Una laguna de estabilización estabilización contiene principalmente algas y bacterias en suspensión. El oxígeno liberado por las algas, a través del metabolismo metabolismo fotosintético, es usado por las bacterias en la descomposición aerobia de la materia orgánica. A la vez, los nutrientes y el CO 2 producidos por la actividad actividad bacterial bacterial son usados usados por las algas. La combinación de la actividad bacterial, aerobia aerobia y anaerobia, anaerobia, da origen origen al tipo de lagunas lagunas más comunes comunes en el el tratamiento de aguas residuales conocidas como lagunas más comunes en el tratamiento de aguas residuales conocidas como lagunas de estabilización facultativas. El proceso se puede r epresentar epresentar como se indica en la figura 5.1. En lagunas aerobias deben predominar predominar condiciones aerobias en toda la profundidad de la laguna; en lagunas lagunas facultativas facultativas la capa superior superior debe ser predominante predominante aerobia y actuar como barrera contra el agua anaerobia con contenido de H 2S; en lagunas anaerobias dominan condiciones anaerobias anaerobias en toda la laguna. Factores de influencia importante sobre el proceso: Fotosíntesis pH Profundidad Nutrientes Sedimentación Sedimentación de lodos Vientos Sulfuros Oxígeno Disuelto Radiación Solar Temperatura Tiempo de retención Infiltración y Evaporación Geometría de la laguna DBO y Sólidos Suspendidos
FOTOSÍNTESIS La materia orgánica del agua residual es oxidad por la bacterias heterotróficas, heterotróficas, utilizando el oxígeno producido por las algas. Las algas, utilizando energía solar, con el CO2 y el amoníaco producido por las bacterias, sintetizan materia materia orgánica y producen oxígeno. Durante el día, las algas pueden producir oxígeno en exceso del requerido para respiración y crear condiciones de sobresaturación y pérdida de OD a la atmósfera solo permite cargas de hasta 5 g DBO/m3d, para condiciones aerobias. El crecimiento algal procede gracias a la presencia de nitrógeno, fósforo y carbono inorgánico inorgánico y se puede puede presentar presentar por una ecuación ecuación como la de Stumm: 106CO2
122
H2O 16 NO3
HPO4
18
H
Luz Solar
C106 H263 O110 N16 P 138O2
En muchos casos, las algas obtienen el carbón necesario para su crecimiento a partir del ión bicarbonato, cambiando cambiando los componentes componentes de de la alcalinidad alcalinidad y haciendo que que predominen predominen los carbonatos y los hidróxidos. Si el agua contiene concentraciones concentraciones altas de calcio, el calcio se precipitará como como carbonato carbonato y ayudará a prevenir el aumento aumento continuo continuo de pH. En lagunas anaerobias, con penetración de luz solar, las bacterias rojas del azufre son capaces de efectuar fotosíntesis, usando H 2S en vez de H 2O como donante de hidrógeno, de acuerdo con la reacción siguiente: 6CO2
12
Energía H 2 S C6 H12O6 12S Solar
6
H 2O
Si la población de bacterias del azufre es muy numerosa, el agua puede tomar color rojo cereza. En las lagunas l agunas fotosintéticas, las algas verdes producen, generalmente, generalmente, un color verde intenso. Las especies de algas más comunes, entre las algas verdes, son miembros de los géneros Euglena, Chlorella, Chlamydomonas y Scenedusmus; asi como Oscillatoria, Anabaena, Phormidium y Anacystis Anacystis entre las algas algas azul verdosas.
OXIGENO DISUELTO La actividad fotosintética intensa de las horas diurnas del día, se refleja en las concentraciones concentraciones de oxígeno disuelto, OD, en la l a laguna. Dependiendo de cada estanque, en una laguna facultativa la capa oxigenada superficial presenta una variación variación diurna de OD y puede que el oxígeno oxí geno
disminuya notablemente durante la noche; pero también puede ocurrir que se observen concentraciones de sobresaturación de OD durante el día. Para tener en cuenta la variación de OD, el muestreo de una laguna de estabilización debe incluir, preferiblemente, períodos de 24 horas. La capa aerobia superficial de una laguna facultativa actúa como barrera contra el agua anaerobia del fondo, con contenido de H2S y CH4. Los productos de l a descomposición anaerobia de los lodos depositados en el fondo son oxidados en la capa superficial; si la capa superficial aerobia desaparece pueden ocurrir malos olores.
