DOCUMENTO+STAR+LÃCTEOS

5/17/2018 DOCUMENTO+STAR+LÃ CTEOS - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/documentostarlacteos 1/54

NICARAGUA

Ministerio de Fomento Industria y Comercio

Programa de Apoyo a la Mejora del Clima deNegocios e Inversiones en Nicaragua

DCI-ALA/2007-019-011

Documento Taller de Capacitación

Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales para el

Impartido por el Centro de Producción más Limpia de Nicaragua



La presente publicación ha sido elaborada con la asistencia de la UniónEuropea. El contenido de la misma es responsabilidad exclusiva del Centro deProducción más Limpia de Nicaragua y en ningún caso debe considerarse que

refleje los puntos de vista de la Unión Europea.



INTRODUCCIÓN

El agua es uno de los recursos naturales más fundamentales, y junto con el aire,la tierra y la energía constituye los cuatro recursos básicos en que se apoya eldesarrollo.

La importancia de la calidad del agua ha tenido un lento desarrollo. Hastafinales del siglo XIX no se reconoció el agua como origen de numerosasenfermedades infecciosas. Hoy en día, la importancia tanto de la cantidad como

de la calidad del agua esta fuera de toda duda.El agua es uno de los compuestos más abundantes de la naturaleza ycubre aproximadamente las tres cuartas partes de la superficie de la tierra. Sinembargo, en contra de lo que pudiera parecer, diversos factores limitan ladisponibilidad de agua para uso humano. Mas del 97% del agua total del planetase encuentra en los océanos y otras masas salinas, y no están disponibles paracasi ningún propósito. Del 3% restante, por encima del 2% se encuentra enestado sólido, hielo, resultando prácticamente inaccesible. Por tanto, podemos

terminar diciendo que para el hombre y sus actividades industriales y agrícolas,sólo resta un 0,62 % que se encuentra en lagos, ríos y agua subterráneas. Lacantidad de agua disponible es ciertamente escasa, aunque mayor problema esaún su distribución irregular en el planeta.

El uso de los recursos naturales provoca un efecto sobre los ecosistemasde donde se extraen y en los ecosistemas en donde se utilizan. El caso del aguaes uno de los ejemplos más claros: un mayor suministro de agua significa una

mayor carga de aguas residuales. Si se entiende por desarrollo sostenible aquelque permita compatibilizar el uso de los recursos con la conservación de losecosistemas.

Hay que considerar también que el hombre influye sobre el ciclo del aguade dos formas distintas, bien directamente mediante extracción de las mismas yposterior vertido de aguas contaminadas como se ha dicho, o bienindirectamente alterando la vegetación y la calidad de las aguas.

Nuestro mundo por muchos años ha sido descuidado y maltratado por nosotroslos seres humanos. La industrialización y el modernismo son algunos factoresque ayudan a la contaminación de nuestro ambiente.

I. GENERALIDADES



vertidos, los métodos analíticos para el control de la calidad del agua parapoder así familiarizarnos con los diferentes tratamientos.

Las cuatro fuentes de aguas residuales son:

1. Aguas domesticas o urbanas

Son los vertidos que se generan en los núcleos de población urbana comoconsecuencia de las actividades propias de éstos.

Los aportes que generan esta agua son:

Aguas negras o fecales Aguas de lavado doméstico

Las aguas residuales urbanas presentan una cierta homogeneidad cuanto acomposición y carga contaminante, ya que sus aportes van a ser siempre losmismos. Pero esta homogeneidad tiene unos márgenes muy amplios, ya que lascaracterísticas de cada vertido urbano van a depender del núcleo de poblaciónen el que se genere, influyendo parámetros tales como el número de habitantes,la existencia de industrias dentro del núcleo, tipo de industria, etc

La cantidad de agua residual domestica normalmente se expresa en litros percapita por día (L/cap.díia) y se asume como fracción (70-85%) del consumeespecifico de agua que oscila entre 60 y 350 L/cap día. El caudal de agua residualdomestica que entra al sistema de alcantarillado puede variar considerablemente

durante el día.

-20

0

20

4060

80

100

120

140

160

180

200

0 5 10 15 20 25

Tiempo, horas

C a u d a

l , % d

e l p r o m e d i o

Area pequeña Area mediana Area grande



países desarrollados esta agua nunca entra a las plantas de tratamiento de aguaresidual. En el caso de que el alcantarillado sea combinado, el agua de lluvia entra al

alcantarillado y causa problemas a las plantas de tratamiento por lo que provoca picosen el caudal de entrada hasta 3-5 veces el caudal normal del tiempo seco. Estos picosperturban el funcionamiento normal de la planta. Por esta razón, los sistemas dealcantarillado separado se hacen cada vez mas atractivos:

- el costo total de inversi6n y de mantenimiento de una planta de tratamiento aumenta con el aumento de la capacidad de diseño.

- el funcionamiento de las plantas de tratamiento se ve mas afectado por lospicos hidráulicos y de carga orgánica durante la temporada de lluvias.

El agua pluvial urbana a menudo esta contaminada con emisiones de transitocomo grasas, hidrocarburos y metales pesados, en el área rural, con pesticidas,fertilizantes y estiércol.

3. Aguas residuales industriales

Son aquellas que proceden de cualquier actividad o negocio en cuyo proceso deproducción, transformación o manipulación se utilice el agua. Son enormementevariables en cuanto a caudal y composición, difiriendo las características de losvertidos, no sólo de una industria a otro, sino también dentro de un mismo tipode industria.

A veces, las industrias no emite vertidos de forma continua, si noúnicamente en determinadas horas del día o incluso únicamente endeterminadas épocas de año, dependiendo del tipo de producción y del procesoindustrial. También son habituales las variaciones de caudal y carga a lo largodel día.

Estas son más contaminadas que las aguas residuales urbanas , además,con una contaminación mucho más difícil de eliminar.

Su alta carga unida a la enorme variabilidad que presentan, hace que eltratamiento de las aguas residuales industriales sea complicado, siendo precisoun estudio específico para cada caso.

4. Aguas de usos agrícolas

Aunque la mayor parte de las aguas servidas (cerca del 90%) provienen del usodomestico e industrial la de usos agrícolas y pluviales urbanas están



1.2. Clasificación de los Contaminantes

Las sustancias contaminantes que pueden aparecer en un agua residual sonmuchas y diversas. Los contaminantes del agua se clasifican en tres categorías:

1.2.1 Contaminantes químicos. Estos componen tanto productos químicosorgánicos como inorgánicos. El aspecto fundamental de la contaminación deproductos orgánicos es la disminución del oxigeno como resultante de lautilización del existente en el proceso de degradación biológica, llevando con elloa un desajuste y a serias perturbaciones en el medio ambiente. En el caso de

compuestos inorgánicos el resultado más importante es su posible efecto tóxico,mas que una disminución de oxigeno. Sin embargo, hay casos en los cuales loscompuestos inorgánicos presentan una demanda de oxigeno, contribuyendo a ladisminución del mismo.

Contaminantes Orgánicos:

Son compuestos cuya estructura química está compuesta fundamentalmente por

carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Son los contaminantes mayoritarios envertidos urbanos y vertidos generados en la industria agroalimentaria.

Los compuestos orgánicos que pueden aparecer en las aguas residualesson:

a) Proteínas: Proceden fundamentalmente de excretas humanas o dedesechos de productos alimentarios. Son biodegradables, bastanteinestables y responsables de malos olores. Son portadores de nitrógeno

y fósforo.b) Carbohidratos: Incluimos en este grupo azúcares, almidones y fibras

celulósicas. Proceden, al igual que las proteínas, de excretas ydesperdicios.

c) Aceites y Grasas: Son todas aquellas sustancias de naturalezalipídica, que al ser inmiscibles con el agua, van a permanecer en lasuperficie dando lugar a la aparición de natas y espumas. Estas natas y

espumas entorpecen cualquier tipo de tratamiento físico o químico, porlo que deben eliminarse en los primeros pasos del tratamiento de unagua residual. Son altamente estables, proceden de desperdiciosalimentarios en su mayoría, a excepción de los aceites minerales queproceden de otras actividades.

d) Otros específicos: Incluiremos varios tipos de compuestos como los



Aparecen en cualquier tipo de agua residual, aunque son más abundantesen los vertidos generados por la industria.

Los componentes inorgánicos de las aguas residuales estarán en funcióndel material contaminante así como de la propia naturaleza de la fuentecontaminante. Un ejemplo clásico de contaminante inorgánico es arena.Entendemos como tales, a una serie de particular de tamaño apreciable y queen las masas de agua cuando están en movimiento, o bien forman depósitos delodos si encuentran condiciones adecuadas para sedimentar.

1.2.2 Contaminantes Físicos

Incluyen:

• Cambios térmicos, la temperatura es un parámetro muy importante porsu efecto en la vida acuática, en las reacciones químicas, velocidades dereacción y en la aplicabilidad del agua a usos útiles, como el caso de lasaguas provenientes de las plantas industriales, relativamente calientes

después de ser usadas en intercambiadores.• El color el cual determina cualitativamente el tiempo de las aguas

residuales, es por ello que si el agua es reciente esta suele ser gris; sinembargo como quiera los compuestos orgánicos son descompuestos porlas bacterias, el oxigeno disuelto en el agua residual se reduce a cero y elcolor cambia a negro.

• La turbidez originada por los sólidos en suspensión.• Espumas y la radioactividad

1.2.3 Contaminantes Biológicos

Son organismos que pueden ir en mayor o menor cantidad en las aguasresiduales y que son capaces de producir o transmitir enfermedades(el cólera y la tifoidea).

