TRATAMIENTO DE EFLUENTES. Tema 13: Sistemas naturales de tratamiento - Lagunas

(1)

TRATAMIENTO DE

EFLUENTES

Ingenier

í

a Sanitaria

-

2012

Tema 13: Sistemas naturales de tratamiento

-

-Lagunas

Lagunas

Dr.

(2)

Diferencias entre sistemas de

tratamientos convencionales y

naturales con reciclado

•

• CONVENCIONAL : Elimina MO, N, P, tó

CONVENCIONAL : Elimina MO, N, P, t

óxicos

xicos

–

Alto costo

–

Sin retorno de beneficios

–

Alto

consumo energ

é

tico

•

• NATURAL : Elimina pat

NATURAL : Elimina pat

ó

genos y t

ó

xicos

–

recicla

N, P , MO y nutrientes, transform

N, P , MO y nutrientes, transformá

ándolos en

ndolos en

productos beneficiosos

-

menor consumo energ

í

a

–

(3)

ALTERNATIVAS PARA EL RECICLADO DE

MATERIA RESIDUAL

•

• Aplicaci

Aplicaci

ó

n directa : agricultura

–

acuacultura

•

• Aplicaci

Aplicaci

ó

n indirecta : biog

á

s

–

reuso

de

agua

•

• Sistemas integrados : biog

Sistemas integrados : biog

á

s +

lagunas/humedales

–

lagunas + agricultura/

acuacultura/humedales/

(4)

Lagunas de Estabilizaci

ó

_ó

n

_n

–

Lagunas construídas en terreno, con

espejo de agua poco profundo, que

utilizan relaciones simbióticas entre

algas y bacterias

• Las algas proveen oxígeno

(5)

(6)

CLASIFICACION DE LAGUNAS EN FUNCION DE LA

PROFUNDIDAD Y CARGA DEL SISTEMA

Las lagunas en relaci

ón con la presencia de ox

ó

n con la presencia de oxí

ígeno se

geno se

clasifican en:

•

Lagunas Aerobias

.

•

Lagunas Facultativas

•

(7)

Ventajas/Desventajas

Ventajas Desventajas

Bajo costo de capital Requiere grandes extensiones de terreno Requiere mínima capacitación de personal

de operación

Elevada concentración de algas en el efluente.

Evacuación y disposición de lodos cada 20 ó 30 años

Lagunas sin aireación muchas veces no cumplen normas de vertimiento

Compatible con sistemas de tratamiento acuático o sobre el suelo

Si no se impermeabilizan pueden causar contaminación a aguas subterráneas

(8)

CARACTERISTICAS GENERALES DE LAGUNAS

•

• Lagunas Aerobias o de baja carga Lagunas Aerobias o de baja carga

Profundidad: 0.3

Profundidad: 0.3 ––0.45 m0.45 m Tiempo de retenci

Tiempo de retencióón : 3n : 3--5 5 diasdias

•

•Lagunas Lagunas AereadasAereadas

Profundidad : 2

Profundidad : 2 –– 6 m6 m

Tiempo de retenci

Tiempo de retencióón : 3 n : 3 ––10 10 diasdias

•

• Lagunas FacultativasLagunas Facultativas

Profundidad: 1,50

Profundidad: 1,50 ––2,50 m2,50 m Tiempo de Retenci

Tiempo de Retencióón: 5 n: 5 --30 d30 dííasas •

• Lagunas AnaerobiasLagunas Anaerobias

Profundidad: 2,5

Profundidad: 2,5 ––5,0 m5,0 m Tiempo retenci

(9)

... LAGUNAS AEROBIAS.

Contienen bacterias y algas en suspensi

ó

n, existe

condici

condició

ón aer

n aer

óbica en toda su profundidad.

ó

bica en toda su profundidad.

•

Tipos bá

Tipos b

ásicos de lagunas aer

sicos de lagunas aeró

óbicas por objetivos:

bicas por objetivos:

•

Maximizar la producció

Maximizar la producci

ón de algas (15 a 50 cm de

n de algas (15 a 50 cm de

profundidad).

•

Maximizar la cantidad de oxí

Maximizar la cantidad de ox

í

geno producido (1,5

m de profundidad). Requieren de aireaci

(10)

...MICROBIOLOGIA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS DE

OXIDACION

En las lagunas aerobias fotosint

En las lagunas aerobias fotosintééticas, el oxticas, el oxíígeno se suministra por geno se suministra por aireaci

aireacióón natural, a travn natural, a travéés de la superficie y por fotoss de la superficie y por fotosííntesis de las algas.ntesis de las algas.

