UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRICOLA
MONOGRAFÍA AFORO
PRESENTADO POR: -
CHAMBILLA CENTENO, Luz Fatima
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JAMACHI FLORES, Zenaida Guadalupe
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LLANOS PONCE, Lizet Diana
CURSO: GESTION DEL DESARROLLO TERRITORIAL
DOCENTE: Mg Ing. Rogelio Noa Aliaga.
PUNO – PERÚ 2018
CONTENIDO CONTENIDO ........................................................................................................................................ 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 2 OBJETIVOS ................................................................................................................................. 3 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................... 3 OBJETIVO ESPECIFICO ....................................................................................................... 3 MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................... 3 GENERALIDADES ............................................................................................................... 3 AGUAS RESIDUALES ................................................................... ........................................ 4 TIPOS DE AGUA RESIDUAL .............................................. ................................................... 5 TIPOS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN ............................................................................ 5 LAGUNAS AEROBIAS ....................................................... ................................................... 6 LAGUNAS ANAEROBIAS .................................................. ................................................... 7 LAGUNAS FACULTATIVAS........................................................... ........................................ 8 LAGUNAS DE MADURACIÓN ................................................................. ........................... 10 LAGUNAS PROFUNDAS ................................................... ................................................. 11 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS LAGUNAS DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN ........ 12
FACTORES CLIMÁTICOS QUE AFECTA A LAS LAGUNAS ..................................................... 13 TEMPERATURA................................................................ ................................................. 13 13 RADIACIÓN SOLAR ................................................ ........................................................... 15 EVAPORACIÓN ................................................................ ................................................. 16 PRECIPITACIÓN ................................................................ ................................................ 16 16 VIENTO ............................................................................................................. ................ 17 FACTORES FÍSICOS ................................................ ........................................................... 18 FACTORES QUÍMICOS Y BIOQUÍMICOS ............................................................................ 21 CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN ....................................................... 24 MATERIALES Y EQUIPO ................................................... ................................................. 24 24 PREPARACIÓN DEL SITIO ............................................................ ...................................... 24 MARCAJE DEL SITIO Y LOCALIZACIÓN DE TUBERÍA .......................................................... 24 CONSTRUCCIÓN DE LOS TERRAPLENES ................ ........................................................... 26 COLOCACIÓN DE LA TUBERÍA ......... ................................................................. ................ 26 TERMINADO DE LOS TERRAPLENES ................................ ................................................. 27 27 OPERACIÓN, MANTENIMIENTO Y CONTROL .................................................................... 29 OPERACIÓN PARA EL FUNCIONAMIENTO NORMAL ........................................................ 29 MUCHA MATERIA ORGÁNICA O RGÁNICA .......................................................................................... 31 COMPUESTOS TÓXICOS ............................................................. ...................................... 31 31 MALOS OLORES ................................................................................................ ................ 31 EXCESO DE LODO ....................................... .............................................................. ........ 32 EVALUACIÓN DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN............. ................................................. 33 33
CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 35 RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 35 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 36 ANEXOS ................................................................................................................................... 37
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INTRODUCCIÓN El presente trabajo representa la investigación realizada por el equipo de trabajo sobre Lagunas de estabilización, referencia, comparación, proceso de diseño y propuesta de diseño, dibujo de planos. Las lagunas de estabilización son estructuras simples para embalsar aguas residuales con el objeto de mejorar sus características sanitarias. las lagunas de estabilización se construyen de poca profundidad y con periodos de retención relativamente Cuando las aguas residuales son descargada en lagunas de estabilizacion se realiza en las mismas , en forma expontanea expontanea , un proceso proceso conocido como autodepuracion o estabilizacion natural , en que ocurre fenomenos de tipo fisico ,quimico, bioquimico, y biologico. Los parametros mas utilizados para evaluar el comportamiento de las lagunas de estabilizacion de aguas residuales residuales y la calidad calidad de sus efluentes son la demanda bioquimica de oxigeno, que caracteriza lacaraga organica. Conviene que las lagunas de estabilizacion trabajen bajo condiciones definidamente facultativas o definidamente anaerobicas ya que el oxigeno es un toxico para las bacterias anaerobias que realiza el proceso de degradacion de la materia organica; y la falta de oxigeno hace que desaparaezcan las bacterias aerobias que realizan este proceso.
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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Realizar una investigación monográfica sobre Lagunas de estabilización Conocer sobre definición, alcances diseño Lagunas de estabilización
OBJETIVOS ESPECÍFICOS -
Definir los conceptos, tipologías, proceso constructivo mantenimiento, y factores que intervienen en el diseño y funcionamiento de Lagunas de estabilización.
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Realizar una comparativa sobre las ventajas y desventajas de las lagunas de estabilización frente a otros sistemas de tratamiento.
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Realizar el diseño y representación a nivel de cálculo y planos de una laguna estabilización.
MARCO TEÓRICO GENERALIDADES Entre las técnicas de bajo costo en el campo del tratamiento de aguas residuales, los sistemas lagunares son los que han encontrado mayor aplicación. Una laguna de estabilización es, básicamente, una excavación en el suelo donde el agua residual se almacena para su tratamiento por medio de la actividad bacteriana con acciones simbióticas de las algas y otros organismos. Las primeras lagunas de estabilización 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 observó que la calidad del agua mejoraba sustancialmente, por lo que empezó a estudiarse la posibilidad de utilizar las lagunas como método de tratamiento de aguas residuales. Las lagunas de estabilización son el método más simple de tratamiento de aguas residuales que existe. Están constituidos por excavaciones poco
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profundas cercadas por taludes de tierra. Generalmente tiene forma rectangular o cuadrada. Las lagunas de estabilización operan con concentraciones reducidas de biomasa que ejerce su acción a lo largo de periodos prolongados. La eliminación de la materia orgánica en las lagunas de estabilización es el resultado de una serie compleja de procesos físicos, químicos y biológicos, entre los cuales se pueden destacar dos grandes grupos. -
Sedimentación de los sólidos en suspensión, que suelen representar una parte importante (40-60 % como DBO5) de la materia orgánica contenida en el agua residual, produciendo una eliminación del 75-80 % de la DBO5 del efluente (Romero Rojas, 1999)..