1.2.4 Composición de Agua ResidualPor lo general los contaminantes del agua residual domestica constituyen unamezcla muy compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos que prácticamentees imposible obtener un análisis completo de cada uno de los componentespresentes. Sin embargo, para diseñar y operar una planta de tratamiento es



Tabla 1. Concentración de diferentes contaminantes en el agua residual (mg/l)

Constituyente Fuerte Media Débil

Sólidos, en total

Disueltos, entotal

Suspendidos, entotal

1200

850

350

700

500

250

350

250

100

DemandaBioquímica deOxigeno

300 200 100

Nitrógeno

Amoniaco Libre

Fósforo

Alcalinidad

Grasa

85

50

20

200

150

40

25

10

100

100

20

12

6

50

50

1.3 Consecuencias en Medio Ambiente Provocado por los Vertidos

1.3.1 Aparición de fangos y flotantes

Existen en las aguas residuales sólidos en suspensión de gran tamaño quecuando llegan a los cauces naturales pueden dar lugar a la aparición desedimentos de fango (lodo) en el fondo de dichos cauces, alterando seriamentela vida acuática a este nivel, ya que dificultará la transmisión de gases ynutrientes hacia los organismos que viven en el fondo.

Por otra parte, ciertos sólidos, dadas sus características, puedenacumularse en las orillas formando capas de flotantes que resultandesagradables a la vista y además, pueden acumular otro tipo de contaminantesque pueden llevar a efectos más graves.



Si el consumo de oxígeno es excesivo, se alcanzarán niveles por debajodel necesario para que se desarrolle la vida acuática, dándose una muerte

masiva de seres vivos.Además, se desprenden malos olores como consecuencia de la aparición

de procesos bioquímicos anaerobios, que dan lugar a la formación decompuestos volátiles y gases.

1.3.3 Daño a la salud pública

Los vertidos de efluentes residuales a cauces públicos, pueden fomentarla propagación de virus y bacterias patógenos para el hombre.

1.3.4 Eutroficación

Un aporte elevado de nitrógeno y fósforo en los sistemas acuáticos propicia undesarrollo masivo de los consumidores primarios de estos nutrientes; zoo yfitoplancton y plantas superiores. Estas poblaciones acaban superando lacapacidad del ecosistema acuático, pudiendo llegar a desaparecer la masa de

agua.1.3.5 Otros efectos

Pueden ser muy variados y van a ser consecuencia de contaminantesmuy específicos, como valores de pH por encima o por debajo de los límitestolerables, presencia de tóxicos que afecta directamente a los seres vivos, etc.

En la tabla 2 está presentado un resumen de lo anterior

Tabla 2. Principales contaminantes del agua residual municipal y su impacto

Contaminante Impacto que ocasiona en el Medio AmbienteSólidos Suspendidos Llevan a deposici6n de lodos lo que provoca condicionesCompuestosorgánicosbiodegradables

Ejercen demanda del oxigeno lo que crea condiciones anaerobias yprovoca malos olores

Patógenos Las enfermedades infecciosas pueden transmitirse por medio de lospatógenos en el agua residual. Este factor es especialmenteimportante cuando el agua residual tratada se pretende usar enagricultura para el riego.

Nutrientes Nitrógeno y fósforo son nutrientes esenciales para la vida acuática.La presencia de estos provoco un excesivo crecimiento de algas lo



Metales pesados Tiene importancia cuando el agua residual o lodos están en mira dereuso

Inorgánicos disueltos Los sólidos disueltos tienen relevante importancia cuando el aguaresidual es usada en la agricultura. La producci6n de granos, deproteína en acuacultura (pescado, plantas acuáticas) puede

1.4 Necesidad del Tratamiento de Aguas Usadas

Tradicionalmente las excretas humanas formaban las aguas negras y sedepositaban en sistemas sanitarios tipo letrinas o tanques sépticos (sistema en elsitio). La parte sólida se acumulaba en el misino tanque y posteriormente sebiodegradaba de manera natural. La parte liquida de las deposiciones se infiltrabanen subsuelo o se descargaban a los canales (abiertos o cerrados) del drenaje deagua de lluvia.

Sin embargo, con la urbanización y el crecimiento de la población se incrementó

el consumo del agua {en litres por capita por día) de tal manera que supera lacapacidad de infiltración local del sucio. En las áreas de alta densidad de poblaciónlas alcaldías se ven obligadas recolectar y transportar todos los flujos de aguaresidual por medio de sistemas de alcantarillado separados o combinados hacialas plantas de tratamiento.

En Europa la cobertura del alcantarillado convencional difiere de país a país: 50%en Grecia, mas de 98 % en Holanda. En Estados Unidos la cobertura es menorpor la existencia de muchas comunidades de baja densidad poblacional.

Últimamente, se ha incrementado un gran interés por prevenir o minimizar lacontaminación del agua tanto del uso domestico como industrial.

El principal objetivo del tratamiento de agua residual es protección del MedioAmbiente de:

1) alto contenido de sólidos suspendidos2) alta carga de materia orgánica y consecuentemente bajo nivel deoxigeno3) alto contenido de nutrientes (como N y P) que provocaneutroficación4} carga de las sustancias peligrosas no-biodegradables



3) (abastecimiento de agua, recreación, pesca, navegación, irrigación etc.)4) prevenir las enfermedades que se transmiten por agua.

El Gobierno de Nicaragua en conjunto con el Ministerio de Medio Ambienteen 1995 estableció las normas para los efluentes que provienen de lasindustrias y son descargadas en los receptores naturales de agua. Ahora lapalabra la tienen los ingenieros sanitarios, civiles y ambientalistas en generalpara encontrar las soluciones más viables en materia de tratamiento de estasaguas.

1.5 Métodos Analíticos para el Control de la Calidad del Agua

1.5.1 Color, olor y sabor

La coloración de un agua puede clasificarse en verdadera o real cuandose debe sólo a las sustancias que tiene en solución, y aparente cuando su colores debido a las sustancias que tiene en suspensión. Los colores real y aparenteson casi idénticos en el agua clara y en aguas de escasa turbidez.

La coloración de un agua se compara con la de soluciones de referenciade platino-cobalto en tubos colorimétricos, o bien con discos de vidrio coloreadoscalibrados según los patrones mencionados.

El olor puede ser definido como el conjunto de sensaciones percibidas porel olfato al captar ciertas sustancias volátiles. El procedimiento normalmenteutilizado es el de ir diluyendo el agua e examinar hasta que o presente ningúnolor perceptible. El resultado se da como un número que expresa el límite de

percepción del olor, y corresponde a la dilución que da olor perceptible. Debidoal carácter subjetivo de la medida, es recomendable que la medida la realicen almenos dos personas distintas, comparando la percepción con la de un aguadesodorizada. Debe evitarse, como es lógico, en todo lo posible, la presencia deotros olores en el ambiente.

Por último, la evaluación del sabor, se realiza por degustación del agua aexaminar, comenzando por grandes diluciones, que se van disminuyendo hastala aparición del sabor. Este ensayo no se realiza mas que en aguas potables.

1.5. 2 Turbidez

La turbidez de un agua se debe a la presencia de materias ensuspensión. Finamente divididas; arcillas, limos, partículas de sílice, materias



1.5.3 Materia sólida

La materia sólida presente en un agua suele agruparse en tres

categorías. La clasificación se basa en diferente tamaño de las partículas, ysegún éste pueden ser divididos en disueltos, coloidales o suspendidos.

La materia decantable se determina dejando en reposo un litro de aguaen un cono o probeta graduada. El resultado se expresa como mililitros demateria decantada por litro de agua.

La determinación de las materias en suspensión en el agua puederealizarse por filtración o por centrifugación. La filtración se realiza a vacío sobreun filtro. El filtro con el residuo es nuevamente secado y pesado. La diferenciaentre este peso y el que teníamos antes del filtro solo, proporciona el valor de lossólidos.

1.5.4 pH

Las medidas de PH se realizan con un electrodo de vidrio, el cual generaun potencial que varía linealmente con el PH de la solución en la que estáinmerso. El electrodo consiste en una célula con un potencial controlado por laactividad del protón a cada lado de una membrana de vidrio muy fina.

Este método se utiliza si se quiere obtener medidas muy precisas y puedeaplicarse a cualquier caso particular.

1.5.5 Dureza

También llamada grado hidrotimétrico, la dureza corresponde a la sumade las concentraciones de cationes metálicos excepto los metales alcalinos y elion hidrógeno En la mayoría de los casos se debe principalmente a la presenciade iones calcio y magnesio, y algunas veces también se unen hierro, aluminio,manganeso y estroncio.

1.5.6 Acidez y Alcalinidad

La acidez de un agua corresponde a la presencia de anhídrido carbónicolibre, ácidos minerales y sales de ácidos fuertes y bases débiles.

La alcalinidad de un agua corresponde a la presencia de los bicarbonatos,carbonatos de hidróxidos.

La depuración de las aguas residuales es un proceso que persigue



1.6 El Grado de Purificación de Agua Residual

Técnicamente, aguas residuales municipales pueden ser purificadas hasta elpunto de convertirse en agua potable cumpliendo con todos los parámetrosestándares para la misma. Sin embargo, el costo del tratamiento creceexponencialmente con el grado de remoción de los contaminantes.

Los procesos de tratamiento del agua residual según el grado de remoción decontaminantes que se puede lograr se clasifican en los siguientes:

Tratamiento primario (o preliminar) consiste en remoción física delmaterial (basura) flotante y suspendida del agua residual cruda.

Tratamiento secundario incluye procesos biológicos para removermateria orgánica. Esta comprobado que !os procesos físico-químicos detratamiento para reducir BOD tienen baja eficiencia y elevados costos, además amenudo presentan dificultades operacionales.