•

• En las lagunas las bacterias aerobias emplean parte de la materia En las lagunas las bacterias aerobias emplean parte de la materia

org

orgáánica del agua residual con el propónica del agua residual con el propósito de obtener energsito de obtener energíía para la a para la s

sííntesis en forma de nuevas cntesis en forma de nuevas céélulas.lulas.

•

• De la materia orgáDe la materia orgánica (contaminante) presente en el agua residual, nica (contaminante) presente en el agua residual,

solamente una parte se oxida a compuestos de bajo contenido solamente una parte se oxida a compuestos de bajo contenido energ

energéético (nitrato, sulfato, anhítico (nitrato, sulfato, anhídrido carbdrido carbóónico).nico).

•

• La otra parte de la materia orgáLa otra parte de la materia orgánica se sintetiza en forma de materia nica se sintetiza en forma de materia

celular celular..

(11)

...OXIDACION Y SINTESIS EN LAGUNAS AEROBICAS

COHNS + O

COHNS + O₂₂ + NUTRIENTES BACTERIAS >+ NUTRIENTES BACTERIAS > (materia org

(materia orgáánica)nica) CO

CO₂₂ + NH+ NH₃₃ + C+ C₅₅HH₇₇NONO₂₂ + OTROS PRODUCTOS FINALES+ OTROS PRODUCTOS FINALES (Nuevas C

(Nuevas Céélulas Biomasa)lulas Biomasa)

Fotos

Fotosííntesisntesis:: CO CO₂₂ + 2H+ 2H₂₂0 LUZ > (CH0 LUZ > (CH₂₂O) + OO) + O₂₂ + H+ H₂₂OO Respiraci Respiracióónn CH CH₂₂O + OO + O_{2 >}_{2 >}COCO₂₂ + H+ H₂₂OO

(12)

... LAGUNAS FACULTATIVAS

Las lagunas facultativas permiten la estabilizaci

Las lagunas facultativas permiten la estabilizacióón de la materia n de la materia org

orgáánica mediante una accinica mediante una accióón conjunta de bacterias facultativas, n conjunta de bacterias facultativas, anaerobias y aerobias.

anaerobias y aerobias.

En estas lagunas existen tres zonas bien diferenciadas :

•

• Zona SuperficialZona Superficial, donde existen bacterias aerobias y algas en una , donde existen bacterias aerobias y algas en una

relaci

relacióón simbin simbióótica.tica.

•

• Zona InferiorZona Inferior, anaerobia en la que descomponen activamente los , anaerobia en la que descomponen activamente los

s

sóólidos acumulados por accilidos acumulados por accióón de las bacterias anaerobiasn de las bacterias anaerobias..

•

• Zona IntermediaZona Intermedia, la descomposici, la descomposicióón se efectn se efectúúa por accia por accióón de las n de las

bacterias facultativas

(13)

... ESQUEMA GENERAL DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS

(14)

(15)

... LAGUNAS DE MADURACION

•

• Las lagunas de maduraciLas lagunas de maduracióón se disen se diseññan para mejorar la calidad de an para mejorar la calidad de

los efluentes luego del tratamiento secundario y para la

nitrificaci

nitrificacióón estacional (terciario, reduccin estacional (terciario, reduccióón de N).n de N).

•

• Los mecanismos biolLos mecanismos biolóógicos que tienen lugar son similares a los gicos que tienen lugar son similares a los

procesos aerobios de cultivo en suspensi

procesos aerobios de cultivo en suspensióón.n.

•

• El funcionamiento implica respiraciEl funcionamiento implica respiracióón endn endóógena de los sgena de los sóólidos lidos

biol

biolóógicos residuales y la conversigicos residuales y la conversióón del amonn del amonííaco a nitrato, aco a nitrato, debido a la presencia de ox

debido a la presencia de oxíígeno por la presencia de algas.geno por la presencia de algas.

•

• Para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas Para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas

deben ser bastante bajas.

(16)

... LAGUNAS ANAEROBIAS

... LAGUNAS ANAEROBIAS...

•

• Las lagunas anaerobias se utilizan para el tratamiento de agua Las lagunas anaerobias se utilizan para el tratamiento de agua

residual de alto contenido org

residual de alto contenido orgáánico, con alta concentracinico, con alta concentracióón de n de s

sóólidos.lidos.

•

• Son anaerobias en toda su profundidad, excepto una estrecha Son anaerobias en toda su profundidad, excepto una estrecha

franja superficial.

