CURSO PRACTICO SOBRE
LAGUNAS DE ESTABILIZACION:
TEORIA, PRACTICA, OPERACIÓN Y
MANTENIMIENTO
ORGANIZADO POR:
ASOCIACION ECUATORIANA DE INGENIERIA
SANITARIA Y AMBIENTAL, AEISA Y LA
UNIVERSIDAD LAICA VICENTE ROCAFUERTE DE
GUAYAQUIL
12 al 24 de Mayo 2003
Guayaquil, Ecuador
CURSO INTERNACIONAL
SOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
REDUCCION DE ORGANISMOS
PATOGENOS EN LAGUNAS DE
ESTABILIZACION Y LAGUNAS DE
MADURACION
Fabian Yanez, Ph.D.
CONSULTANTOR
CATEGORIAS DE INFECCIONES CAUSADAS POR PATOGENOS
NORMALMENTE PRESENTES EN EXCRETAS HUMANAS
1: Causadas por agentes que no pueden reproducirse en al ambiente en el
momento de la excreción (no latentes) con una dosis infectiva media.
Pueden ser: virus, protozoarios y los helmintos Enterobius Vermicularis
(lombriz banca u oxiuro) e Himenolepsis nana (tenia enana). Requiere una
transmisión directa personal o en el medio doméstico inmediato.
2: Causadas por bacterias de las excretas, infectivas al momento de la
excreción. Requieren una mayor dosis infectiva, pueden reproducirse
fuera del huésped y comúnmente se transmiten en el medio doméstico
inmediato.
3: Causadas por nematodos intestinales trasmitidos por el suelo: ascárides
(Ascaris lumbricoides), anquilostomas (Anquilostoma Duodenale y
Necatur americanus) y los tricocéfalos (Trichuris trichura). No requieren
de huésped intermediario, pero sus huevos necesitan de un período de
latencia; la dosis infectiva es la mínima, un sólo organismo produce
enfermedad. Por esto, estos organismos patógenos son los de mayor
importancia sanitaria en el tratamiento y reuso de aguas residuales.
4: Causadas por la Taenia Saginata y Taenia Solium, las cuales para su
transmisión requieren de un huésped intermediario, normalmente la vaca
o el cerdo, quienes deben primero ingerir un huevo viable.
5: Causadas por helmintos acuáticos que requieren uno o dos huéspedes
acuáticos intermediarios, siendo el primero de ellos el caracol, en el cual
el agente patógeno se multiplica y el segundo (si existe), un pez o planta
macrofita acuática.
ORGANISMOS PATOGENOS RESPONSABLES
POR INFECCIONES
HELMINTOS
Son los responsables por las infecciones en las categorías 3, 4 y 5.
Son relativamente grandes comparados con bacterias.
Son los de mayor supervivencia en el ambiente, del orden de meses.
Su remoción el plantas de tratamiento de aguas residuales obedece
principalmente a sedimentación.
Se requieren períodos de 8 – 10 días para asegurar su remoción.
Virus, bacterias y protozoarios
Su supervivencia es del orden de días.
Su mortalidad obedece a la acción de agentes antibacterianos:
antagonismo de otros organismos, radiación solar, incremento del pH, etc.
Para virus y bacterias se han determinado tasas de mortalidad neta en
procesos de tratamiento.
RIESGO REAL Y RIESGO POTENCIAL
Para que exsista un
riesgo real
para la salud, se deben dar
todas las condiciones indicadas a continuación:
•
Una dosis infectiva del organismo llega al lugar de con-tacto (el
campo o una laguna de estabilización) o se multiplica en dichos
lugares hasta alcanzar una dosis infectiva
•
la dosis infectiva alcanza a una persona
•
la persona se infecta y,
•
la infección causa enfermedad o promueve su transmisión
Existirá solamente un
riesgo potencial
cuando no se cumpla la
RIESGOS SANITARIOS DE LA PRESENCIA DE ORGANISMOS
PATOGENOS EN AGUAS RESIDUALES SOMETIDAS A REUSO
TIPO DE ORGANISMO E INFECCION ORDEN DE RIESGO
---
---Nematodos intestinales Elevado Ascaris Spp.