Tratamiento terciario (o avanzado) intenta eliminar los contaminantesque no han sido removidos en el tratamiento primario ni secundario. Este serefiere a procesos dirigidos a remoción de N y P de alto grado, así como unaprofunda remoción de sólidos suspendidos y materia orgánica, desinfección yeliminación de micro contaminantes no-biodegradables.

Remoción, %DBOTSSTNTF

Preliminar

Primario

Secundario

Terciario

30

60

15

15

50 -70

80-90

25

75

>95

>95

>80

>90

90-95

90-95

40

90



Existen varios procesos y operaciones unitarias para llevar a cabo losmétodos de tratamiento mencionados arriba. La selecci6n de la tecnología

mas apropiada depende de las condiciones locales como disponibilidad depersonal calificado, equipamiento, abastecimiento energético confiable,disponibilidad del terreno y sobre todo los fondos suficientes.

La Tabla 3 presenta un resumen de las tecnologías mas comunes para eltratamiento de agua residual domestica:

Tabla 3. Clasificación de los procesos de tratamiento de agua residual enprimario, secundario y terciario

Tratamiento primario Tratamiento secundario Tratamiento terciario Calidad minima Calidad media Alta calidad

Cribado Lodos activados Remocion biologica denutrientes

Remoción de arenisca Aireaci6n extendida Filtraci6n

Sedimentación Lagunas aeróbicas Precipitación química Flotación Lagunas de estabilizaci6n Adsorción Separación de aceites Filtro percolador Intercambio iónico

Discos rotatorios Electrodiálisis Métodos anaerobios Desinfección

1.7 Selección de la Tecnología para el Tratamiento de Agua Residual

¿Como y en que condiciones una comunidad toma la decisión de tratar sus aguasresiduales?

Existen dos maneras para llegar a esta decisión:

1. La comunidad toma la conciencia de la necesidad de tratar las aguasresiduales cuando atraviesa series problemas de la salud publicaocasionados por la extrema contaminaci6n ambiental.

2. Presionados por las regulaciones del Gobierno.



tratamiento deben dirigirse hacia tecnologías menos mecanizadas, con elmenor nivel de automatización de los procesos de control, de tal manera que

para la construcción, operación, mantenimiento y reparación se aprovecha elrecurso humano nacional y no se importen mecanismos y tecnologíassofisticadas.

Cabe mencionar, que en vista que la demanda del agua potable crece de día adía al nivel mundial, es necesario agotar todas las posibilidades de dar unsegundo uso al agua servida, después del tratamiento esta puede ser utilizada enla agricultura, en acuicultura o para recarga de agua subterránea.

El objetivo operacional de las plantas de tratamiento es alcanzar dichas normasde calidad de agua que se descarga a los receptores naturales.

Figura 3. Selección de la tecnología de tratamiento apropiada

II. MÉTODOS DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL

SELECCIÓN DELA

TECNOLOGÍA

Recreación Eutroficación Transporte Ecología Re-uso

O

R I G E N D E L A G U A R

E S I D U A L

Patógenos

Demanda de O2

Nutrientes (N y P)

Sólidossedimentables

Microcontaminante

T e c n o l o g í a d e l t r a t a m i e n t o

Primario

Secundario

Terciario

Tratamientofísico-químicoTratamientonatural

OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO⇔ NORMAS DE CALIDAD



2.1 Tratamiento Primario

El tratamiento primario del agua residual domestica se refiere a procesosmecánicos para remover basura flotable y sólidos suspendidos en orden depreparar el caudal para ser tratado en las operaciones subsiguientes. Es poreso que el tratamiento primario a veces llaman tratamiento mecánico y esteincluye: cribado, desarenado y sedimentaci6n primaria.

2.1.1 Cribado

Las Cribas y rejillas sirven para eliminar partículas contaminantes gruesas(como papeles, bolsas plásticas y otras basuras flotantes) para evitar daños enlas bombas, aireadotes y vertederos.

Según el tamaño de las partículas que retienen (lo que determina la distanciaentre las barras de una criba) las cribas se puede clasificar en finas, medianas ygruesas. Las cribas finas pueden lograr un nivel muy alto de remoción de sólidospero tienen problema de un frecuente atascamiento. Las cribas gruesas usan en

pre-cribado para proteger y asegurar el buen funcionamiento de la criba fina quelo sigue.

En términos de operación, las cribas pueden ser divididas en manuales ymecánicas.

Las barras de las cribas manuales tienen un grosor de 10 mm y están inclinadas

entre 30-40°. De esta manera se aumenta el área de la sección por donde pasael flujo del agua entre las barras lo que facilita la remoci6n (limpieza) manual delcribado. El ancho del canal de flujo de agua hacia la criba no puede ser mas de0.5 m y la profundidad no mas de 1.5 m para facilitar el trabajo manual delimpieza.

Las cribas mecánicas tienen inclinaci6n de 45 a 80° respecto al horizonte, laprofundidad del canal siempre es más grande en comparaci6n a la criba

manual. Los sistemas con el cribado mecánico proporcionan mejores condicionesde la limpieza, esta es mas confiable y mas frecuente (es regular). El cribadomecánico es mas eficiente, lo que se demuestra por mayores cantidades del materialdesechado capturado en el agua residual. El régimen de operación de una cribamecánica puede ser: 1) encendido - apagado manual, 2) instalación de un timer-control (por ejemplo limpieza cada 5 minutos) o 3) interruptor electrónico según el



Figura 4. Criba manual (a) y mecánica (b)

2.1.2 Desarenado

La remoción de arenisca de las aguas residuales en las primeras etapas deltratamiento es necesaria por varias razones:

1. Prevenir el desgaste y rayado de los equipos mecánicos como bombas,aireadores2. Reducir la formaci6n de las deposiciones de material arenoso y

consecuentementeatascamiento en las unidades de operación subsiguientes y tubos de transporte.

3. Evitar la acumulaci6n de los s61idos incites en el lodo primario queperjudicara elfuncionamiento del reactor de lodos.

El objetivo del desarenado es remover las pesadas partículas de arena (arenisca)con el diámetro mayor de 0.2 mm. Al mismo tiempo, las partículas de materiaorgánica (de bajo peso) tienen que permanecer en la suspensión para ser tratadasen las subsiguientes etapas. Eso puede ser logrado por medio de:

- manteniendo la velocidad horizontal del flujo de agua vH, a 0.3 m/s.

- creando condiciones de turbulencia (hidráulicamente, mecánicamente o poraireación)lo que previene la sedimentación de las partículas orgánicas.

- proporcionando suficiente tiempo para que las partículas de arenisca sesedimenten conuna velocidad de precipitación vs.

a)

b)



El tiempo de retención hidráulica en el desarenador es igual a éste t:

t = D.

vs = V/Q vs = Q/L.

W = Q/Adonde Q es la máximo caudal, m/h

L, W, D son el largo, ancho y alto de la unidad del sistema de desarenador

A es el área de la superficie de la unidad del sistemadesarenador

De esta ecuación se puede ver que la velocidad de sedimentación vs es igual aQ/A, o sea que la profundidad del desarenador no afecta la eficiencia de laremoción de arenisca sino el área del sistema. Por esta razón, vs generalmentees llamada "carga superficial". Normalmente vs es igual a 30-40 m3 /m2 h, estavelocidad asegura que todas las partículas de arenisca del Ø >0.2 mm precipitesegún la ley de Newton.

Para llevar a cabo el proceso de desarenación se utilizan diferentesestructuras y mecanismos.

A) Canales abiertos son las estructuras simples en el diseño y operación y seutilizan como desarenadores en las pequeñas plantas de tratamiento. Eldesarenador rectangular tiene la velocidad horizontal

VH = Q/W D <0.30m/s

y la velocidad de precipitación vs < 40m/h (0.011 m/s). Utilizando los valorestípicos para VH y vs (indicados arriba), el largo de un desarenador rectangular sepuede calcular como:

L - (vH /vs) D = 0.3/0.011 D = 27.3 D.

Los desarenadores rectangulares tienen muchos problemas de operación conlos caudales en fluctuación, ya que esta afecta directamente VH y vs. El efectode fluctuaciones en el caudal se trata de evitar o minimizar de muchas maneras.Una de las opciones es instalando un sistema multicanal, el cual consiste en laconexión paralela de varios canales que se pueden activar en horas pico endependencia de la demanda según el caudal.



Figura 5. Perfil de un drenaje con by-pass

Figura 6. Plano de un desarenador de dos canales abiertos

Otra opción para mantener vH, y v, constante en el marco de los limites escrear un desarenador con la forma parabólica de perfil. En este caso cuandoaumenta el caudal aumenta el área superficial y v, se amortigua contra mayoresfluctuaciones. Para mantener constante la VH, en el final de los canalesparabólicos acostumbran ubicar vertederos, mecanismos que permitan controlarla velocidad.

Para reducir la frecuencia de la limpieza de un desarenador a 1-2 veces porsemana, en la parte inferior del mismo se provee una pila de almacenamiento

de arenisca. Normalmente, la pila de almacenamiento se hace de 0.2-0.3 m deprofundidad para recolectar el material inerte durante varios días de operacióncontinua. El proceso de remoción puede ser manual o mecánico, el último esmás caro pero más practico cuando se trata de una planta de tratamientogrande.



