ALEXANDERDocente:ing. Jos longa lvarezCurso:- Tratamiento y reutilizacin de aguas residualesINTRODUCCIONLas 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.

OBJETIVOSGENERALAnalizar y estudiar las lagunas facultativas y las lagunas anaerobias, las cuales son un tipo de lagunas de oxidacin con el fin de estar en condiciones de disearlas.EspecficosEstudiar las ventajas y desventajas de las lagunas anaerobias o de oxidacin.Conocer sus caractersticas fsicas, su ubicacin y su forma.Analizar el clculo hidrulico de lagunas facultativas.Realizar un ejemplo de aplicacin.

MARCO TERICOLAGUNAS NATURALES DE ESTABILIZACION:

Entre las tcnicas de bajo costo en el campo del tratamiento de aguas residuales, los sistemas lagunares son los que han encontrado mayor aplicacin. Las lagunas de estabilizacin son el mtodo ms simple de tratamiento de aguas residuales que existe. Estn constituidos por excavaciones poco profundas cercadas por taludes de tierra. Generalmente tiene forma rectangular o cuadrada. Las lagunas tienen como objetivos: 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.

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 sistemaLas lagunas naturales de estabilizacin tienen 2 tipos principales, las cuales son las lagunas facultativas y las lagunas anaerobias.

LAGUNAS FACULTATIVASLas lagunas facultativas son aquellas que poseen una zona aerobia y una zona anaerobia, situadas respectivamente en superficie y fondo. Por tanto, en estas lagunas podemos encontrar cualquier tipo de microorganismo, desde anaerobios estrictos en el fango del fondo hasta aerobios estrictos en la zona inmediatamente adyacente a la superficie. Sin embargo, los seres vivos ms adaptados al medio sern los microorganismos facultativos, que pueden sobrevivir en las condiciones cambiantes de oxgeno disuelto tpicas de estas lagunas a lo largo del da y del ao. Adems de las bacterias y protozoos, en las lagunas facultativas es esencial la presencia de algas, que son las principales suministradoras de oxgeno disuelto. A diferencia de lo que ocurre con las lagunas anaerobias, el objetivo perseguido en las lagunas facultativas es obtener un efluente de la mayor calidad posible, en el que se haya alcanzado una elevada estabilizacin de la materia orgnica, y una reduccin en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes.A diferencia de lo que ocurre con las lagunas anaerobias, elobjetivoperseguido en las lagunas facultativas es obtener un efluente de la mayorcalidadposible, en el que se haya alcanzado una elevada estabilizacin de lamateriaorgnica, y una reduccin en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes.

FUNDAMENTOS DE LA DEPURACION DE LAGUNAS FACULTATIVASLa degradacin de la materia orgnica en lagunas facultativas tiene lugar fundamentalmente, por la actividad metablica de bacterias hetertrofas facultativas, que pueden desarrollarse tanto en presencia como en ausencia de oxgeno disuelto, si bien su velocidad de crecimiento, y por tanto la velocidad de depuracin, es mayor en condiciones aerobias. Puesto que la presencia de oxgeno es ventajosa para el tratamiento, las lagunas facultativas se disean de forma que se favorezcan los mecanismos de oxigenacin del medio.Las dos fuentes de oxgeno en lagunas facultativas son la actividad fotosinttica de las algas y la re aireacin a travs de la superficie.

Las bacterias oxidan los productos de desecho para conseguir la energa y materias primas necesarias para la sntesis de las molculas complejas de las que estn formadas (protenas, polisacridos, etc).

FACTORES QUE AFECTAN A LA DEPURACION EN LAGUNAS FACULTATIVAS

FACTORES CLIMATICOSTEMPERATURARADIACION SOLARVIENTOEVAPORACION:PRECIPITACION:

FACTORES FISICOSESTRATIFICACION:PROFUNDIDAD:

LAGUNAS ANAEROBIASLas lagunas anaerobias constituyen un proceso de tratamiento que opera bajo una condicin de ausencia de oxgeno.Las lagunas anaerobias se utilizan normalmente como primera fase en el tratamiento de aguas residuales urbanas o industriales con alto contenido en materia orgnica biodegradable.El objetivo primordial de estas lagunas es la reduccin de contenido en slidos y materia orgnica del agua residual, y no la obtencin de un efluente de alta calidad. Las lagunas anaerobias operan en serie con lagunas facultativas y de maduracin. Generalmente se utiliza un sistema compuesto por al menos una laguna de cada tipo en serie, para asegurar que el efluente final de la planta depuradora va a poseer una calidad adecuada durante todo el ao. Las lagunas anaerobias se disean para aguas residuales con altas cargas y se caracterizan por su corto tiempo de retencin hidrulica.