Trichuris Spp. Anquilostomas
Bacterias Menor Diarreas bacterianas
(como cólera, fiebre tifoidea)
Virus Mínimo
Diarreas víricas Hepatitis A
Trematodos y cestodos De elevado a nulo según el método Esquistosomiasis de reuso y características locales Clonorquiasis
REMOCION DE PARASITOS
El phylum de protozoarios incluye más de 30 especies que pueden atacar al hombre. De esos, doce son patógenos verdaderos, diez son trasmitidos por insectos y el resto (Giardia lamblia y Entamoeba histolítica) puede ser trasmitido por moscas o por el agua.
Solamente tres de los protozoarios intestinales del hombre son conocidos como patógenos frecuentes: (1) Entamoeba histolítica; (2) Giardia Lamblia y (3) Balantidium coli.
Los tres ueden ser trasmitidos por portadores humanos asintomáticos. De ellos, la entamoeba histolítica es la de mayor significación ya que produce la disentería amebiana en el hombre. La ameba es un organismo muy frágil, pero forma un quiste que la protege y en esta forma es viable por períodos prolongados.
El phylum nematelminto incluye varios parásitos de vida independiente, forma cilíndrica, tamaño variable y usualmente con aparato digestivo. Las especies importantes incluyen los nematodos como: Trichinella spiralis, Trichuris trichiura, Strongyloides stercoralis, Ancylostoma duodenale, Necator americanus, Ascaris lumbricoides y Esterobius vermicularis.
Existe abundante información sobre parásitos en excretas y aguas residuales, cubriendo variados aspectos como: contribuciones por habitante y concentraciones presentes, supervivencia en varios medios, reducción en procesos de tratamiento y sus mecanismos.
-
Se ha reportado que los procesos convencionales como la sedimentación
primaria, lodos activados y filtros biológicos, son ineficientes en la
remoción de helmintos y protozoarios.
-
De acuerdo con los resultados de un buen número de investigaciones y
evaluaciones de lagunas, y para asegurar la reducción total de helmintos,
se ha recomendado el diseño de lagunas de estabilización con un período
de retención de 8 a 10 días como mínimo.
-
Se ha encontrado que las lagunas proveen de condiciones ambientales
favorables para controlar la diseminación de Bilharzia haematobium, a
través de la eliminación del caracol o huésped intermediario. Para el
control del Schistosoma mansoni se ha recomendado la inclusión de
lagunas anaeróbicas, en vista de que el ambiente libre de oxígeno afecta
la viabilidad de la miriacidia y el caracol.
-
Se ha encontrado la presencia de estados larvales de nematodos en
efluentes de lagunas de estabilización. Por ejemplo la sedimentación de
huevos viables de Anquilostoma ocurre en la laguna primaria y luego el
organismo evoluciona al estado larval y es transportado a efluentes
secundarios y terciarios. La presencia de estas formas, aún en elevados
números, el efluentes de lagunas no tiene importancia para la salud
pública, porque los organismos en esta forma no son patógenos para el
ser humano.
ASPECTOS DE IMPORTANCIA EN LA REMOCIÓN
DE PARÁSITOS
ORGANISMOS INDICADORES DE LA CALIDAD BACTERIOLÓGICA
REQUISITOS DE UN INDICADOR IDEAL
Se basa en información recopilada en los últimos 80 años
- Un componente normal de la flora intestinal de gente saludable- Su hábitat debe ser exclusivamente intestinal, de modo que cuando se le detecte en el ambiente, implique contaminación fecal
- Debe estar ausente en animales no humanos (este requisito no es satisfecho por ninguno de los indicadores bacterianos usados en el presente)
- Debe estar presente cuando se detecten patógenos de origen fecal - Debe estar presente en números mayores que los patógenos fecales
- Debe ser incapaz de multiplicarse fuera del intestino y deben tener una tasa de mortandad algo menor que la de los patógenos fecales
- Debe ser resistente a factores antagónicos naturales y debe sobrevivir procesos de tratamiento de aguas residuales, en un grado igual o menor que los patógenos fecales
- Debe ser de fácil identificación y conteo y, - Debe ser no patógeno.