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Transformaciones biológicas que determinan la oxidación de la materia orgánica contenida en el agua residual.
AGUAS RESIDUALES Las aguas residuales domesticas son aguas procedentes de las viviendas, oficinas y edificios comerciales que se conducen en forma combinada en alcantarillas subterráneas a una laguna de estabilización que generalmente están alejadas de la ciudad. Se denomina aguas servidas a aquellas que resultan del uso doméstico o industrial del agua. Se les llama también aguas residuales o aguas negras. Son residuales pues habiendo sido usadas constituyen un residuo, algo que no sirve para el usuario directo: son negras por el color que habitualmente tienen. Algunos autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas residuales en el sentido que las primeras provendrían del uso doméstico y las segundas corresponderían a la mezcla de aguas domesticas e industriales. En todo caso, están constituidas por todas aquellas aguas que son conducidas por el alcantarillado, sin tratamiento posterior a su uso.
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TIPOS DE AGUA RESIDUAL Existen diferentes formas de denominar a las aguas residuales, las cuales (Romero Rojas, 1999) detalla: -
Agua residual domestica: Producida en las diferentes actividades al interior de las viviendas, colegios, etc. Los contaminantes están presentes en moderadas concentraciones.
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Agua residual municipal: Son las transportadas por el alcantarillado de una ciudad o población. Contiene materia orgánica, nutrientes, patógenos, etc.
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Agua residual industrial: Las resultantes de las descargas de industrias. Su contenido depende del tipo de industria y/o procesos industriales.
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Agua negra: Contiene orina y heces. Alto contenidos de nutrientes, patógenos, hormonas y residuos farmacéuticos.
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Agua amarilla: Es la orina transportada con o sin agua. Alto contenido de nutrientes, productos farmacéuticos, hormonas y alta concentración de sales.
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Agua café: Agua con pequeña cantidad de heces y de orina. Alto contenido de nutrientes, patógenos, hormonas y residuos.
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Agua gris: Provenientes de lavamanos, duchas, lavadoras. Tiene pocos nutrientes y agentes patógenos y por el contrario presentan máxima de carga de productos para el cuidado personal y detergentes.
TIPOS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Las lagunas de estabilización, según (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013) clasifican en: -
Aerobias.
-
Anaerobias.
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Facultativas.
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Maduración.
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Profundas.
Otra clasificación considerada por (Middlebrooks, 1982), considera la forma en que se produce la alimentación y descarga del agua residual en la instalación teniendo así:
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-
Lagunas continuas, aquellas en las que se produce la entrada y salida continúa del agua residual y efluente.
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Lagunas semicontinuas o de descarga controlada, en este caso se llenan con agua residual, que se almacena durante un período prolongado de tiempo, hasta que se inicia su vaciado.
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Lagunas de retención total, este tipo de laguna se diseña de forma que el agua tratada se pierda por evaporación o infiltración en el terreno, con lo que no se produce su vertido final a un cauce público. Normalmente son de poca profundidad y gran extensión.
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Sin embargo, se desarrollará la clasificación de lagunas de estabilización que entre los citados, numerosos autores también los presentan.
LAGUNAS AEROBIAS Reciben aguas residuales que han sido sometidas a un tratamiento previo y que contienen relativamente pocos sólidos en suspensión. En ellas se produce la degradación de la materia orgánica mediante la actividad de bacterias aerobias que consumen el oxígeno producido fotosintéticamente por las algas. (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013) menciona que son lagunas poco profundas, de 1 a 1,5 metros de profundidad, y suelen tener tiempos de residencia elevados, 20-30 días. Las lagunas aerobias se pueden clasificar, según el método de aireación natural o mecánico, en aerobias y aireadas.
LAGUNAS AEROBIAS La aireación es natural, siendo el oxígeno suministrado por intercambio a través de la interface aire-agua y fundamentalmente por la actividad fotosintética de las algas.
LAGUNAS AIREADAS En ellas la cantidad de oxígeno suministrada por medios naturales es insuficiente para llevar a cabo la oxidación de la materia orgánica,
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necesitándose un suministro adicional de oxígeno por medios mecánicos. El grupo específico de algas, animales o especies bacterianas presentes en cualquier zona de una laguna aerobia depende de factores tales como la carga orgánica, el grado de mezcla de la laguna, el pH, los nutrientes, la luz solar, aireación y la temperatura.
LAGUNAS ANAEROBIAS El tratamiento se lleva a cabo por la acción de bacterias anaerobias. Como consecuencia de la elevada carga orgánica y el corto periodo de retención del agua residual, el contenido de oxígeno disuelto se mantiene muy bajo o nulo durante todo el año. El objetivo perseguido es retener la mayor parte posible de los sólidos en suspensión, que pasan a incorporarse a la capa de fangos acumulados en el fondo y eliminar parte de la carga orgánica. La estabilización es estas lagunas tiene lugar mediante las etapas siguientes. -
Hidrólisis: los compuestos orgánicos complejos e insolubles en otros compuestos más sencillos y solubles en agua.
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Formación de ácidos: los compuestos orgánicos sencillos generados en la etapa anterior son utilizados por las bacterias generadoras de ácidos. Produciéndose su conversión en ácidos orgánicos volátiles.