Las lagunas anaerobias se construyen de acuerdo con una de las dos concepciones bsicas siguientes (Middlebrooks y col., 1982):

Lagunas de gran tamao, poca profundidad y tiempos de residencia del agua residual medios. Este tipo de diseo se utiliza en Australia.

Lagunas pequeas, profundidad media a alta y tiempos cortos de residencia. Este diseo es el normal en la mayora de los pases, especialmente como primera fase de la depuracin, bien por lagunaje o utilizando algn otro mtodo de tratamiento. Los factores que hay que tener en cuenta al proyectar una laguna anaerobia son fundamentalmente los aspectos de conservacin del calor, sedimentacin de materia en suspensin y almacenamiento de fangos.

FUNDAMENTOS DE LA DEPURACION EN LAGUNAS ANAEROBIAS

- Hidrlisis. Este trmino indica la conversin de compuestos orgnicos complejos e insolubles en otros compuestos ms sencillos y solubles en agua. Esta etapa es fundamental para suministrar los compuestos orgnicos necesarios para la estabilizacin anaerobia en forma que puedan ser utilizados por las bacterias responsables de las dos etapas siguientes. - Formacin de cidos. Los compuestos orgnicos sencillos generados en la etapa anterior son utilizados por las bacterias generadoras de cidos. Como resultado se produce su conversin en cidos orgnicos voltiles, fundamentalmente en cidos actico, propinico y butrico. Esta etapa la pueden llevar a cabo bacterias anaerobias o facultativas. Hay una gran variedad de bacterias capaces de efectuar la etapa de formacin de cidos, y adems esta conversin ocurre con gran rapidez. Dado que estos productos del metabolismo de las bacterias formadoras de cido o acidognicas estn muy poco estabilizados en relacin con los productos de partida, la reduccin de DBO5 o DQO en esta etapa es pequea. - Formacin de metano. Una vez que se han formado estos cidos orgnicos, una nueva categora de bacterias entra en accin, y los utiliza para convertirlos finalmente en metano y dixido de carbono. El metano es un gas combustible e inodoro, y el dixido de carbono es un gas estable, que forma parte en poca cantidad de la composicin normal de la atmsfera.

FUNCIONAMIENTO:

En este tipo de lagunas, el material orgnico suspendido sedimenta en el fondo del recipiente y se descompone anaerbicamente formando inicialmente cidos orgnicos y posteriormente la digestin en condiciones de anaerobiosis conduce a la descomposicin de dichos cidos voltiles orgnicos a bixido de carbono y metano principalmente. Este tipo de lagunas produce olores ftidos, por lo que un tratamiento de este tipo solo es conveniente en lugares alejados de ncleos de poblacin. A medida que pasa el tiempo, los lodos se acumulan en el fondo del receptor de aguas residuales y aunque estos lodos se degradan anaerbicamente no es total la conversin a gases voltiles, por lo que ocurre un incremento gradual de la capa de lodos sedimentados y finalmente, una vez que la capa de sedimento rebasa la mitad del volumen de la laguna es necesario remover estos slidos ya que el volumen del reactor o recipiente de digestin se reduce a la mitad de su capacidad original y la efectividad del proceso puede deteriorarse significativamente. Los costos de extraccin de los lodos de una laguna son sumamente altos, por lo que otra opcin prctica es abrir nuevas lagunas de tratamiento y abandonar las lagunas originalmente construidas, hasta que estas se sequen completamente y pueda ser removido el lodo acumulado. Este tipo de lagunas son recomendables y se emplean cuando la carga orgnica de las aguas residuales es muy alta y se dispone de superficie abundante para construir lagunas y mantenerlas alejadas de los centros de poblacin.

