Lagunas Aireadas LAGUNAS AIREADAS Las lagunas aireadas son estanques artificiales excavados en el terreno, que se diferencian de las lagunas de estabilización,
desde
el
punto
de
vista
constructivo:
Las lagunas aireadas son
más profundas, con profundidades típicas entre 2 y 4,5 m.
con cierta frecuencia son revestidos con una membrana plástica protectora para minimizar la posibilidad de infiltraciones y reducir el efecto de la turbulencia provocada por los aireadores sobre los terraplenes y el fondo de la laguna.
Se comportan como reactores de flujo continuo sin recirculación. Mezcla completa; cinética de primer orden. En las lagunas aireadas, el oxígeno requerido por los microorganismos para la degradación de la materia orgánica, se provee artificialmente a través de aireadores mecánicos superficiales, los que además suministran la mezcla necesaria para establecer un buen contacto entre las tres fases presentes: gas, líquido y sólido (Cumplen 2 funciones: suministrar el oxígeno necesario y mezclar). Esto, permite aumentar la carga orgánica aplicada y de esta manera acortar el tiempo de tratamiento (del orden de algunas semanas). En las lagunas aireadas, a diferencia de las lagunas de estabilización, el aporte de oxígeno no es un factor limitante, ya que no depende de procesos naturales. Sin embargo, una de sus desventajas, es el requerimiento
de
energía
para
el
uso
de
los
aireadores.
Según el grado de mezcla de la suspensión contenida en ellas, se las clasifica como aerobias o facultativas. El mezclado está relacionado con la potencia entregada mediante los aireadores.
Una laguna aireada es aerobia se la mezcla es completa (si hay oxígeno disuelto en toda la masa del líquido dentro de la laguna). En estas, el mezclado es suficientemente bueno para que el material se mantenga en suspensión (potencia por unidad de volumen de 5 W /m3).
En todo proceso de degradación biológica aeróbica, existe una relación directa entre la concentración de materia orgánica biodegradable y la demanda de oxígeno. Si la carga orgánica aplicada aumenta, también se incrementa la actividad de los microorganismos y consecuentemente el requerimiento de oxígeno.
En cambio, se considera que una laguna aireada es facultativa (potencia por unidad de volumen de 1 W/m3) si parte de los sólidos presentes en el líquido sedimentan y se descomponen anaerobicamente, generando así, aporte de nuevo material orgánico (el material decantado se transforma en compuestos más s encillos, material orgánico soluble)
Ecuaciones
para
el
diseño
de
lagunas
aireadas
Para el dimensionamiento de las lagunas aireadas, suele emplearse la cinética de primer orden respecto del sustrato y el modelo de flujo hidráulico de mezcla completa.
Lagunas aerobias:
S es el valor fijado de materia orgánica a la salida del reactor (fijado por la reglamentación); y S0 es el valor del
sustrato
de
entrada.
es el coeficiente cinético global para las lagunas aireadas. Depende de las características del desecho a tratar (del tipo de líquido residual, de la biodegradabilidad de los compuestos), de las condiciones ambientales, etc., siempre que sea posible, s u valor debe ser determinado experimentalmente.
Lagunas facultativas
Para las lagunas aireadas facultativas, debido al aporte de los sustratos provenientes de la descomposición anaerobia de los barros (la cantidad de materia orgánica a tratar va a ser mayor), debe corregirse la ecuación anterior por medio de su producto por un factor de seguridad f de entre 5 y un 50 %, que corresponde a valores de f de 1,05 y 1,5 respectivamente.
Crecimiento
de
biomasa
La degradación biológica de materia orgánica está asociada al crecimiento de biomasa (material celular). Dado que en las lagunas aireadas, el oxígeno no es un factor limitante, se debe considerar el crecimiento de material celular (expresado como sólidos en suspensión)
Para establecer la concentración de la biomasa en la laguna y a partir de ésta la producción de barros en exceso, se plantea:
Al
material
celular
que
ingresa
se
lo
considera
@
0.