•

• Para conservar la energPara conservar la energíía calora caloríífica y mantener las condiciones fica y mantener las condiciones

anaerobias se los construye lo m

anaerobias se los construye lo máás profundos posible (hasta 9 m)s profundos posible (hasta 9 m)

•

• La estabilizaciLa estabilizacióón de la materia orgn de la materia orgáánica se obtiene por medio de nica se obtiene por medio de

una combinaci

una combinacióón de precipitacin de precipitacióón y de conversin y de conversióón anaerobia de n anaerobia de los residuos org

los residuos orgáánicos en COnicos en CO₂₂, CH, CH₄₄, otros productos gaseosos , otros productos gaseosos finales,

(17)

(18)

resumen

•

• Cu

Cu

á

les son los tipos de lagunas de

estabilizaci

ó

n?, cu

á

les son las

caracter

í

sticas de cada tipo?

•

• El sistema de lagunas es eficiente en la

El sistema de lagunas es eficiente en la

remoci

ó

n de s

ó

lidos suspendidos? Si/no

por qu

é

?

•

• El sistema de lagunas es eficiente en la

El sistema de lagunas es eficiente en la

remoci

(19)

Remoci

ó

_ó

n de DBO

_{n de DBO}

•

• Baja concentraci

Baja concentraci

ó

n de microorganismos

•

• Remoci

Remoci

ó

n de DBO soluble a partir de

oxidaci

ó

n bacterial

•

• Remoci

Remoci

ó

n de DBO

particulada

mediante

sedimentaci

ó

n

•

• f(tiempo

f(tiempo

de retenci

ó

n y temperatura del

agua)

(20)

Remoci

ó

_ó

n de SST

_{n de SST}

•

• Remoci

Remoci

ó

n por sedimentaci

ó

n

•

• Alto contenido de SST en el efluente

Alto contenido de SST en el efluente

(algas), hasta 140 mg/L (aerobias) y 60

mg/L (aireadas)

•

• Remoci

Remoci

ó

n de algas requiere procesos

adicionales (filtraci

ó

n, flotaci

ó

n, plantas

acu

(21)

Remoci

ó

_ó

n de pat

_{n de pat}

ó

_ó

genos

_genos

•

• Altamente eficientes en remoci

Altamente eficientes en remoci

ó

n de

bacterias, par

á

sitos y virus, si los tiempos

de retenci

ó

n son altos (> 20 d

í

as).

•

• Remoci

Remoci

ó

n = causa (muerte natural,

sedimentaci

(22)

ELIMINACI

Ó

N ESPERADA DE

MICROORGANISMOS

_{Reducción de órdenes de magnitud o}

Reducción de unidades logarítmicas

Proceso de tratamiento Bacterias Helminos Virus Quistes

Sedimentación primaria simple

0 - 1 0 - 2 0 - 1 0 - 1

Con coagulación previa _{1 - 2} _{1 - 3} _{0 - 1} _{0 - 1}

Lodos activados _{0 - 2} _{0 - 2} _{0 - 1} _{0 - 1} Biofiltros _{0 - 2} _{0 - 2} _{0 - 1} _{0 - 1} Zanja de oxidación _{1 - 2} _{0 - 2} _{1 - 2} _{0 - 1} Desinfección _{2 - 6} _{0 - 1} _{0 - 4} _{0 - 3} Laguna aireada _{1 - 2} _{1 - 3} _{1 - 2} _{0 - 1} Lagunas de estabilización 1 - 6 1 - 3 1 - 4 1 - 4

(23)

Dise

ñ

_ñ

o de Lagunas Facultativas

_{o de Lagunas Facultativas}

•

• Par

Par

á

metro de dise

ñ

o: tasa de carga de DBO que

reciben

•

• Objetivo del dise

Objetivo del dise

ñ

o: largos TRH y cargas

org

ánicas bajas para mantener condici

á

nicas bajas para mantener condició

ó

n

aerobia

•

• Si T>22

Si T>22

°

C

, posibilidades de resuspensió

, posibilidades de resuspensi

ón de

n de

s

ó

lidos sedimentados (producci

ó

n anaerobia de

gas)

•

• Otros par

Otros par

á

metros: crecimiento/degradaci

ó

n de

poblaciones de algas, mezcla/viento,

(24)

M

é

_é

todos de Dise

_{todos de Dise}

ñ

_ñ

o

_o

•

• De carga superficial

De carga superficial

•

• De flujo pist

De flujo pist

ó

n con dispersi

ó

n axial

•

(25)

M

é

_é

todo de carga superficial

_{todo de carga superficial}

•

• T

T

°

ambiente promedio del mes + fr

í

o del a

ñ

o

•

• Primera laguna : 40

Primera laguna : 40

Kg

/Ha

-

d

í

a (Si T> 15

°

C

)

•

• Requiere la menor cantidad de informaci

Requiere la menor cantidad de informaci

ó

n

Temperatura promedio (°C)

Carga superficial de DBO recomendada para el diseño (Kg/Ha-d)

> 15 45 – 90 5 – 15 22 – 45 < 5 11 - 22

(26)

•

• Aireadores

Aireadores

mec

á

nicos flotantes (0.9

-

1.9

1.9 kg

kg

/KW

-

h).