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Formación de metano: una vez que se han formado los ácidos orgánicos, una nueva categoría de bacterias actúa y los utiliza para convertirlos finalmente en metano y dióxido de carbono.
-
Las lagunas anaerobias suelen tener profundidad entre 2 y 5 m, el parámetro más utilizado para el diseño de lagunas anaerobias es la carga volumétrica que por su alto valor lleva a que sean habituales tiempos de retención con valores comprendidos entre 2-5 días (Romero Rojas, 1999).
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LAGUNAS FACULTATIVAS Son aquellas que poseen una zona aerobia y una anaerobia, siendo respectivamente en superficie y fondo. La finalidad de estas lagunas es la estabilización
de
la
materia
orgánica
en
un
medio
oxigenado
proporcionando principalmente por las algas presentes. En este tipo de lagunas se puede encontrar cualquier tipo de microorganismos, desde anaerobios estrictos, en el fango del fondo, hasta aerobios estrictos en la zona inmediatamente adyacente a la superficie. Además de las bacterias y protozoarios, en las lagunas facultativas es esencial la presencia de algas, que son las principales suministradoras de oxígeno disuelto. El objetivo de las lagunas facultativas es obtener un efluente de l a mayor calidad posible, en el que se haya alcanzado una elevada estabilización de la materia orgánica, y una reducción en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes. La profundidad de las lagunas facultativas suele estar comprendida entre 1 y 2 m para facilitar así un ambiente oxigenado en la mayor parte del perfil vertical (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013). Las bacterias y algas actúan en forma simbiótica, con el resultado global de la degradación de la materia orgánica. Las bacterias utilizan el oxígeno suministrado por las algas para metabolizar en forma aeróbica los compuestos orgánicos. En este proceso se liberan nutrientes solubles (nitratos, fosfatos) y dióxido de carbono en grandes cantidades, estos son utilizados por las algas en su crecimiento. De esta forma, la actividad de ambas es mutuamente beneficiosa. En la siguiente figura se representa un diagrama de la actividad coordinada entre algas y bacterias.
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Figura Nº 1: Actividad entre algas y bacterias.
En una laguna facultativa existen tres zonas: a) Una zona superficial en la que existen bacterias aerobias y algas en una relación simbiótica, como se ha descrito anteriormente. b) Una zona inferior anaerobia en la que se descomponen activamente los sólidos acumulados por acción de las bacterias anaerobias. c) Una zona intermedia, que es parcialmente aerobia y anaerobia, en la que la descomposición de los residuos orgánicos la llevan a cabo las bacterias facultativas. Los sólidos de gran tamaño se sedimentan para formar una capa de fango anaerobio. Los materiales orgánicos sólidos y coloidales se oxidan por la acción de las bacterias aerobias y facultativas empleando el oxígeno generado por las algas presentes cerca de la superficie. El dióxido de carbono, que se produce en el proceso de oxidación orgánica, sirve como fuente de carbono por las algas. La descomposición anaerobia de los sólidos de la capa de fango implica la producción de compuestos orgánicos disueltos y de gases tales como el CO2, H2S y el CH4, que o bien se oxidan por las bacterias aerobias, o se liberan a la atmósfera.
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Figura Nº 2: Zonas de la laguna fa cultativa. Presenta las diferentes zonas que comprende una laguna facultativa. FUENTE: (Mercado, 2013).
LAGUNAS DE MADURACIÓN Este tipo de laguna tiene como objetivo fundamental la eliminación de bacterias patógenas. Además de su efecto desinfectante, las lagunas de maduración cumplen otros objetivos, como son la nitrificación del nitrógeno amoniacal, cierta eliminación de nutrientes, clarificación del efluente y consecución de un efluente bien oxigenado. Las lagunas de maduración se construyen generalmente con tiempo de retención de 3 a 10 días cada una, mínimo 5 días cuando se usa una sola y profundidades de 1 a 1.5 metros. En la práctica el número de lagunas de maduración lo determina el tiempo de retención necesario para proveer una remoción requerida de coliformes fecales (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013). Las lagunas de maduración suelen constituir la última etapa del tratamiento, por medio de una laguna facultativa primaria o secundaria o de una planta de tratamiento convencional, debido a la eliminación de 10
agentes patógenos, si se reutiliza el agua depurada (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013).
LAGUNAS PROFUNDAS Un tipo particular de lagunas facultativas son aquellas con profundidad superior a 2 metros. Estas lagunas profundas, cuyo estudio y desarrollo es relativamente reciente, suelen ser construidas con una doble f inalidad, la de servir como sistema de depuración y de regulación para riegos. Una laguna profunda puede ser descrita como un sistema de lagunas de estabilización en el que se combina laguna anaerobia, facultativa y de maduración en una sola unidad. La zona anaerobia en una laguna profunda es considerablemente mayor que en una laguna facultativa tradicional, presentando junto a esta característica dos fenómenos diferenciadores respecto a las lagunas de tipo convencional, una amplia zona no fótica y la presencia de estratificación térmica (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS LAGUNAS DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013) señala que: “el sistema por lagunas presenta una serie de ventajas respecto a otros procedimientos, entre las que destacan las siguientes: -
La estabilización de la materia orgánica alcanzada es muy elevada.
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La eliminación de microorganismos patógenos es muy superior a la alcanzada mediante otros métodos de tratamiento.
-
Presentan una gran flexibilidad en el tratamiento de puntas de carga y caudal.
-
Pueden emplearse para el tratamiento de aguas residuales industriales con altos contenidos en materias biodegradables.
-
Desde el punto de vista económico, el tratamiento mediante lagunas es mucho más barato que los métodos convencionales, con bajos costes de instalación y mantenimiento.