La producción de barros en exceso (Masa de microorganismos que salen constantemente del sistema) es:
El primer término corresponde a la materia orgánica biodegradada, donde Y es la proporción que se transforma en biomasa (rendimiento). Parte de la materia orgánica se transforma en biomasa (50 – 60 %) El segundo término corresponde a la muerte de microorganismos, donde XV es la masa de microorganismos en el reactor, y kd es el coeficiente de respiración endógena o muerte de microorganismos.
Estimación
de
la
temperatura
La temperatura es uno de los parámetros que más influye sobre el proceso biológico en las lagunas aireadas. De
ella
depende
la
actividad
biológica
y
la
disolución
del
oxígeno.
Para el diseño resulta imprescindible poder predecir con cierta exactitud la temperatura esperable en el líquido de
la
laguna.
La técnica más utilizada es la del balance calórico por conducción: Suposiciones:
Fluido incompresible
Variaciones de energía cinética y potencial despreciables
Mezcla completa
Calor generado por la reacción biológica despreciable
Calor aportado por los aireadores despreciable (para lagunas a ireadas)
Pérdida de calor del líquido sólo a través del área superficial de la laguna
TE: temperatura del líquido que sale de la laguna y del contenido dentro de la misma (mezcla completa) TA: TAMB:
temperatura
del
líquido
que
temperatura
mínima
ingresa
a media
la
laguna invernal.
F: coeficiente global de transferencia de calor Para la estimación de la temperatura en el líquido de la laguna pueden emplearse correlaciones obtenidas relacionando las temperaturas ambientes y las del líquido en lagunas en operación.
SISTEMA
DE
TRATAMIENTO
Si se utiliza la tecnología de lagunas aireadas, se recomienda el uso de más de una laguna de tratamiento en serie (tiende a flujo pistón). Se recomienda que la segunda (o última) laguna sea facultativa, debido a que: la última laguna debe cumplir dos funciones: remover la materia orgánica remanente y decantar parte de los sólidos sedimentables. Esto permite mejorar la calidad final del líquido tratado (removiendo la DBO
suspendida). La degradación anaerobia, en la laguna facultativa, del material decantado permite ir eliminando a través de este proceso una parte importante del material decantado. La cantidad de material suspendido a la salida de la laguna es relativamente chica, por lo que la DBO5 suspendida es menor, siendo así, menor la DBO5 total. Si no se produjera esta degradación biológica anaeróbica, este material decantado se iría acumulando a lo largo del tiempo y terminaría colmatando la laguna.
Si la última laguna aireada fuera aerobia, (por definición) el mezclado en ella sería muy bueno por lo tanto con el efluente tratado saldrían todos los sólidos biológicos que se generarían al degradarse la materia orgánica. Esto
deterioraría
la
calidad
final
del
líquido
tratado
al
incrementarse
la
DBO
suspendida.
Parte de los barros que se generan en las lagunas aireadas decantan dentro de ellas (laguna aireada facultativa) y se descomponen anaerobicamente. El resto salen arrastrados con el líquido tratado. Algunos proyectistas agregan luego de la última laguna aireada facultativa una laguna de decantación de lodos. Esto para remover mejor los sólidos sedimentables y de esta manera mejorar la calidad del líquido tratado.
TIPOS DE AIREADORES
Aireadores mecánicos superficiales:
Flotante y rápido
Fijo y lento
Cilíndrico
En estos la transferencia de oxígeno se produce por: (A) salto hidráulico, (B) transferencia desde las burbujas de aire que penetran desde la atmósfera al interior del líquido, y (C) absorción de oxígeno desde la atmósfera debido a la turbulencia en la superficie del líquido.
Aireadores por difusión
Requerimiento de O2 = 2 Kg O2 / Kg DBO5 removida.
Resulta necesario utilizar varios aireadores, más distribuidos, por posibles fallas. Tener en cuenta el radio de acción de los aireadores. Disponerlos de manera tal que el radio de acción ocupe la mayor superficie posible.