En primer lugar, si las balsas operan con tiempos de retencin muy pequeos, slo las fases hidroltica y acidognica tienen tiempo de desarrollarse, pero no la de formacin de metano, que es ms lenta, y por tanto, se producirn olores y se obtendr una eliminacin muy baja de la materia orgnica. Por otra parte, si la carga es escasa y el tiempo de retencin elevado, comienzan a desarrollarse algas en superficie, y el oxgeno producido da lugar a la muerte de las bacterias metangenas, tambin con el resultado de desarrollo de olores desagradables. Por tanto, las lagunas anaerobias requieren un mantenimiento adecuado para preservar en todo momento el equilibrio entre las fases responsables de la depuracin.Otro factor que influye en el comportamiento de las lagunas anaerobias es la temperatura. Las bacterias metanigenas crecen mejor cuanto mayor es la temperatura, con un intervalo ptimo de crecimiento entre 30-35 C. Por tanto, las lagunas anaerobias presentan una actividad muy superior durante el verano, lo que puede comprobarse fcilmente observando la cantidad de burbujas que aparecen en superficie en las distintas pocas del ao. En la tabla aparecen los intervalos ptimos y extremos para la fermentacin anaerobia de materia orgnica.

LAGUNAS EN SECUENCIA:LAGUNAS NATURALES (ANAEROBIA - FACULTATIVA - ANAEROBIA)

Limitacin recomendada de uso:< 3000 habitantesProblemas en el sistema:Superficies requeridas (8-11 m2/hab)Olores en etapa anaerobiaSin impermeabilizacin contaminacin de sublveoMosquitos y roedoresExtraccin y eliminacin peridica de lodosRendimientos:80-95 %Instalaciones previas requeridas:Necesario un desbaste. Rejillas o TamicesConveniente desarenado y desengrasadoDifcil dimensionado ante las variaciones de cargas y temperaturas. Una vez construida no puede actuarse contra el sistemaAtencin a la estabilidad de los taludesImpermeabilizacinPrever la retirada y extraccin de lodos cada dos aosOlores y mosquitos

LAGUNAS NATURALES (FACULTATIVA - FACULTATIVA - ANAEROBIA)

Limitacin recomendada de uso:< 3000 habitantesProblemas en el sistema:Superficies requeridas (8-11 m2/hab)Menos problemas de olores en balsas facultativasContaminacin del sublveo si se realiza sin impermeabilizacinMosquitos y roedoresExtraccin y eliminacin peridica de lodosRendimientos:80-95 %Instalaciones previas requeridas:Necesario un desbaste. Rejillas o TamicesConveniente desarenado y desengrasadoDifcil dimensionado ante las variaciones de cargas y temperaturas. Una vez construida no puede actuarse contra el sistemaAtencin a la estabilidad de los taludesImpermeabilizacinPrever la retirada y extraccin de lodos cada dos aosOlores y mosquitos

CRITERIOS DE DISEO HIDRAULICO:LAGUNAS FACULTATIVAS:

Bsicamente, la carga orgnica crtica (superficial o volumtrica) para una laguna facultativa es el principal criterio de diseo de las lagunas de estabilizacin. Este valor debe ser determinado atendiendo a las condiciones climticas que afectan a la laguna tales como la temperatura, la radiacin solar, la velocidad del viento, etc.Cs= Carga Orgnica Superficial.DBO5= Demanda Biolgica de Oxigeno transcurridos 5 das de reaccin.La ecuacin seria:CS = 60.26 (1.099) T

En 1976, Mara propuso una forma ms conservadora de la ecuacin anteriorCS = 40.35 (1.099) TFinalmente, Pescod y McGarry establecieron un criterio an ms estricto que el de Mara, y determinaron que la carga mxima permisible en una laguna facultativa debe ser (Rolim, 1990).CSmax = 20T-20A partir de la ecuacin (50), Arthur (1983 en Rolim, 1990) la modific de la siguiente manera.CSmax = 20T-60Posteriormente, Mara determin que deba existir una ecuacin para conocer la carga orgnica superficial en funcin de la parte del mundo donde se instale la laguna