-
El consumo energético de las lagunas de estabilización es nulo.
-
Se generan una baja cantidad de fangos o lodos en el tiempo de retención.
-
En
el
tratamiento
mediante
lagunas,
se
generan
biomasas
potencialmente valorizables una vez separadas del efluent e.
Los principales inconvenientes de las lagunas de estabilización son: -
La presencia de materia en suspensión en el efluente, debida a las altas concentraciones de fitoplancton. Ocupación de terreno, que es superior a la de otros métodos de tratamiento.
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Las pérdidas considerables de agua por evaporación en verano.
-
Inconvenientes, que se pueden presentar en las lagunas, con relación al viento.
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Disminución del periodo de retención
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Formación de cortocircuitos
-
Creación de zonas muertas
-
Formación de ondas (rulos) en la superficie
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-
Dependiendo de la velocidad y su dirección, puede transportar y concentrar a los microorganismos en una determina zona.
-
Las lagunas sujetas a vientos fuertes, forma ondas que puede provocar erosión en los taludes internos”.
FACTORES CLIMÁTICOS QUE AFECTA A LAS LAGUNAS TEMPERATURA Las reacciones físicas, químicas y bioquímicas que ocurren en las lagunas son grandemente influenciadas por la temperatura. Este parámetro que se relaciona con la radiación solar afecta tanto la velocidad de f otosíntesis como el del metabolismo de las bacterias responsables de la depuración de las aguas residuales. Esos fenómenos son retardados por las bajas temperaturas. La caída de la temperatura en 10°C reducirá la actividad microbiológica en aproximadamente 50%, la actividad de fermentación del lodo no ocurre significativamente en temperaturas por debajo de 17°C. Aumenta en actividad en proporción de cerca de cuatro veces para cada 5°C de elevación de temperatura entre 4°C Y 22°C. La producción óptima de oxígeno para algunas especies de algas en las lagunas es obtenida entre 20 a 25°C, con valores límites para más y para menos, respectivamente 37 y 4°C, A partir de temperaturas próximas a 35°C, la actividad fotosintética de las algas decrece. Las Chlorophitas (algas verdes) tienden a disminuir o desaparecer y las Euglenophytas (euglenas) pasan a predominar. Por encima de los 35°C prevalecen las Cyanophitas (algas azules).
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Figura Nº 3: Situación de mala mezcla ve rtical.
Figura Nº 4: Situación de buena mezcla vertical.
Figura Nº 5: Variación Horaria de l a Temperatura a diferentes profundidades de una Laguna Facultativa (profundidad útil 1.20m).
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La actividad de las algas puede cesar después de una brusca disminución de la temperatura, originando sedimentación parcial de las mismas, lo que acarreara un aclaramiento en la coloración verdosa de las lagunas, acompañado de una disminución en la eficiencia. Una súbita elevación de la temperatura puede provocar un rápido aumento de las actividades de las bacterias aeróbicas y facultativas, una multiplicación del número de esas bacterias y, consecuentemente un mayor consumo de oxigeno que no podrá ser suplido por las algas, así ellas pasen por un proceso de desarrollo, pudiéndose desarrollar zonas anaeróbicas. En cambio, la depuración es más lenta durante los meses de invierno, teniéndose en cuenta en el diseño para evitar sobre cargas y mal funcionamiento en la época fría del año.
RADIACIÓN SOLAR Puesto que la intensidad de la luz varía a lo largo del día y del año, la velocidad de crecimiento de las algas varía también de la misma forma. Este fenómeno da lugar a dos efectos fundamentales: el oxígeno disuelto y el PH del agua presentan valores mínimos al final de la noche, y aumentan durante las horas de luz solar hasta alcanzar valores máximos a media tarde. A partir de este punto los valores decrecen de nuevo a lo largo de la noche. Esta evolución se observa mejor durante la primavera y verano, cuando la actividad fotosintética es más intensa.
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Figura Nº 6: Variación de la velocidad de la fotosíntesis en función de la temperatura y radiación solar.
EVAPORACIÓN Este factor debe tenerse en cuenta en climas muy cálidos y secos. Se considera que una evaporación diaria de 5mm no provoca efectos apreciables en lagunas. La repercusión principal está en la concentración de los sólidos que contiene el agua almacenada. El consiguiente aumento de la salinidad puede resultar perjudicial si el efluente se va emplear en riegos.
Figura Nº 7: Proceso de evaporación en lagunas de oxidación.
PRECIPITACIÓN El efecto inmediato de las lluvias es provocar un aumento del caudal de entrada, por lo que el tiempo de residencia del agua disminuye. Cuando la lluvia es fuerte, la turbulencia que ésta genera da a lugar a que las lagunas aparezcan revueltas. Cuando la caída de tormentas provoca el enfriamiento superficial de las lagunas, con lo que se crea una capa de 16
inversión que favorece el desprendimiento de fangos hacia la superficie. Otro efecto de la lluvia es una cierta oxigenación en la zona superficial de las lagunas, debido tanto al propio contenido en oxigeno de la lluvia como la turbulencia que provoca con su caída.
Figura Nº 8: Lagunas de estabilización con aportes pluviales.
VIENTO El efecto de mezcla del viento puede evitar el desarrollo de estratificación térmica, aunque en ocasiones la acción del viento puede dar a lugar a la aparición de problemas de flujo, como espacios muertos y cortocircuitos. En el diseño se recomienda estudiar el régimen de vientos en la zona donde se va a construir la laguna, de forma que el diseño se beneficie al máximo del efecto del viento entre la entrada y salida. Para ello habría que reorientar la laguna o la posición de la alimentación y el efluente.