En la práctica, ninguna de las bacterias usadas como indicadoras de contaminación fecal cumplen con todos los requisitos indicados. En bacteriología del agua existen tres indicadores comunmente usados: el grupo coliforme, el Streptococcus faecalis y el Clostridium perfringens. De los grupos indicados, el coliforme es el que ofrece mayores ventajas.
El coliforme fecal es más valioso que el coliforme total, para la evaluación de calidad bacteriológica de aguas contaminadas, pues excluye la presencia de organismos no fecales que pueden estar sujetos a reproducción posterior. Hasta el momento no se conoce un mejor indicador de contaminación fecal que el coliforme, por lo cual se continua con su uso.
MODELOS DE REDUCCION BACTERIANA
MODELO DE MEZCLA COMPLETA
Usado repetidamente en el pasado, a pesar de serios inconvenientes.
Entre las principales fallas: (1) suposición de mezcla completa, muy lejos
de la realidad; (2) uso de constantes de mortalidad inconsistentes; (3)
aplicación a lagunas de igual tamaño en serie, ha producido fracasos
espectaculares, principalmente en el caso de sistemas en serie con
unidades primarias del tipo anaeróbico.
En este caso el error ha sido el mantener la segunda laguna
(supuestamente facultativa) de igual tamaño que la anaeróbica, sin cuidar
que se den las condiciones de carga facultativa, produciéndose un
acarreo de la carga anaer óbica y condiciones de toxicidad para las algas,
a través del sistema.
Es modelo entra en desuso con el desarrollo de las constan-tes de
mortalidad neta y la caracterización del submodelo hidráuli-co que forman
parte del modelo de flujo disperso.
MODELOS DE REDUCCION BACTERIANA
MODELO DE MEZCLA COMPLETA
Asumiendo mezcla completa, los datos de evaluaciones de lagunas han sido procesados para calcular las constantes globales de mortalidad bacteriana, con el uso de la siguiente fórmula:
Kb' = (No/N - 1)/PR
N y No son respectivamente el coliforme fecal del efluente y afluente en #/100 ml, Kb' es la constante de mortalidad global en (1/días) y
PR es el período de retención nominal de la laguna en días.
Marais con datos de lagunas en el Africa Central: (1) Kb' entre 0.3 y 8.0 para coliforme fecal; (2) Kb' = 2 promedio para lagunas en serie; (3) Kb' = 1.6 en otros experimentos con una serie de nueve lagunas de maduración. Datos usados solo para el diseño de lagunas de maduración
Slanetz reporta reprocesamiento de datos de Marais entre 5 y 21 º C : Kb' = 2.6 x 1.19T-20
Sherry y Parquer para lagunas en Australia: (1) Kb’ entre 0.18 -y 7.0 (1/día) para verano; (2) entre 0.22 y 10 (1/día) para invierno
MODELOS DE REDUCCION BACTERIANA
MODELO DE MEZCLA COMPLETA
COEFICIENTE DE MORTALIDAD GLOBAL PARA LAGUNAS ANAEROBICAS
Carga Coeficiente de mortalidad
Kg DBO/(Ha.d) global Kb', 1/d
---
400
0.60
600
0.55
800
0.50
1000
0.46
1200
0.41
1400
0.37
Aunque en la mayoría de los casos los datos de las investigaciones han
ajustado al modelo de mezcla completa con altos coeficientes de
correlación, los intervalos de valores para las constantes de mortalidad
son bastante amplios resultantes de una suposición irreal en cuanto al
submodelo hidráulico.
MODELO DE FLUJO DISPERSO
Componentes
Componentes esenciales de este modelo: (1) la constante de mortalidad neta y (2) la caracterización del submodelo hidráulico a través del factor de dispersión.
MORTALIDAD NETA
Esta es una constante de reacción de primer orden que caracteriza a la Ley de Chick y es desarrollada a través de pruebas específicas en equilibrio discontinuo, o en rectores de forma alargada funcionando en estado estable. En ambos casos la mortalidad de bacterias se comporta exactamente con la misma formulación matemática.