La velocidad horizontal del flujo de agua para asegurar la resuspensión de laspartículas orgánicas debe ser mas de 0.1 m/s. Para el diseño de los

desarenadores el valor de VH que se utiliza con mayor frecuencia es de 0.3 m/s.B) Desarenador de aeración. Además de los canales abiertos, para removerarenisca se utilizan otros tipos de sistemas como desarenador aireado con elflujo helicoidal. El flujo helicoidal esta creado por un difusor de aire instaladoen el sistema. Las partículas orgánicas se mantienen en la solución mientrasque las pesadas partículas de arena y arenisca precipitan en el fondo.

Normalmente el tiempo mínimo de retenci6n de 3-4 minutos y el flujo del aire 0.5-1.0 m3 aire/m3 de volumen del desarenador por hora es suficiente para laseparación de las partículas.

Figura 7. Desarenador de flujo helicoidal en cámara de aire

Este sistema del desarenador se recomienda utilizar en plantas de tratamientograndes. La ventaja de desarenación aireada es el "refrescamiento" de las aguasresiduales lo que permite reducir las posibilidades de formación de olores durante lasiguiente etapa de tratamiento: sedimentaci6n primaria.



- velocidad de la sedimentación (la carga superficial), vs - tiempo de retención hidráulica, t

- concentraci6n de los TSS en el caudalNormalmente para el agua residual domestica la vs debe ser en el rango de 1-2.5m/h, mientras que el tiempo de retención puede oscilar entre 1-2 horas.Como puede ser observado en la Figura 8, la remoción de BOD y TSS sonfuertemente afectados por el grado de contaminación del agua residual.

Figura 8. Remoción de BOD y TSS en por ciento como función del tiempo deretención

El grado de remoción se puede aumentar hasta 65-85% utilizando lacoagulación química y floculación. Al mismo tiempo esto permite reducir elcontenido de fósforos. Cabe mencionar que este grado de remoci6n solo sepuede mantener en las condiciones cuando el caudal de entrada al tanquesedimentador es estable. En la práctica, el viento, cambio de temperaturas delaire, densidad del flujo del agua a tratar reducen la eficiencia de remoción de BODy de los sólidos suspendidos (TSS).

Tiempo, horas

R e m

o c i ó n , %



Surge el gradiente de temperatura

c) flujos de mayor densidad

Figura 9. Las condiciones no-ideales en la circulaci6n de un tanque de precipitación

2.1.3.1 Tipos de tanques para sedimentación primaria

Los tanques de sedimentaci6n pueden ser clasificados en:

• tanques rectangulares y circulares con el fondo piano• tanques de los flujos verticales y horizontales• tanques sedimentadores tipo Imhoff

La mayoría de los tanques tienen el fondo piano y utilizan el flujo horizontalde agua residual, son muy confiables en operación y proporcionan altaremoción de TSS. Esos tanques necesitan un mecanismo para recolectar yevacuar el lodo que se forma en el fondo.

Para los tanques rectangulares generalmente la relaciona L: B es



- relativamente baja demanda del terreno - alta estabilidad del flujo

- posibilidad de construir series de tanques utilizando las paredes comunes.• Hablando de los tanques circulares, son muy susceptibles a lasperturbaciones de las corrientes del viento y cambio de temperatura. A la horade construir varios tanques los elementos de uno no se puede usar para el otro(como las paredes comunes de los tanques rectangulares) y eso encarece laobra, además que se requiere mas área para construcción. El alto de la pareddel tanque circular normalmente es de 2-3 m, solo en el caso de que el nivel de

las aguas subterráneos sea muy alto, la altura del tanque no accede a 1.5-2 m.La pendiente del fondo del tanque en la parte de sedimentaci6n es de 8-10%,mientras que en la parte de la deposición de lodo es de 60°. El diámetro de lostanques circulares llega hasta 20m.

• Los tanques tipo Imhof tienen doble función: sedimentaci6n del materialsuspendido y digestión de las partículas sedimentadas. Esto se debe a que eltanque Imhoff posee dos compartimientos, en el compartimiento superior se dala sedimentaci6n y acumulación de lodos, mientras que en la parte inferiortiene lugar el proceso de digesti6n y almacenamiento de lodo. Los tanquesImhoff fueron desarrollados en Alemania para simplificar el diseño de una plantade tratamiento (en un equipo se dan dos operaciones). La decisión de laconstrucción de un Imhoff en lugar de un tratamiento tradicional donde lasedimentación se realiza separado de la digesti6n, se hace endependencia de las condiciones locales como: costo del terreno, estabilidad

Figura 10. Perfil de un tanque de sedimentación primaria



la actualidad los tanques tipo Imhoff casi no se construyen por las dificultadesque presenta su construcci6n en las áreas donde el suelo no es suficientemente

estable o el nivel freático es alto.

Figura 11. Perfil del tanque Imhoff con tres compartimientos

2.1.3.2 Flotación

Si el proceso de sedimentación no es efectivo para un cierto tipo de agua residual,para eliminar la materia suspendida se puede implementar el método de flotación. Elmétodo de flotación consiste en lo siguiente: las burbujas de agua liberadas bajo

presión en la parte inferior del tanque de flotación suben arrastrando a la superficielos sólidos suspendidos en forma de torta que puede ser eliminada con unmecanismo de escarbador especial. Normalmente este tipo de remoción primariade sólidos suspendidos se utiliza para las aguas residuales de los procesos deproducción de celulosa y papel ya que el proceso de flotación es muy efectivo pararecuperaci6n de los materiales fibrosos antes de desechar el agua al alcantarillado.Otra ventaja que tiene esta operación unitaria es que la unidad es muy compacta.El método de flotación, con diferentes dispositivos también se utiliza para remover las

grasas y aceites en el tratamiento preliminar.

2.2 Tratamiento Secundario (Tratamientos Biológicos)

Los materiales inorgánicos como la arcilla, sedimentos y otros residuos sepueden eliminar por métodos mecánicos y químicos; sin embrago si el material



microorganismos patógenos, evitando así que estos microorganismos lleguen aríos o a otras fuentes de abastecimiento. Específicamente el tratamientobiológico de las aguas residuales es considerado un tratamiento secundario yaque este esta ligado íntimamente a dos procesos microbiológicos, los cualespueden ser aerobios y anaerobios.

El tratamiento secundario de las aguas residuales comprende una serie dereacciones complejas de digestión y fermentación efectuadas por un huésped dediferentes especies bacterianas, el resultado neto es la conversión de materiales

orgánicos en CO2 y gas metano, este ultimo se puede separar y quemar comouna fuente de energía. Debido a que ambos productos finales son volátiles, elefluente líquido ha disminuido notablemente su contenido en sustanciasorgánicas. La eficiencia de un proceso de tratamiento se expresa en términos deporcentaje de disminución de la DBO inicial.

A. Procesos Aeróbicos

En el tratamiento aeróbico de las aguas residuales se incrementa fuertemente elaporte de oxigeno por riego de superficies sólidas, por agitación o agitación yaireación sumergida simultaneas. El crecimiento de los microorganismos y suactividad para degradar crecen proporcionalmente a la tasa de aireación. Lassustancias orgánicas e inorgánicas acompañantes productoras deenturbiamiento son el punto de partida para el desarrollo de colonias mixtas debacterias y hongos de las aguas residuales, los flóculos que, con una intensidadde agitación decreciente, pueden alcanzar un diámetro de unos milímetros

dividiéndose o hundiéndose después. La formación de flóculos se ve posibilitadapor sustancias mucilaginosas extracelulares y también por las microfibrillas de lapared bacteriana que unen las bacterias unas con otras. El 40 – 50% de lassustancias orgánicas disueltas se incorporan a la biomasa bacteriana y el 50 –60% de las mismas se degrada.

La acción depuradora de los microorganismos en un proceso se mide por elporcentaje de disminución de la DBO en las aguas residuales tratadas. Dichadisminución depende de la capacidad de aireación del proceso, del tipo deresiduos y de la carga de contaminantes de las aguas residuales y se expresaasi mismo en unidades de DBO. El numero de bacterias de los fangos activadosasciende a muchos miles de millones por ml, entre ellas aparece regularmente la



fermentativas en ausencia de sustratos oxigenados, de los generos Aeromonas,Enterobacter, Escherichia, Streptococcus y distintas especies de Bacillus. Todaslas bacterias contribuyen con las cápsulas de mucílago y con las microfibrillas alcrecimiento colonial y a la formación de los flóculos.

En las aguas residuales con una composición heterogénea, la microflorase reparte equitativamente entre muchos grupos bacterianos. En la selección debacterias y en la circulación y formación de flóculos juegan un importante papellos numerosos protozoos existentes, la mayoría de ellos ciliados coloniales ypedunculados de los géneros Vorticela, Epystilis y Carchesium, aunque también

puedan nadar libremente como los Colpidium que aparecen a la par de ellos,alimentándose de las bacterias de vida libre que se encuentran tanto sobre lasuperficie como fuera de las colonias. Su función es esencial en la consecuciónde unas aguas claras y bien depuradas. La salida de los fangos activadossintéticos libres de ciliados se ve contaminada y enturbiada por la presencia debacterias aisladas. Se realiza una inoculación de ciliados que crecenrápidamente, favoreciendo con su actividad depredadora el crecimiento y lacirculación de las bacterias de los fangos, con lo que posibilitan un efluente mas

limpio. Además en los fangos activados aparecen regularmente hongod edaficosy levaduras, siendo las mas frecuentes las especies de Geotrichum,Trichosporum, Penicillium, Cladosporium, Alternaria, Candida y Cephalosporium.Tras la depuración biológica, las aguas residuales contienen compuestosorgánicos, fosfatos y nitratos disueltos que solo se degradaran ya lentamente.Los nitratos se forman por oxidación del amonio desprendido en la degradaciónde compuestos orgánicos nitrogenados. Esta es una tarea de las bacteriasNitrificantes, uno de cuyos grupos esta reprensado en las aguas residuales

principalmente por Nitrosomonas y Nitrosospira, que únicamente llevan a cabo lareacción de oxidación del amonio a nitrito para obtener energía metabólica,mientras que un segundo grupo de bacterias, que aparece siempre junto al yacitado y que esta reprensado por Nitrobacter, oxida el nitrito a nitrato y obtieneenergía gracias exclusivamente a este proceso:

Oxidación del amonio:

a. NH4 + ½ O2 → NH2OH + Hb. NH2OH + O2 + 2ADP + 2PO4 → HNO2 + H2O + 2 ATP

Oxidación del nitrito:



convierte en glicolato; Dulaniella los alginatos en glicerol; Nostoc el agar el H 2;Algas como el Volvox, Tabellaria, Anacistis y Anabaena; las algas que obstruyenlos filtros son Anacistis, Chorella, Anabaena y Tabellaria.