pH Como se indicó previamente, previamente, la actividad fotosintética demanda un consumo grande de CO 2 por las algas. Además, el uso factible de carbono, a partir del ión OH - hace que se obtengan períodos de pH altos altos en las lagunas lagunas facultativas facultativas o aerobias. Durante Durante las últimas últimas horas diurnas diurnas se pueden observar observar valores de de pH superiores superiores a 9. El desarrollo desarrollo de un pH demasiado demasiado alto alto hace que la actividad bacterial disminuya, se reduce la producción de CO2 y se limita el proceso simbiótico. En general, la constante de mortalidad de coliformes fecales, Kb, aumenta con el incremento de pH. El valor de pH letal para coliformes varía de un estudio a otro, pero en general es superior a 9.0.
RADIACIÓN SOLAR La absorción de energía solar, por el agua, en lagunas de estabilización y maduración es muy importante porque afecta la utilización de energía radiante, a través de la fotosíntesis, por las algas; incide sobre la destrucción de organismos patógenos, sobre la disminución del color natural y sobre la t emperatura emperatura de la laguna. La absorción de la radiación solar es selectiva pues depende de la longitud de onda; en aguas naturales la absorción de luz ultravioleta desinfectante de 253.7 mm es apreciable. Las lagunas actúan como un medio natural de desinfección gracias a la exposición del agua a la luz solar durante un período relativamente relativamente prolongado y a la posible producción de sustancias sustancias antibióticas antibióticas por las algas.
PROFUNDIDAD Si se tiene en cuenta que una gran proporción de la demanda de oxígeno es ejercida por los lodos sedimentados, la profundidad tiene efecto sobre el consumo de oxígeno. oxí geno. La oxidación bioquímica del metano metano requiere grandes cantidades cantidades de oxígeno: oxígeno:
CH4 2O2
CO2 2H 2O En Energía
La digestión anaerobia de la biomasa bacterial sedimentada puede representarse así: 6C5 H 7 NO2
H 2O 15CH 4 15 15CO2 6 NH 3
18
La profundidad controla el crecimiento crecimiento de vegetación vegetación indeseable; en la mayoría de los casos las lagunas tienen profundidades mayores mayores de 1 m, lo cual es suficiente para prevenir dichos crecimientos. crecimientos. La intensidad de la mezcla mezcla es función de la profundidad el viento provee mayor mezcla y, además, se tendrá mayor área superficial con el consecuente incremento de aireación superficial. La profundidad profundidad también afecta la temperatura de la laguna, estanques estanques profundos pierden menos menos calor y permiten permiten una descomposición descomposición más más intensa. En los últimos años se se ha promovido el uso de de profundidades profundidades mayores mayores de 1.5 m con con el objeto de proveer proveer volumen volumen adicional para almacenamiento almacenamiento de lodos y porque en algunos casos parece que la eficiencia de remoción de DBO es más función de la carga orgánica volumétrica que de la carga orgánica superficial.
TEMPERATURA La temperatura y la luz solar son los dos factores físicos más influyentes sobre la fotosíntesis. En general las algas verdes son tolerantes a un intervalo amplio de temperaturas. En los modelos de diseño de lagunas de estabilización se usa tanto tanto la temperatura del aire como la temperatura del agua. La temperatura temperatura del agua en las lagunas es 2 a 3ºC superior a la temperatura ambiental ambiental en el invierno i nvierno y 2 a 3ºC menor que la tempera t emperatura tura ambiente durante el verano. En lagunas de clima cálido como las de Valledupar, la temperatura del agua es 2.5ºC superior a la temperatura promedio ambiental del mes más frío. La temperatura, además, incide sobre la tasa de mortalidad de coliformes. En general, la tasa de mortalidad de coliformes fecales se incrementa cuando la temperatura aumenta, como la indican las ecuaciones de la tabla 5.2.