Figura Nº 9: Presencia de viento en las lagunas de estabilización.
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FACTORES FÍSICOS ESTRATIFICACIÓN La densidad del agua cambia con la temperatura, es mínima a 4ºC y aumenta para temperaturas menores o mayores, el agua más cálida es más ligera y tiende a flotar sobre las capas más frías. Como durante los meses de primavera y verano el calentamiento tiene lugar desde la superficie, las capas superiores están más calientes que las inferiores, son menos densas y flotan sobre ellas sin que se produzca la mezcla entre unas y otras. Este fenómeno se conoce como estratificación.
Figura Nº 10: Estratificación del agua.
En estas condiciones, el tiempo de residencia es inferior a la del diseño, por lo que no hay tiempo suficiente para la mineralización de la materia orgánica, y el efluente presenta concentraciones anormalmente altas de DBO5 y DQO.
Recomendación: Cuando esto ocurre hay que tomar medidas especiales como disminuir la altura de agua de trabajo o intentar romper la estratificación mediante 18
alteraciones de la posición de entradas y salidas de agua (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013).
FLUJO A TRAVÉS DE LAS LAGUNAS La circulación del agua a través de la laguna viene afectada por la forma y tamaño de ésta, la situación de entradas y salidas, velocidad y dirección de los vientos dominantes, y, como veíamos anteriormente, la aparición de diferencias de densidad dentro del estanque. Las anomalías de flujo más frecuentes se manifiestan en la aparición d zonas muertas, es decir, partes de la laguna en las que el agua permanece estancada durante largos períodos de tiempo.
Figura Nº 11: Tamaños y formas por los que varían las velocidades y direcciones de vientos dominantes.
Desde el punto de vista de la depuración lo que importa es si realmente todo el material que entra en la laguna permanece en ella durante ese tiempo, o si hay diferencias importantes entre el tiempo que una parte u otra del fluido permanece en la laguna. Cuando esto ocurre, la fracción que atraviesa rápidamente el estanque alcanza un grado menor de estabilización que la que permanece embalsada durante más tiempo. Estas diferencias en el tiempo real de residencia provocan siempre la disminución de la eficiencia de la depuración.
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PROFUNDIDAD La mayor eficiencia depuradora en los sistemas profundos, entre otras la mayor productividad de las algas en un medio en el que tienden a sedimentar en la zona profunda y morir, bien por ausencia de luz o por efecto toxico de sulfuros solubles, lo que da lugar a que las poblaciones más jóvenes y, por tanto, productivas. La zona profunda tiende a estar en condiciones anaerobias, y en ella se produce la degradación lenta de compuestos orgánicos y microorganismos sedimentados desde la zona superficial. De esta forma se generan nutrientes solubles que se reincorporan a la capa superficial y contribuyen a la actividad biológica en ésta.
Figura Nº 12: Zonas de profundidad en las lagunas facultativas.
La ventaja de los sistemas profundos es la mayor retención de calor durante los meses fríos (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013).
ÁREA SUPERFICIAL El área superficial de una laguna de estabilización está determinada en función de la carga orgánica, usualmente expresada en términos de DBO5, aplicada por día, principalmente para las lagunas facultativas. Las cargas más bajas se aplican a temperaturas del aire al ambiente en torno a los 20°C y las más altas temperaturas próximas a 30°C. Las cargas que excedan de 200 a 250 Kg DBO5/ha, día, han sido objeto de problemas ocasionales de malos olores, en cuanto que las cargas que excedan 400Kg. DBO5/ha, día probablemente lleven a la anaerobiosis, 20
esto es, ausencia de oxígeno disuelto y/o una caída brusca en la eficiencia total del sistema.
FACTORES QUÍMICOS Y BIOQUÍMICOS PH. En las lagunas de tratamiento las algas consumen anhídrido carbónico en la fotosíntesis, lo que desplaza el equilibrio de los carbonatos y da lugar a un aumento del pH. Por otra parte, la degradación de la materia orgánica conduce a la formación de CO2 como producto final, lo que causa una disminución del pH. En el caso de las lagunas facultativas, cuando el color de la laguna se presenta verde oscuro, el valor del pH probablemente será alcalino. Si el color fuese verde-amarillo o pálido, indica con certeza que se ha iniciado el proceso de acidificación.
Figura Nº 13: Escala de pH.
El pH de una laguna facultativa varía a lo largo del día en las diferentes capas de la masa líquida, prevaleciendo valores más elevados en la superficie. Durante las primeras horas de la mañana los valores del pH son bajos, debido a la presencia de exceso de gas carbónico (CO2) producido por la respiración bacteriana aeróbica durante la noche. Se vuelven más elevados en periodos comprendidos entre las 14 y 16 horas, ocasión en que las algas se encuentran en plena actividad fotosintética. Durante la noche, el pH vuelve a declinar sensiblemente, pues de un lado, las algas 50 dejan de consumir gas carbónico, y de otro, este continúa siendo producido por las bacterias.
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Figura Nº 14: Variación horaria del pH en diferentes capas de una laguna facultativa útil de 1.2m.
OXÍGENO DISUELTO El contenido de oxígeno disuelto en las lagunas facultativas o de maduración
es
uno
de
los
mejores
indicadores
sobre
su
funcionamiento. La principal fuente de oxígeno disuelto (OD) utilizado por los microorganismos en la estabilización de la materia orgánica y en sus funciones respiratorias, provienen del oxígeno producido por la acción fotosintética de las algas, seguida por la reaireación superficial. Una laguna que opere correctamente debe tener una capa superficial oxigenada, que sirve para evitar que gases mal olientes producidos por la capa anaeróbica sean liberados. La concentración de oxígeno disuelto presenta una variación sinusoidal a lo largo del día. La profundidad a la que se anula el oxígeno disuelto se llama oxipausa, y su posición depende de la actividad fotosintética, el consumo de oxígeno por las bacterias y el grado de mezcla inducido por el viento. En invierno la capa oxigenada tiende a ser mucho más reducida que en verano (Ruiz Bernal & Oviedo Orellana, 2013).