2.2.1 Filtros percoladores

Los filtros percoladores usualmente son de forma circular y consiste en un lechodel medio altamente permeable rodeado por una pared. Como material de mediopuede servir roca quebrada, piedras volcánicas e incluso material plástico. Elagua residual pre-sedimentada se vierte uniformemente sobre el lecho del filtro

co la ayuda de los distribuidores rotativos. El agua atraviesa toda la altura delmaterial permeable hasta llegar al fondo perforado donde es recolectada.

Figura 12. Esquema de un filtropercolador

Los filtros percoladores fuerondesarrollados en Inglaterra a finales delsiglo 19. Este tipo de tratamiento llegóa sustituir el método de purificación deagua donde el flujo de agua usada se

regaba sobre el suelo y se le permitíainfiltrar de manera natural. La grandesventaja de este procedimiento eralaalta área especifica del terrenorequerida para tratar las aguas (20-40m2 /EP). Para reducir el área de tierranecesaria para el tratamientocomenzaron a utilizar los filtros de

arena de 0.5 a 1 m de altura. Dos aldía el filtro se cargaba con el agua atratar, de esta manera la demanda delárea se bajo hasta 2-4 m2 /EP.

Mas tarde, para evitar problemas del atascamiento del filtro, arena fuesustituida por otros materiales filtrantes (material de relleno) de mayor tamaño

de medio (de 6 a 8 cm). El aumentar el tamaño de medio trajo otro beneficio:mejor aireación y menor tiempo de retención lo permitía condensar el diseño delfiltro y por lo tanto reducir los costos de diseño. Hoy en día los filtrospercoladores se utilizan ampliamente en Europa, en algunos países deCentroamérica (Salvador). Los nuevos, altamente porosos materiales de rellenopermiten reducir requerimiento de área hasta 0 1-0 2m2/EP sin embargo su



Tabla 4. Ventajas y desventajas de un filtro percolador

Ventajas DesventajasBaja demanda de energía eléctrica No garantiza alta calidad del efluente

(BOD<10)Baja la producción de los lodos Baja remoción de N y P (no cumple con

las normas europeas)Simple en operación El proceso poco flexible, difícil deBajos costos de mantenimiento Existe un potencial riesgo de creación

de fuente para mosquitos, malos olores,

atascamientoBajo costo de inversión Su funcionamiento es seriamente

afectado por la temperaturaLodos son fácilmente deshidratados

2.2.1.1 Procesos que se desarrollan dentro del filtro percolador

A medida que el filtro percolador esta funcionando la superficie del material derelleno se cubre de una película formada por los microorganismos que se adhierenal medio. El agua residual entra en contacto con esta película y materia orgánicabiodegradable se oxida. El proceso de absorción y biodegradación causa elconstante incremento del grosor de la película que finalmente puede provocarlimitaciones de difusión del substrato y/u oxigeno y reduce el crecimiento de lasbacterias. Cuando los microorganismos no tienen suficiente "alimentación" (BOD) y

oxigeno su actividad se reduce según la ley de Monod.Como consecuencia de las limitaciones del oxigeno se inician los procesos

anaerobios. Los microorganismos anaerobios comienzan la producción degases (CH4, N2) !os cuales provocan parcial destrucción de la películamicrobiana (despegándola del medio poroso), ocasionando la reducci6n de laeficiencia de purificaci6n, además surge formación de desagradables olores yposible atascamiento del filtro dificultando su operación.

En condiciones normales de operación de filtro debe existir control sobre elaumento del grosor de la capa microbiana. Eso se logra por medio de regulacióndel régimen de la carga superficial que se proporciona al filtro. El fenómeno de laperdida de una parte de la capa microbiana se llama "lavado" del filtro. Mientrasmas alta es la carga orgánica del agua a tratar en el filtro más rápido es el



• Los filtros de baja carga superficial. Este tipo de filtros no emplea larecirculación, operan con las aguas de bajas cargas orgánicas, la carga

hidráulica oscila entre 0.05-0.3 m/h.• Los filtros de alta carga superficial. Este tipo de filtros necesita la

recirculación del efluente, operan con las aguas residuales de alias cargasorgánicas, requieren de alias cargas superficiales para evitar el atascamiento delos filtros. La carga hidráulica típica para estos filtros es de 0.6-2.0 m/h.

La carga volumétrica (1), la carga superficial (2) y la hidráulica (3) son tres

principales parámetros de diseño de los filtros percoladores, por lo tanto esimportante detallar estos términos.

1. Carga volumetrica, Lv:

Lv = (Q m3 /dia (BOD mg/l) 10-3) /Vfiltro m3 (kg/m3día)

Carga de materia orgánica (kg de BOD/día) = F

2 Carga superficial (u orgánica) del filtro, OSLR:

OSLR = F kg BOD/dia / (1 000 • Abiofilm m2) ( g/m2 .dia)

3. Carga hidráulica, HSLR

HSLR = (Q afiuente+ Q reciciadom3 /día) / Aiiter

.24 horas (m/h)

2.2.1.2 Diseño de filtros percoladores

La mayoría de las ecuaciones para el diseño de los filtros percoladores sebasa en la evaluación estadística del funcionamiento práctico de los filtros.

En Estados Unidos, después de analizar los datos operacionales y defuncionamiento de muchos filtros percoladores, el Consejo Nacional de



F D Af

La

E

⋅⋅

+

=

1

100(1)

Donde

E - eficiencia de remoción de BODL - carga de BOD, kg/ diaAf- Área del filtro, m2

D - Profundidad del filtro, ma - factor característico del filtro que depende de la temperatura, delnivel de contaminación del agua a tratar y del tipo de material filtrante(Aespecífica de piedra volcánica es igual a 50-60 m2 /m3).F - factor que se introduce cuando el agua en filtro se recircula

2)1.01(

1

R

RF

+

+= , donde R es el número de reciclajes (2)

Si R = 0 (no hay recirculación), F = 1R=1, F=1.65R =2, F = 2.08

Aumentando la recirculación del agua a tratar en el filtro percolador, la explosión

del agua a la acción de la película biológica aumenta y, por lo tanto la eficienciade remoción de la BOD aumenta. Sin embargo, remoción de BOD aumentara enuna menor proporción que lo hace R debido a que:

1) Mientras mayor es R la carga superficial (OSLR) del filtro aumentaray como consecuencia, el tiempo de retención de una "ronda" por elfiltro se reducirá desminuyendo la eficiencia de la remoción

2) En la primera "ronda" por el filtro se degradará la materia orgánicafácilmente degradable, la materia que degrada con mas dificultad sequeda en el agua, su cantidad va a crecer proporcionalmente a larecirculación, disminuyendo la velocidad de biodegradación y laeficiencia de remoción de BOD como consecuencia.



Temperaturadel afluente

100 mg BOD/l 150 mgBOD/l

200 mgBOD/l

12°C 0.50 0.46 0.4216°C 0.44 0.40 0.3620°C 0.38 0.34 0.30

Para los filtros de baja carga superficial, donde R = 0 y F - 1 la ecuación de NRCpuede simplificarse de la siguiente manera:

)1(

100

Lva E +

=

, debido a que D Af L Lv⋅

=

(3)

Tabla 6. Eficiencia de remoción de BOD en los filtros percoladores asumiendoa=0.44, Aespec. = 60 m2 /m3

Lv OSLR,Carga

superficial

Remoción de BOBsegún NRC, %

g/m3.d gBOD/m2.d R=0 R=l100 1.5-2 88 90300 5 31 84750 12.5 72 771000 15 69 74

En las ecuaciones empíricas Schulze y Eckenfelder asumen que el proceso dedegradación de BOD es de primer orden y el flujo es de tipo pistón y describenel tiempo de contacto entre agua residual y película bacteriana como:

n HSLR

Dat

)(= , donde (4)

t - tiempo de contacto en el filtro, hD - profundidad (altura) del filtro, mHSLR - carga superficial, m3 /m2 /da - constante empírican - constante del filtro (los valores se encuentran en el rango de0.4 a 0.8)



En calidad de ejemplo, a continuación están presentados los datos utilizadospara diseñar un filtro percolador para el tratamiento de agua residual municipala temperatura 10-20°C.