•

• Sistemas sumergidos de aireaci

Sistemas sumergidos de aireaci

ó

n por

difusores (2.7

(27)

Sistema de Lagunas,

con Anaerobia Primaria

Caja derivador a A descarga Laguna Anaerobia Primaria Laguna Anaerobia Primaria Laguna Facultativa Secundaria Laguna Facultativa Secundaria Laguna de Maduración

(28)

Sistema de Lagunas,

con Laguna Facultativa Primaria

De red de Alcantarilla do Sanitario Caja derivadora A descarga Laguna Facultativa Primaria Laguna Facultativa Primaria Laguna de Maduración Laguna Facultativa Secundaria

(29)

(30)

Comparaci

ó

n

–

Sistemas de Tratamiento

Bajo Mínimo Bajo Bajo Alto Secundario o terciario; elimina patógenos Laguna facultativa 1a Laguna facultativa 2a Laguna de maduración Bajo Mínimo Bajo Bajo Alto Secundario o terciario; elimina patógenos Laguna Anaerobias Laguna facultativa 2a Laguna de maduración Alto Mínimo: sólidos Mediano Mediano Bajo Secundario Filtros percoladores

Patio de secado de barros

Mediano Mínimo: sólidos Mediano Mediano Bajo Secundario Sedimentador primario Filtros percoladores Sedimentador secundario Digestor de barros Mediano Mínimo: sólidos Mediano Mediano Bajo Secundario Tanque Imhoff Filtros percoladores Sedimentador Secundario Bajo Mediano Bajo Bajo Bajo Primario Fosa Séptica Sistema de Absorción Tendencia a Problemas Operativos Malos Olores Costo de Operación Costo de Construcción Área Requerida Nivel de Tratamiento Sistema de tratamiento

(31)

Costos sistemas de tratamiento

$2.00 - $3.00 $125 - $200 Lagunas $ 5.00 - $ 10 $500-$2,500 Barros activados $3.00 - $5.00 $175- $250 Tratamiento primario,

Filtros percoladores, Tratamiento de barros

$1.25 - $3.00 $ 35 - $ 50

Tanque séptico comunal

Costo mensual de operación por familia Costo de construcción / familia Tipo de sistema

(32)

(33)

Á

rea agr

í

cola regada con aguas

residuales en Am

é

rica Latina (ha)

CEPIS/OPS 2004 CEPIS/OPS 2004

350,000

M

é

xico

2,400

Per

ú

327,000

Colombia (*)

74,000

Chile (*)

1,200

Bolivia

3,070

Argentina

(34)

GRANDES SISTEMAS DE LAGUNAS DE

ESTABILIZACI

ÓN

Ó

N

PAÍS

ESTADO

LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN (ha) USA Michigan Muskegon 200,000 + industria 1,900 688 Nueva Zelanda Auckland 900,000 2,400 530 Australia Melbourne 2’900,000 4,000 310 Argentina Mendoza 320,000 1,400 285 USA California Stockton 150,000 2,800 250 Brasil Ceará Fortaleza 200,000 + industria 520 73 Brasil Paraiba Joao Pessoa 480,000 1,200 50 Ecuador Cuenca 250,000 2,200 45 Perú Chiclayo 350,000 800 40 PAÍS ESTADO

LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN

(ha) USA Michigan Muskegon 200,000 + industria 1,900 688 Nueva Zelanda Auckland 900,000 2,400 530 Australia Melbourne 2’900,000 4,000 310 Argentina Mendoza 320,000 1,400 285 USA California Stockton 150,000 2,800 250 Brasil Ceará Fortaleza 200,000 + industria 520 73 Brasil Paraiba Joao Pessoa 480,000 1,200 50 Ecuador Cuenca 250,000 2,200 45 Perú Chiclayo 350,000 800 40 Mendonca, 2000

(35)

PLANTA DE

TRATAMIENTO

DE MENDOZA,

ARGENTINA

Inversión: $ 12’

$ 37,400/ ha

$ 0.05 / m3

320,000 habitantes

1.4 m3/s

CEPIS/OPS CEPIS/OPS