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Figura Nº 15: Variación idealizada del pH, OD y Radiación solar.
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CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN MATERIALES Y EQUIPO a) Mapa de localización o mapa principal de alcantarillado. b) Dibujo del diseño de la laguna. c) Dibujo del diseño de la salida, entrada y terraplenes. d) Lista de materiales. Si más de una laguna será construida se debe tener: -
Diseño de la disposición del sistema de lagunas.
-
Dibujos de los sistemas de interconexión.
-
Accesorios de los materiales a emplearse.
PREPARACIÓN DEL SITIO a) Localizar el sitio y marcarlo temporalmente en la tierra. b) Llevar los trabajadores, materiales y herramientas necesarias para comenzar con los trabajos. c) Despejar el sitio de la laguna y del terraplén, todos los árboles, arbustos, grandes rocas y cualquier otro material que impida la construcción de la laguna. d) Quitar tierra vegetal o el césped del sitio y colóquelo en otro lado. Esto será utilizado más delante para acabar el terraplén.
MARCAJE DEL SITIO Y LOCALIZACIÓN DE TUBERÍA a) Fijar las estacas de referencias, indicando los límites del fondo de la laguna, encuentre la elevación de cada estaca usando el nivel topográfico.
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Figura Nº 16: Construcción de lagunas de estabilización. FUENTE: (OPS/CEPIS/05.164).
b) Medir la distancia y la elevación de las estacas de referencia, fije las estacas que indican los puntos en los cuales se va a comenzar a construir el terraplén y a excavar la laguna. Fijar las estacas indicando la localización de la tubería, esto elimina las porciones de re excavación del terraplén. c) Excavación de la laguna. Se comienza a excavar en las estacas de zonas interiores, hasta que se alcance la elevación inferior. La nivelación se comprueba con un nivel y la barra de un topógrafo.
Figura Nº 17: Excavación de una laguna de estabilización. FUENTE: (OPS/CEPIS/05.1641).
Continuar excavando a lo largo del fondo de la laguna, utilice el suelo excavado para acumular los terraplenes. El fondo de la
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laguna debe estar tan llano y uniformemente como sea posible. Si hay puntos o raíces suaves de árbol, cávelos hacia fuera
CONSTRUCCIÓN DE LOS TERRAPLENES a) Comenzar la construcción de los terraplenes como la laguna es excavada, los terraplenes se deben apisonar bien, con los lados inclinados según especificaciones de diseño. b) Deje los boquetes en el terraplén, en las localizaciones de la tubería. Puede también ser conveniente dejar unos o más boquetes amplios para el retiro del suelo excavado. c) La parte superior del terraplén debe ser nivelada, bien apisonada, y por lo menos 1.0 m de ancho. La distancia de la tapa del terraplén al fondo de la laguna deberá ser igual a la profundidad del diseño de la laguna más 1.0 m.
Figura Nº 18: Construcción de terraplenes. FUENTE: (OPS/CEPIS/05.164).
COLOCACIÓN DE LA TUBERÍA a) Excavar las zanjas para las tuberías con la profundidad y las localizaciones del diseño. Los fondos de las zanjas deben ser bien apisonadas. b) Construya las bases cerca de los 0.5 m de alto para la tubería de entrada, de concreto o piedra. El propósito de las bases es levantar la tubería de entrada sobre el fondo de la laguna. c) Construya las losas para las tuberías de salida, de concreto o de la piedra. El propósito de la losa es apoyar la tubería de salida y prevenir 26
la erosión a la descarga de las aguas residuales tratadas. Construir las losas bajo todas las localizaciones de la válvula.
Figura Nº 19: Colocación de las tuberías. FUENTE: (OPS/CEPIS/05.164).
d) Colocar la tubería del alcantarillado y el mortero juntos. Instale las válvulas. Construya la salida vertical de acuerdo a la profundidad de la laguna. Deberá ser igual a la profundidad del diseño calculado por el diseñador del proyecto. Las secciones envueltas permitirán que la laguna se drene cuando sea necesario. e) Rellenar cuidadosamente las zanjas de las tuberías con suelo húmedo y apisonarlo.
TERMINADO DE LOS TERRAPLENES Completar cualquier boquete en el terraplén que fuera utilizado para poner la tubería o remover el suelo excavado. Apisonar a fondo la tapa y las pendientes y hacerlas uniformes con el terraplén existente. Alinear la pendiente del terraplén con las rocas y las piedras planas. Esto previene la erosión, debido a la acción de la onda durante la operación de la laguna. Las rocas y las piedras se deben colocar suavemente para conformarse con el diseño de la pendiente del terraplén. Evitar usar grava y los guijarros porque este material tiende mover la pendiente.
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Figura Nº 20: Diseño de los terraplenes. FUENTE: (OPS/CEPIS/05.164).
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OPERACIÓN, MANTENIMIENTO Y CONTROL OPERACIÓN PARA EL FUNCIONAMIENTO NORMAL CARACTERÍSTICAS DEL FUNCIONAMIENTO NORMAL a) Para la laguna anaerobia: -
El nivel de olores es soportable para un visitante y no es detectable a 100 m de la misma.
-
El color de la laguna está entre gris y negro.
-
En el afluente se observa desprendimiento de burbujas de gas.
-
En la superficie de la laguna se observa burbujeo de gas.
-
El pH esta entre 7.0 y 7.5.