Tabla 7. Datos de diseño y funcionamiento de un filtro percolador paratratamiento de agua residual municipal en condiciones climáticasmoderadas

Características Tipo del filtro percoladorCarga baja Carga alta

Medio filtrante Piedra volcánica, Piedra volcánica, Piezas plásticas

piedra bolon piedra bolonÁrea especifica m2/m3 45-90 45-90 120-200Carga hidráulica, m/h <0.3 <1,5 >2Carga de BOD, kg/m3.dia, 0.1-0.3 0.3-1.5 0.5-3.0Profundidad del filtro, m 1-3 2-3 2-10Recirculaci6n (cantidad deveces), R 0-1 1-4 1-4Presencia de moscas si a veces noBOD en el efluente, mg/L <25 >30 >30Remoción de BOD, % 80-90 50-70 65-80Nitrificación,% 60-80 0-50 0-25TSS en el efluente, mg/L <25 >30 30

2.2.1.3 Aspectos adicionales para el diseño de filtro percolador

Ventilación

Los filtros percoladores no necesitan la aireaci6n artificial. El movimiento naturaldel aire a través del filtro crea suficiente ventilaci6n. La fuerza que mueve el aireen el filtro es la diferencia entre la temperatura del mismo y la del agua a tratar.Si la temperatura del agua residual es mas alta que la temperatura del ambiente(como se mas baja que la temperatura del ambiente (situación común de lospaíses tropicales y en los países fríos a la época del verano); y la ventilación seda en la dirección de arriba para abajo.

La ecuación empírica que describe el movimiento natural del aire en el filtro



La cantidad del oxigeno presente en 1m3 de aire en condiciones estándar(t=0°C y P = 1bar) es normalmente igual a 0.30 kg. Asumiendo que a latemperatura de 20°C el aire contiene ≈ 0.28 kg O

2 /m3; el oxigeno transferido

puede ser encontrado por medio de la formula de arriba (Koot, 1980):

O2 transferido = 0.28.107[Tar-Taire - 2] = 30. [Tar -Taire - 2] (6)

La ventilación forzada (artificial) puede ser necesaria solamente en casos detratamiento de agua industrial con extremada carga orgánica. La capacidad dediseño del sistema de ventilación por lo general se basa en 20 m3 de

aire/m2.dia. En Europa la ventilación artificial en los filtros percoladores seimplementa solamente cuando como medio filtrante se usa plástico con altaárea especifica, cuando la carga volumétrica es alta y cuando la altura del filtroexcede 5 m.

Medio filtrante

El material de relleno (medio filtrante) se caracteriza por el área especifica(mientras mayor es el área, mayor es la eficiencia de la remoción de BOD delfiltro), así como por la porosidad (espacios vacíos entre las unidades delmaterial). El área específica del material filtrante depende de la forma y laporosidad es determinada por la uniformidad en el tamaño de las partículasdel lecho. De esa manera, las piedras volcánicas, grava, piedras bolón queposeen una forma irregular proporcionan un funcionamiento satisfactorio de losfiltros percoladores. Las estructuras de matrices plásticos, desarrollados

recientemente, para ser utilizados como material filtrante demuestran una altaeficiencia en la remoci6n de BOD incluso para el tratamiento de aguafuertemente contaminada.



2.2.2 Lodos activados

Cerca de los 1880 en Inglaterra fue observado que la aireaci6n artificial de aguadomestica reducía considerablemente los malos olores, además se producía unacantidad adicional de los sólidos suspendidos que parecía que participaban en e!proceso de biodegradaci6n. Este fenómeno llevó al desarrollo de los mas usadoshoy en día sistemas de tratamiento de aguas residuales: sistemas de lodosactivados en los cuales el agua residual es intensivamente mezclada con eloxigeno y microorganismos con el objetivo de acelerar el proceso debiodegradaci6n de materia orgánica con el propósito de purificar el agua usada

antes de verter la en un receptor de agua natural.

Actualmente el sistema de lodos activados es la tecnología compacta másaplicada en el mundo debido a su gran flexibilidad operacional y alto rendimientoen cuanto a eficiencia de remoción de los contaminantes se refiere. Un operadorde la planta puede ajustar las condiciones del proceso de tal manera que laplanta va a cultivar y acumular las poblaciones de los microorganismos quemejor degraden los contaminantes específicos.

El pase de burbujas de aire a través de las aguas de desecho coagula loscoloides y la grasa, satisface parte de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO),y reduce un poco el nitrógeno amoniacal. La aireación también puede impedirque las aguas de desecho se vuelvan sépticas en uno de los tanquessubsiguientes de sedimentación. Pero si las aguas de desecho se mezclan conlodo previamente aireado y luego se vuelve a airear, como se hace con losmétodos de tratamiento de aguas de desecho utilizando lodo activado, laefectividad de la aireación se mejora mucho. La reducción de la DBO y sólidosen suspensión en el proceso convencional del lodo activado que incluye pre-decantación y sedimentación final, puede variar desde 80 a 95% y la reducciónde las bacterias coliformes de 90 a 95%. Además, el costo de construcción deuna planta de lodo activado puede ser competitivo con otros tipos de plantas detratamiento que producen resultados comparables. Sin embargo, los costosunitarios de operación son relativamente altos.

El método del lodo activado es un tratamiento biológico secundario queemplea la oxidación para descomponer y estabilizar la materia putrescible quequeda después de los tratamientos primarios. Otros métodos de oxidaciónincluyen la filtración, estanques de oxidación, y la irrigación. Estos métodos deoxidación ponen a la materia orgánica de las aguas de desecho en contacto



producir energía. En otras palabras, se necesitan 0.5 kg de 02 por cada kg deBOD biodegradable. Energía producida vía asimilación se utiliza para la síntesisde biomasa. La demanda de oxigeno para el proceso de asimilación es menosde 10% de aquella que se requiere para la disimilación y por este motivo es casisiempre ignorada en los cálculos de consumo de oxigeno en las plantas detratamiento.

Oxidación (disimilación):(COHN)x + O2 + Bacterias → CO2 + H2O +NH3 +Energía

Síntesis (asimilación):(COHN)x + O2 + Bacterias+Energía → C5H7O2N (biomasa)

2. Autodigestión

Este tipo de respiración microbiana surge cuando la planta esta operando conlos lodos de mayor edad. Una parte de biomasa se puede degradar y servircomo substrato para el resto de los microorganismos activos. La parte positiva

de este proceso es que la producción del lodo se reduce, pero a costa de extrademanda del oxigeno lo que encarece el proceso.

3. Nitrificación y desnitrificación

El proceso de nitrificación es realizado por medio de los microorganismosestrictamente aeróbicos, Nitrosomonas y Nitrobacter, que convierten ion amonio anitratos por completo. La ecuación bioquímica simplificada de este proceso puede

ser representada de la siguiente manera:

NH4+ + 3O2 + Notrosomonas → 2NO2

-+2H2O +4H+ + Energía

2NO2-+ O2 → 2NO3

- + Energía

Es evidente de la ecuación que el proceso de la nitrificación demandauna adicional y sustancial cantidad del oxigeno; se requiere aproximadamente4.56 g de 02 para satisfacer la demanda de 1g N-NH4. Una segunda partenegativa de la nitrificación, es la liberación del ion de hidrogeno, cual puedeafectar el pH y desestabilizar el proceso en el reactor. Se sabe que losmicroorganismos nitrificadores tienen muy bajo crecimiento específicocomparando con los microorganismos heterotróficos, eso significa que ellos



proceso descrito arriba, además de las condiciones atóxicas debe haber unafuente del carbono biodegradable. Con metanol, como fuente de carbono, lareacción simplificada se puede expresar de la siguiente manera:

0.83 CH3OH + NO3- → 0.5 N2 +0.83 CO2 +1.17 H2O +OH-

En una planta convencional de lodo activado, las aguas de desecho queentran pasan primero por un tanque de sedimentación primaria. Se añade lodoactivado al efluente del tanque, generalmente en la relación de 1 parte de lodo por 3 o 4 partes de aguas negras decantadas , en volumen, y la mezcla pasa a

un tanque de aireación. En el tanque, el aire atmosférico se mezcla por el líquidopor agitación mecánica o se difunde aire comprimido dentro del fluido mediantediversos dispositivos; placas filtrantes, tubos de filtro, eyectores y chorros. Concualquiera de los métodos, se pone a las aguas negras en íntimo contacto conlos microorganismos contenidos en el lodo. En los primeros 15 a 45 minutos, ellodo absorbe los sólidos en suspensión y los coloides. Según se absorbe lamateria orgánica, tiene lugar la oxidación biológica. Los organismos presentesen el lodo descomponen los compuestos de nitrógeno orgánico y destruyen los

carbohidratos. El proceso avanza rápidamente al principio y luego decaegradualmente en las próximas 2 a 5 horas. Después continúa con un ritmo casiuniforme durante varias horas. En general el periodo de aireación dura de 6 a 8horas más.

El efluente del tanque de aireación pasa a un tanque de sedimentaciónsecundaria, donde se retiene el fluido, en general de 1 1/2 a dos horas paradecantar el lodo. El efluente de este tanque está completamente tratado, y

después de la floración puede descargarse sin peligro.

Cerca de un 25 a 35% del lodo del tanque de sedimentación final seregresa para la recirculación con las aguas negras de entrada. No deberetenerse el lodo en el tanque. Es necesaria la remoción parcial (a intervalos demenos de 1 hora) o la remoción continúa para evitar la desaireación.

Las cantidades de rebose para la sedimentación final van, normalmente,desde unos 800 galones por pie cuadrado por día, para las plantas pequeñas,hasta 1 000 para plantas con capacidades mayores de 2 millones de galones pordía. Es preferible que las cargas sobre el vertedero no excedan de 10 000galones por pie lineal por día. Cuando el volumen requerido de tanquesobrepase los 2 500 pies son convenientes tanques múltiples de sedimentación



placas porosas a lo largo de toda su longitud. El aire establece un movimientoespiral dentro del líquido según fluye por los tanques. Esta agitación reduce losrequisitos de aire. El ancho del canal va de los 15 a los 30 pies. La profundidad

es de unos 15 pies.