El uso de datos de mortalidad neta es solamente correcto en un modelo que describa adecuadamente el funcionamiento hidráulico de una laguna.
Los ensayos con lagunas subdivididas, simulando flujo a pistón, son de gran utilidad en la determinación de tasas de mortalidad neta de bacterias, no solo porque proveen datos de la constante cinética de mortalidad, sino porque al mismo tiempo, validan el uso del modelo de flujo disperso, en un una de sus condiciones límites.
Los valores del coeficiente de mortalidad neto son mucho más bajos que para el coeficiente de mortalidad global, pero el intervalo de valores es mucho más reducido, lo cual no es sino el reflejo de resultados en condiciones experimentales mucho más controladas.
MODELO DE FLUJO DISPERSO
Componentes
TASAS DE MORTALIDAD BACTERIANA NETA
TEMP
COLI ° C Kb, 1/d TIPO DE SISTEMA REFERENCIAS --- --- --- --- ---Fecal 7.9 0.460 Flujo tipo pistón Klock
Fecal 12.7 0.714 Flujo tipo pistón Klock Fecal 17.9 0.852 Flujo tipo pistón Klock Fecal 25.2 1.612 Flujo tipo pistón Klock Fecal 11 – 15 0.552 Flujo tipo pistón Wright Fecal 16 – 29 0.644 Flujo tipo pistón Wright Feca 21.7 0.857 Flujo tipo pistón Yánez Total 20.0 0.740 En 23 pruebas Yánez Fecal 20.0 0.841 En 31 pruebas Yánez Fecal 20.0 0.936 Varias pruebas Castillo Fecal 20.0 0.800 Para agua dulce Mancini
Los valores indicados corresponden a lagunas funcionando con un mecanismo de fotosíntesis bien establecido, o sea del tipo facultativo.
DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL T 90 ' ' , , , , 0 1 2 3 4
Tiempo de Permanecia, Días
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 Coliforme fecal, NMP/100 ml. T90=1.92 R2=0.9738 No. 3 Kb26=1.76 , '
K20 = 1.2 1/d
MODELO DE FLUJO DISPERSO
Componentes: Submodelo hidráulico
Consiste en determinar la dispersión en una laguna de características dadas.
El primer método parte de consideraciones de orden teórico y trata de agrupar una serie de variables. Existen tres formulaciones:
Fisher considera el flujo en un estanque de las características de un canal y describe el factor de dispersión con la siguiente fórmula:
0.304 (PR.v.A)0.5 (A + 2.Z)1.5 d = (L.Z)1.5
d = factor de dispersión adimensional; PR = período de retención en días v = viscosidad cinemática en m2/día; A = ancho del canal en metros Z = profundidad de la laguna en metros
L = longitud de paso del fluido desde el afluente hasta el efluente en metros
Resulta en valores más altos que los determinados experimentalmente: para una laguna cuadrada de 1 Ha., con un período de retención nominal de 10 días y una profundidad de 1.3 m., resulta en un factor de dispersión de 1.98, lo cual es aproximadamente el doble del valor experimental.
MODELO DE FLUJO DISPERSO
Componentes: Submodelo hidráulico
0.168 (PR.V)0.25 (A + 2.Z)2.35
d = --- ; Formulación de Liu (L.A.Z)1.25
0.187 [PR.v (A + 2.Z)]0.489 A1.511
d = ---: Formulación del Polpraser (L.Z)1.489
Para el caso de la laguna anterior, el uso de la última fórmula resulta en un valor ligeramente menor, de 1.746. Cerca del doble del valor experimental.
En cambio para una laguna rectangular, de 2 Ha. y con una relación largo/ancho de 2.0, un período de retención nominal de 10 días y una profundidad de 1.5 m., resulta en un coeficiente de dispersión de 0.356, el mismo que es menor que lo determinado experimentalmente.
Formulaciones anteriores son de difícil comparación por efecto del gran número de variables incorporadas.
Los resultados que se obtienen dan valores dentro de un orden de magnitud aceptable, a falta de mejores datos.