-
La temperatura, especialmente del lodo es siempre la misma.
-
De vez en cuando puede aparecer un poco de color verdoso o rosado en la superficie.
-
El agua que sale de la laguna, tiene apariencia de agua un poco turbia y con pocos sedimentos.
-
No hay vegetación ni en los taludes ni en las áreas cercanas.
b) Para lagunas facultativas y de maduración: -
El color de agua es verde intenso y un poco transparente.
-
No hay olores desagradables.
-
El pH es mayor que 7.0.
-
No hay natas de algas o lodo flotando en la superficie de agua.
-
El agua que sale es clara con una coloración verdosa.
-
No hay vegetación ni en taludes ni en las áreas vecinas.
ACTIVIDADES DIARIAS -
No permitir la entrada de personas extrañas.
-
Chequear que la distribución de caudal en el cajón de llegada, esté de acuerdo a lo fijado, especialmente cuando haya varias entradas a la laguna. Debe tenerse la misma altura de agua en las bocas de las tuberías que salen del cajón de distribución o en los vertederos de división de caudal o vertederos regulables.
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-
Verificar que se mantengan rigurosamente los niveles de agua y los caudales de operación, de común acuerdo con el ingeniero responsable.
-
Cambiar oportunamente las cartas de los registradores automáticos de caudal.
-
Recorrido general de la instalación.
-
Anotar los datos sobre las lagunas de acuerdo a lo establecido para el monitoreo.
ACTIVIDADES PERIÓDICAS -
Cuando se tengan lluvias fuertes, bajar unos 5 cm. el nivel del vertedero de salida y después de 2 horas de haber pasado la lluvia, regresar al nivel normal.
-
Hacer oscilar el nivel de las lagunas periódicamente para evitar el desarrollo
de
mosquitos,
mediante
la
operación
de
las
compuertas/vertedero de las estructuras de interconexión y salida. Aplicar insecticidas en el caso de que fuera necesario. -
Control del funcionamiento.
Para poder llevar a cabo el proceso de depuración de aguas residuales es necesario mantener un control, y así proporcionar un producto económico y de calidad. Se debe realizar: -
Por lo menos cada 6 meses.
-
Cuando se presenten olores fuertes.
-
Cuando el agua que sale es muy turbia, en el caso de anaerobias, o es color café o ceniza en el caso de facultativas o de maduración.
Para la comprobación se realizarán 3 veces en una semana los siguientes análisis: En la entrada de laguna: -
DBO5 o DQO.
-
pH.
-
Alcalinidad.
-
Sólidos en suspensión. 30
-
Sólidos totales.
-
Coliformes fecales.
En la salida de laguna: -
DBO5 o DQO.
-
pH.
-
Alcalinidad.
-
Sólidos en suspensión.
-
Sólidos totales.
-
Coliformes fecales.
Con estos análisis, verificar el trabajo y la eficiencia de la laguna. Comparar las características del efluente con los límites permisibles para su posterior uso.
MUCHA MATERIA ORGÁNICA En este caso hay que averiguar: -
Si la laguna ya está en el período final de diseño, si es así, habrá que ampliar el sistema o desviar parte de las aguas servidas hasta que se amplíe el sistema.
-
Si hay entrada de otras aguas servidas diferentes a las domésticas (aguas de mataderos, de canales, limpieza de corrales, industriales, etc.), si es así cortar estas entradas.
COMPUESTOS TÓXICOS Averiguar si los usuarios lavan recipientes de fungicidas, insecticidas, etc. y arrojan en el alcantarillado, para tomar las medidas correspondientes.
MALOS OLORES Las lagunas anaerobias producen un mal olor, propio de su naturaleza, esta es la razón por la cual, a pesar de sus ventajas, no se pueden usar en lugares muy céntricos o poblados. Normalmente, las lagunas facultativas no presentan malos olores, cuando éstos ocurren, se pueden deber a sobrecarga. Evitar que la carga alcance a 357 kg DBO/(ha.día) en lagunas primarias.
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Otra causa de malos olores en una laguna facultativa es la presencia de materias flotantes, las cuales, al impedir el paso de la luz solar, interrumpen o minimizan el proceso de fotosíntesis con la consiguiente merma en la producción de oxigeno por parte de las algas. Este problema se resuelve con buena operación y mantenimiento. Los malos olores también pueden ser producidos por la ausencia de algas, debido a que éstas han sido perjudicadas por la presencia de materias toxicas o excesivamente ácidas y alcalinas. Lo anterior sucede cuando hay descargas de tipo industrial, al alcantarillado, sin los debidos controles.
EXCESO DE LODO El acarreo de muchos en el afluente es porque el nivel del lodo está muy alto (mayor a la mitad de la profundidad), entonces es necesario sacar el exceso de lodo. El mantenimiento debe ser de la siguiente manera:
Actividades diarias: -
Mantener limpio el cajón de entrada, las tuberías y canales de conducción.
-
Cuidar las lagunas facultativas y de acabado para evitar que haya acumulación de flotantes que eviten la acción beneficiosa de la luz solar. Normalmente, el viento acumula los flotantes en las esquinas, de donde pueden ser removidos con facilidad por medio de r astrillos, etc. Si tal cosa no sucediera, se debe contar con un pequeño bote. El uso de rejas puede retener algunos de los f lotantes, pero no evita tener que remover flotantes de la misma laguna, pues muchos de ellos son producidos en la propia laguna como consecuencia de los procesos biológicos que suceden en ella. Los flotantes removidos se pueden enterrar o secar antes de enviarlos a algún sitio para disposición final de residuos sólidos.
-
Lavar los accesorios utilizados.