El oxígeno disuelto debe mantenerse a una concentración de 2 partes pormillón (miligramos por litro) o más. Los requisitos de aire varían normalmente de0.2 a 1.5 pies cúbicos por galón de aguas tratadas. La mayoría de lasautoridades estatales requieren el uso de un mínimo de 1 000 pies cúbicos deaire por libra de la DBO aplicada por día.

La aireación mecánica puede efectuarse en tanques cuadrados,rectangulares o circulares, según sea el mecanismo empleado para la agitación.En algunas plantas, el fluido puede hacerse subir por tubos verticales ydescargarlo en láminas, mientras en la parte superior o el líquido puede hacersebajar por tubos aspirantes, mientras el aire burbujea a través del fluido. Enambos métodos, la agitación en la superficie producida por el movimiento dellíquido, aumenta la aireación. Los periodos de detención son, generalmente,

más largos, 8 horas o más, que para los tanques con difusión de aire.

2.2.2.1 Parámetros de diseño para el reactor de lodos activados

La planta de tratamiento de lodos activados se puede diseñar con base enlos siguientes parámetros:

1. Carga Volumétrica = Qafluentem3 /día / V reactor m3 (día-1)

2. Tiempo de Retención = V reactor m3 / Q afluente m3 /día (horas)

Generalmente, las plantas convencionales de lodos activados requieren de 5-14horas tiempo de retención para garantizar la calidad del afluente (BOD<10 mg/l).

3. Carga Orgánica = Q m3 /día. kg BOD /m3 /Vreactorm3 (kg BOD /m3.día)

En las plantas convencionales de lodos activados la carga orgánica oscila entre0.4 - 1.2 kg BOD/m3.día.

4. Relación F/M ó Carga de lodo



Relación F/M cs el parámetro mas importante que se utiliza a la hora de diseñaruna planta de tratamiento de lodos activados. En primer lugar, porque es el únicofactor sobre cual el operador tiene un complete control, y en segundo lugar

porque esta muy relacionado con la eficiencia de la remoción de loscompuestos orgánicos en el tratamiento. Está definido como la carga diaria deBOD (F) que entra al área de aireación dividido sobre la cantidad de biomasa(M) presente en el tanque.

Para el buen funcionamiento de los reactores de lodos activados es muyimportante contar con una eficiente aireación.

2.2.2.2 Tipos de aireación

Los sistemas de aireación que se emplean en las plantas de tratamiento delodos activados básicamente se pueden dividir en 3 grupos:

1. Aireación por os difusi6n2. Aireación mecánica o superficial

3. Aireación por inyección

La selección del sistema de aireación depende de muchos factores: Laprofundidad del tanque de aireaci6n, necesidad de un diseño de plantacompacta, capacidad de la planta de tratamiento. En general, los sistemasmecánicos y de inyección se recomiendan para las plantas de pequeñacapacidad, mientras que la aireación con difusores es aplicada en las plantasde mayor capacidad.

• En la aireación por difusión el aire (oxigeno) se pone en contacto con el aguapor medio de las bombas de presión. El aire se libera en el seno del liquido enforma de burbujas de diferente tamaño. La eficiencia de la transferencia deloxigeno esta determinada por el tamaño de las burbujas, la cantidad del aireintroducido y la profundidad a la que esta sumergido el difusor en el reactor. Losdifusores tienen forma de platos, discos o tubos y se hacen de materiales muy

porosos como cerámica especial, plástico flexible, membranas de resinas. Losdifusores se ubican en el fondo de los reactores. La transferencia del oxigenooscila entre 10-15 g O2 /m3.

• Los aireadores mecánicos o superficiales airean y mezclan el agua por mediode platos rotatorios que están ligéramele sumergidos al agua Existen dos



Los principales problemas en la operación de las plantas de lodoactivado están relacionados con la inadecuada separación del lodo en eltanque de sedimentación secundaria. El problema cuando el lodo que se forma

no es completamente granular sino disperso, poroso, liviano lo que dificulta suseparación del licor clarificado. También el proceso de desnitrificación afectanegativamente la sedimentación del lodo ya que las burbujas del N2 seadhieren a los flóculos del lodo y lo hacen flotar.

Se usan diversas modificaciones para el método de lodo activado, paramejorar el funcionamiento o disminuir los costos. Entre éstos se incluyen laaireación modificada, activada, en punta y por pasos o fases, entre otros.

La aireación modificada disminuye el periodo de aireación a tres horas omenos, y mantienen el lodo retornado a una baja proporción. Los resultados sonintermedios entre la sedimentación primaria y un tratamiento secundariocompleto.

En la aireación activada , los tanques de aireación se colocan enparalelo. El lodo activado, procedente de un tanque de sedimentación final o

grupo de dichos tanques, se añade al afluente de los tanques de aireación. Elresto del lodo se concentra y se quita. Los resultados son mejores que con laaireación modificada y con menos aire.

La aireación en punta difiere de la aireación normal en que los difusoresde aire no están uniformemente espaciados. En su lugar, se colocan másdifusores cerca del extremo de entrada de los tanques de aireación que cerca dela salida. La teoría pretende qué la demanda de oxígeno es mayor cerca de laentrada y, por tanto, la eficiencia del tratamiento debe mejorar si se suministra

allí más aire. Sin embargo, los resultados dependen del grado de mezcladolongitudinal, proporción del retorno de lodo y las características de la materiarecirculada, por ejemplo, el contenido de aire del lodo o del licor mezclado.

En la aireación por pasos o fases se añaden las aguas negras encuatro o más sitios del tanque de aireación. Cada incremento reacciona con ellodo que ya se encuentra en el tanque. Por consiguiente, los requisitos de airecasi son uniformes en todo el tanque. La aireación por mezcla completa obtiene mejores resultados dispersando el afluente del agua de desecho tan

uniformemente como sea posible, a lo largo de la longitud total del tanque deaireación, de manera que se produzca una demanda uniforme de oxígeno a todolo largo. La aireación extendida es similar, pero el agua de desecho se aéreapor 24 h en vez de las 6 a 8 h convencionales.



El modo mas usual de operar de una instalación de tratamiento anaeróbicode fango concentrado es la utilización de un reactor de mezcla completa ymínima recirculación celular cuyo objeto es el calentamiento contenido en el

tanque. El tiempo de detención del líquido del reactor oscila entre los 10 y 30días, incluso más, según opere el sistema.

Los microorganismos causantes de la descomposición de la materia se dividenen dos grupos:

• Bacterias formadoras de ácidos, estas hidrolizan y fermentancompuestos orgánicos complejos a ácidos simples, de los cuales los mascorrientes son el ácido acético y el ácido propiónico.

• Bacterias formadoras de metano, estas convierten los ácidos formadospor las bacterias del primer grupo en gas Metano y CO2.

Las bacterias más importantes de este grupo (las que devoran los ácidosAcético y propiónico) tienen tasas de crecimiento muy lentas y por ello sumetabolismo se considera una limitante de proceso.

Tabla 8 Condiciones optimas para el tratamiento anaerobio

Parámetros Intervalos/especiesTemperatura optima, ºC

Mesofilico

Termofilico

29-39

49-57Nutrientes biológicos Nitrógeno y fósforopH 6.6-7.6

Para el tratamiento de aguas residuales muy cargadas de materia orgánica,cada vez mas popular es el uso de los reactores UASB.

Los reactores UASB (del inglés Upflow Anaerobic Sludge Blanket ) son un tipo debioreactor tubular que operan en régimen continuo y en flujo ascendente, esdecir, el afluente entra por la parte inferior del reactor, atraviesa todo el perfillongitudinal, y sale por la parte superior. Son reactores anaerobios en los que losmicroorganismos se agrupan formando bio-gránulos.



Figura 14. Esquema y fotografía de un reactor UASB

El fango granular constituye el corazón de la tecnología UASB. Un fangogranular es un agregado de microorganismos formados durante el tratamiento

de agua residual en un medio en el que exista un régimen hidráulico constantede flujo ascendente. En ausencia de algún tipo de soporte, las condiciones deltipo de flujo crea un ambiente selectivo en el cual sólo esos organismos capacesde anclarse a lo otros, sobrevive y prolifera. La configuración de los agregadosdentro de la bio-película densa y compacta es a lo que se denomina gránulo.Debido a su gran tamaño de partícula (generalmente en el rango de 0.5 a 2 mmde diámetro), los gránulos resisten el lavado del sistema de reacción,permitiendo cargas hidráulicas elevadas. Además, las biopelículas son

compactas, permitiendo elevadas concentraciones de microorganismos activos yde este modo poder tratar elevadas cargas volumétricas en los reactores UASB.Un gramo de fango granular (peso seco) puede catalizar la conversión de 0.5 a 1g de DQO al día. La composición del gránulo está estratificada. En el centro selocalizan los agregados de Methanosaeta (principalmente), y otros organismosmetanógenos, como Methanothrix y Methanosarcina . En la siguiente capa estánlocalizados organismos productores y consumidores de hidrógeno, en unaasociación simbiótica. En la capa superficial se localizan los organismos querealizan las primeras etapas de degradación anaerobia, como los acidógenos yotros organimos consumidores de hidrógeno. Esta estructura está condicionadapor la presión parcial de hidrógeno, en un delicado equilibrio que sólo es posiblebajo condiciones determinadas.



mayores eficiencias mediante el acople de pre- y/o postratamientos adecuadosque aumente el tiempo medio de residencia celular, la composición y laresistencia frente a tóxicos del fango.

La tecnología de alta carga se basa en el crecimiento del fango granular y en elseparador de tres fases (biogás-líquido-sólido), ha tenido un gran éxito comercialcon un gran número de instalaciones en el mundo.