Europa mediterrnea CS =10TSudamrica = Cs =350(1.107 0.002(T)) T 25

Sin embargo, los datos de estudios llevados a cabo en lagunas piloto localizadas en Extrables, Universidad de Paraiba, Brasil, sugieren que a temperaturas del agua de 25 C, las cargas orgnicas muy superiores a los 350 kg/ha.d reducen significativamente la poblacin de algas y por consiguiente la produccin de oxgeno, vital para el proceso de tratamiento. Por lo que se propuso la siguiente ecuacin, la cual se aproxima con mayor precisin a las condiciones de Mxico.CS = 250(1.085) T-20, kg ha/d

LAGUNAS FACULTATIVAS PRIMARIAS

Factor de correccin hidrulica(HCF)===========>0.6entre 0.3 a 0.8Factor de caractersticas de sedimentacin DBO(FCS)===========>0.8entre 0,6 a 0,8Factor intrnseco de algas (FIA)===========>0.05entre 0,05 a 0,15Factor de caractersticas de sedimentacin CF (FCS)===========>1entre 0,9 a 1,0LAGUNAS ANAEROBIAS:

VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

VentajasBajos costes de inversin, sobre todo si el terreno es suficientemente impermeable, y facilidad constructiva.Consumo energtico nulo, si el agua a tratar puede llegar por gravedad a la depuradora.Ausencia de averas mecnicas al carecer de equipos.Escaso y simple mantenimiento, que se limita a retirar los residuos del Pretratamiento y a mantener la superficie de las Lagunas libre de flotantes, para evitar la proliferacin de mosquitos.Escasa produccin de fangos, experimentando stos una alta mineralizacin, a consecuencia de los elevados tiempos de retencin con los que se opera, lo que facilita enormemente su manipulacin y evacuacin.Gran inercia, lo que permite una fcil adaptacin a cambios de caudal y de carga orgnica.Alto poder de abatimiento de microorganismos patgenos.DesventajasPara la implantacin de Lagunas Facultativas y de Maduracin, se precisan grandes extensiones de terreno.Dada su estrecha dependencia de las condiciones climticas, la implantacin de este sistema de depuracin puede verse limitada en zonas fras o de baja radiacin solar.En el caso de las Lagunas Anaerobias se desprenden olores desagradables, que obliga a situarlas en lugares alejados de las zonas habitadas.Recuperacin lenta cuando se produce el deterioro del sistema biolgico.Efluentes finales con slidos en suspensin (microalgas).Prdidas de agua por evaporacin.

FORMA Y UBICACIN:LAGUNAS FACULTATIVASUbicacin: En un sistema de lagunaje las lagunas facultativas se ubican despus de las lagunas anaerobias puesto que son las que buscan que el agua tenga mejor calidad despus de salir de este sistema.Forma:La forma que tienen son de forma trapezoidal (vista de perfil) el fondo tiene un recubrimiento de geomembranas para que no se infiltre el agua y el tratamiento sea completo

LAGUNAS ANAEROBIASUbicacin: Como el propsito de las lagunas aerobias es la degradacin y transformacin de sustancias orgnicas en su interior mas no se busca el fin de dejar un agua de calidad va antes de las lagunas facultativas y despus de un respectivo sistema de cribado, desarenador y desengrasado.Forma:Generalmente la forma de una laguna anaerobia es rectangular con el fin de una mejor distribucin de las zonas de reaccin y la limpieza y removimiento de la materia final, su fondo es recubierto con gemomenbrana para evitar filtraciones.

EJEMPLO DE APLICACIN:

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

ConclusionesSe estudi el funcionamiento de las lagunas facultativas y anaerobias destinadas para el tratamiento de agua residual de poblaciones menores de 3000 hab.Se analiz el diseo hidrulico de estas lagunas, as como sus ventajas y desventajas y finalmente su forma y ubicacin.Se realiz un ejemplo de diseo de aplicacin de un sistema secuencial de 1 laguna anaerobia y 2 lagunas facultativas, plasmndolas en un plano.

RecomendacionesTener cuidado al momento de introducir los datos provenientes relacionados con la temperatura.