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Actividades periódicas: -
Por lo menos cada semana chequear los taludes para observar si hay problemas de filtración o erosión. Si esto existiera, corregir el problema inmediatamente.
-
Por lo menos cada 3 meses, inspeccionar las cercas, los avisos de seguridad y el nivel del lodo.
-
Mantener los taludes, bordes libres y áreas vecinas libres de maleza, hierbas o cualquier otro crecimiento vegetal, que puedan facilitar la reproducción de mosquitos y otra clase de insectos; para esto es necesario por lo menos cada mes sacarlos de raíz.
-
Un mal mantenimiento de las estructuras de salida o interconexión, puede provocar desbordes ocasionados por obstrucciones. Los desbordes en las lagunas de estabilización son muy peligrosos, pudiendo llegar a producir el colapso total de la estructura.
EVALUACIÓN DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Al hacer esfuerzos por evaluar cargas orgánicas aplicables por unidad de área, o las constantes de reacción de los modelos para el cálculo de lagunas, se tropieza con muchos problemas debido a que casi siempre el estudio se limita a correlacionar dos o tres variables, cuando en realidad las que están interviniendo en los procesos simultáneos que suceden son más de cincuenta o cien. El registro histórico de algunos datos puede proporcionar información acerca de cómo funciona la laguna. El objetivo principal de la evaluación es optimizar el sistema operativo de las lagunas a nivel puntual y apoyar a la creación de un sistema o manual para obtener constantes representativas para la zona.
Remoción de lodo: Es importante que las lagunas mantengan el mayor tiempo posible, una geometría y condiciones lo más parecidas a las del diseño original. Después de 10 años de funcionamiento, comenzar a medir la profundidad del lodo cada año. Cuando el nivel de lodo en la primera mitad de la laguna 33
alcance la mitad de la profundidad, será necesario sacar el lodo y se procederá de la siguiente manera: -
El trabajo debe realizarse a inicio de temporada de verano.
-
Sacar de operación la laguna y enviar las aguas por el desvío a otra laguna o en último caso al cuerpo receptor. Se recomienda que, antes de secar una laguna para remover lodos, se desvíe el afluente de ella durante unos 30 días. Esto hace que ya los lodos estén digeridos en su mayor parte al hacer la limpieza, evitando problemas y molestias.
-
Bajar poco a poco el nivel hasta alcanzar un nivel que permita la exposición del lodo al ambiente. Se recomienda secar las lagunas haciendo sifonaje con mangueras de succión o tuberías. Si es posible, se puede utilizar una bomba para este propósito.
-
Dejar así hasta que seque el lodo y pueda ser sacado con pala y carretillas (si es con pala mecánica y volquete será más rápido), este lodo seco puede ser usado en el suelo, para el cultivo de productos industrializables, de tallo alto y que no se consuman crudos.
-
Alternativamente se podrá remover el lodo de lagunas primarias por dragado o bombeo a una laguna de secado de lodos.
-
El lodo seco debe almacenarse en pilas de hasta 2 m por un tiempo mínimo de 6 meses, previo a su uso como acondicionador de suelos. De no usarse deberá disponerse en un relleno sanitario.
-
Retirado
el
lodo,
la
laguna
será
puesta
nuevamente
en
funcionamiento. -
Anotar la fecha, cantidad de material retirado y el personal utilizado en el cuaderno de mantenimiento.
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CONCLUSIONES -
La definición de conceptos, tipologías, proceso constructivo y factores que intervienen en el diseño RCO TE desarrollan un pleno entendimiento del funcionamiento de las lagunas de estabilización.
-
La realización de la comparativa sobre las ventajas y desventajas de las lagunas de estabilización nos ayudara a elegir la propuesta más eficiente frente a otros sistemas de tratamiento de aguas residuales en condiciones circunstanciales
-
La revisión del proceso de diseño, y posterior representación de los resultados en base a planos nos genera un total entendimiento de las condiciones y características de la Lagunas de estabilización.
RECOMENDACIONES -
El planteamiento de Lagunas de Estabilización se recomienda para poblaciones Pequeñas por su bajo costo y eficiencia
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La forma más común utilizada en nuestro medio es el paralelepípedo por su fácil proceso constructivo.
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El modelo facultativo de laguna de estabilización es el más eficiente.
-
El factor Climático del a aire tiene más incidencia en el diseño y planteamiento
-
El emplazamiento y él factor climático son determinantes al plantear una laguna de estabilización.
-
Cuando existe estratificación hay que tomar medidas especiales como disminuir la altura de agua de trabajo o intentar romper la estratificación mediante alteraciones de la posición de entradas y salidas de agua.
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BIBLIOGRAFÍA CNA. (2007). Diseño de Lagunas de Estabilización. Coyoacán - México: Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Hueb, J. A., Gonzaga, B., & Rodríguez, F. V. (1985). Macromedición. Lima Perú: CEPIS/OPS/OMS. Hurtado Chavez, E. (2017). Contaminación y Tratamiento de Aguas. Puno Perú. Mercado, A. (2013). Lagunas de Estabilización. Middlebrooks. (1982). Diseño de ecuaciones para la eliminación de DBO en estanques facultativos. Romero Rojas, J. A. (1999). Tratamiento de Aguas Residuales por Lagunas de Estabilización. Alfaomega. Ruiz Bernal, C. E., & Oviedo Orellana, C. G. (2013). El Viento - Factor importante en el Tratamiento de Aguas Residuales mediante Lagunas de Estabilización. Lima - Perú. Saenz Forero, R. (1985). Lagunas de Estabilizacion y Otros Sistemas Simplificados para el Tratamiento de Aguas Residuales. Lima - Perú: CEPIS.
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ANEXOS
ANEXO A1 DISEÑO DE UNA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN
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