La industria alimentaria mundial es un usuario activo de esta tecnología detratamiento anaerobio. Aunque también se ha implantado en industrias como lacervecera, destilería, plantas de procesado de la patata, la industria del papel yla celulosa, industria textil, química y farmacéutica.

2.2.3 Tratamiento en Lagunas

El uso de lagunas de estabilización comenzó a introducirse al final de la década delos anos cincuenta en los países de America Latina y el Caribe. En las primeras

instalaciones a que hace referencia la literatura se encuentra la laguna de Canas,Guanacaste - Costa Rica (construida en 1958) y las lagunas de Chipre - Panamá.

En la década de los anos 70, el Banco Mundial evidencia su preocupación sobreaspectos de salud por el manejo de excretas y lodos de sistemas individuales desaneamiento. Paralelamente el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria yCiencias del Ambiente (CEPIS), realiza en el Perú uno de los trabajos pioneros en ladeterminación de parasites en aguas residuales. Mas tarde la Organización

Mundial de la Salud, reconociendo la importancia de actualizar criterios sobre elreuso de efluentes, conduce una serie de investigaciones y reuniones de expertosque finalmente terminan en la publicación de las nuevas "Guías de salud para eluso de Aguas Residuales en la Agricultura y Acuicultura".

2.2.3.1 Nomenclatura

Lagunas de estabilización: Describe estanques construidos de tierra, deprofundidad reducida (< 5.0 m), diseñados para el tratamiento de aguasresiduales por medio de la interacción de la biomasa (algas, bacterias,protozoarios, etc.), la materia orgánica de desecho y otros procesos naturales(submodelos hidráulicos y factores físicos, químicos y meteorológicos). La finalidadd t t fl t d t í ti últi l t bl id



Lagunas de oxidación: Termino aplicado en el pasado para implicar la oxidaciónde la materia orgánica con el oxigeno producido por las algas a través de lafotosíntesis.

Por otro lado, existen varias formas de clasificar las lagunas de estabilización:

a) De acuerdo con el contenido de oxigeno, pueden ser: anaerobia, aerobias y facultativas. Si el oxigeno es suministrado artificialmente con aeraciónmecánica o aire comprimido se denominan lagunas aireadas.

b) De acuerdo al lugar que ocupan, con relación a otros procesos, laslagunas pueden clasificarse como primarias o de aguas residualescrudas, secundarias si reciben afluentes de otros procesos de tratamientoy, de maduración si su propósito fundamental es reducir el numero demicroorganismos indicadores.

c) De acuerdo con la secuencia de las unidades, pueden clasificarse enlagunas en serie o en paralelo, pudiendo encontrarse combinaciones de

varios tipos. El número de unidades en serie tiene relación primordial con latopografía del terreno y en menor grado con el nivel de calidad requerido en elefluente del sistema. En cambio, el número de lagunas en paralelo tienerelación con otros factores como las etapas de implementación de lasunidades, la topografía del terreno y las condiciones de operación ymantenimiento de la estación.

d) De acuerdo a las condiciones de descarga, la laguna de descargacontinua, lagunas de retención completa y lagunas de regulación ydescarga controlada. Las unidades de retención completa, llamadas tanbienlagunas terminales, no tienen efluente y el líquido se dispone a través depercolación y evaporación. Las lagunas de descarga controlada sonconocidas también como de flujo intermitente, de regulación o dealmacenamiento. Las lagunas de regulación, son las ultimas unidades demas serie y su función básica esta de almacenar el agua residual tratada

antes del reuso agrícola.

e) De acuerdo con la función específica pueden clasificarse en: lagunas para lareducción de compuestos orgánicos, lagunas para la reducción deorganismos patógenos y lagunas para criterios múltiples de calidad del



aparente.

• Lagunas airadas facultativas, son frecuentes en climas calidos y

consiste en un estanque con aeración y una densidad de energíamas baja que la anterior para mantener la biomasa ensuspensión parcial. En este tipo de unidad, la producción deoxigeno por fotosíntesis juega un papel muy reducido y todo eloxigeno necesario es abastecido por los aireadores.

• Lagunas facultativa con agitación mecánica, es un estanque del

tipo facultativo en el que se ha instalado un mecanismo demezcla con una baja densidad de energía. En esta situación eloxigeno necesario para la estabilización de la materiaorgánica es abastecido vía fotosíntesis.

• Laguna de estabilización airada, en la cual la oxigenación esprincipalmente via fotosíntesis, suplementada con difusión de airecomprimido desde el fondo, a través de tuberías y difusores de

varios tipos. Como las tuberías de conducción del aire estáncolocadas en el fondo, no es recomendable permitir laacumulación de lodo, por lo cual se diseñan con cargas bajas, lasque las hacen no atractivas para países en desarrollo.

2.2.3.2 Lagunas Anaerobias

Son estanques con profundidades de 2.5 a 5.0 m; reciben cargas orgánicaselevadas, se encuentra ausencia de oxigeno en todos sus niveles. En estascondiciones las lagunas actuaran como un digestor anaeróbico abierto sinmezcla y debido a las altas cargas orgánicas que soportan, el efluente contieneun alto porcentaje de materia orgánica y requiere de otro proceso complementariode tratamiento.

Estas unidades son utilizadas preferentemente para el tratamiento de desechosindustriales o desechos domésticos con un elevado aporte industrial. En estesentido, una de las grandes ventajas de las lagunas anaerobias es reducir lasconcentraciones de compuestos tóxicos o inhibidores presentes.



Etapa 1: Fermentacion Acida

Lodo crudo + Microorganismos A → Productos

intermedios dedegradación

+ nuevos

microorganismos A

ComplejosorgánicosSubstratosCarbohidratosGrasasProteínas

Formadores deacidosSaproficosFacultativos

Orgánicos simplesAcidos orgánicosCO2, H2O

Otros productosintermedios

Etapa 2: Fermentacion de Metano

Productos +intermedios dedegradacion

Microorganismos B → Productosfinales y gas

+ nuevosmicroorganismos B

Orgánicos simplesAcidos orgánicosCO2, H2O

Formadores demetanoAnaerobiosobligatorios

CH4, CO2, H2S,H2O, otrosproductos dedegradacián

Otros productosfinales

Si bien ambas fases están sucediéndose simultáneamente, la primera etapa de

fermentación acida es llevada a cabo por organismos formadores de ácidos queatacan las sustancias orgánicas y las transforman en compuestos orgánicos massimples y ácidos orgánicos. La segunda etapa es llevada a cabo por un grupo deorganismos estrictamente anaerobios que utilizan los productos intermedios de laetapa anterior para producir gases como el metano (CH4), dióxido de carbono (CO2)y otros productos de degradación.

De los dos grupos de microorganismos descritos, los formadores de metano sonmuy sensibles a condiciones ambientales como variaciones de carga, pH ytemperatura y la eficiencia del proceso depende de su desarrollo, el mismo queocurre en poblaciones reducidas debido a que pierden gran cantidad de energía enla producción de metano.



• Bajo costo, en razón de su reducido requisito de área.• Son atractivas para el tratamiento de desechos de altas concentraciones.

• Han sido empleadas con éxito en el tratamiento de una variedad de desechosindustriales biodegradables.

Los aspectos desfavorables son:

• El proceso es muy sensible a factores ambientales y operativos como:temperatura, variaciones bruscas de carga y pH, lo cual puede producir

periodos de baja eficiencia con un efluentes de calidad pobre.• La normal acumulación de natas presenta un aspecto poco agradable y

condiciones estéticas desfavorables, lo cual normalmente incide en elmantenimiento.

• El efluente del proceso tiene un alto contenido de materia orgánica y calor, loque hace necesario una siguiente fase de tratamiento.

• La tasa de mortalidad bacteriana es muy reducida en comparación con otrasopciones.

• Los malos olores ocasionales y sobre todo en los primeros años de operación.

• Rápida acumulación de sólidos, requiriendo una limpieza de lodos mas

frecuentes.Elementos de diseño de lagunas anaerobias

El diseño anaerobias esta todavía en desarrollo. Los principales parámetrosusados en el dimensionamiento son:

• Carga superficial

• Carga volumétrica• Profundidad• Eficiencia• Acumulación de sólidos.



La profundidad recomendada en la mayoría de los casos esta entre 2.5 y 5.0m

Las eficiencias están en función del periodo de retención (según masa) son:

TRd

% ReductionDBO5

1 502.5 605 70

Otro criterio recomendado es el de intervalos de temperaturas, periodos deretención y eficiencia.

Temperatura (°C)

TR (d) DBO5> (%)

10-15 4-5 30-40 '15-20 2-3 40-5020-25 1-2 50-6025-30 1-2 60-80

Los sólidos se acumulan principalmente en las unidades primarias y requierende limpieza después de un cierto periodo de operación. El lodo sedimentadosufre una degradación anaerobia reduciendo los sólidos volátiles en unaproporción de por lo menos el 50% y además es sometido a un proceso deespaciamiento. La tasa de acumulación de lodo en el fondo de una lagunaanaerobia esta en el intervalo de 0.08 - 0.113 l/Hab.día y para propósitosde diseño se puede tomar el limite superior que equivale a 40 m3 /Hab.año.

La profundidad es por lo general suficiente de manera que no es necesarioconsiderar, una profundidad adicional para la acumulación de lodos. En la

práctica se considera conveniente efectuar una limpieza cuando la altura delodos alcanza la mitad de la profundidad. En cases en los cuales se observeque hay una acumulación visible de material de fondo cerca de la entrada dela laguna, se podrá disminuir el periodo entre limpiezas. En número de años deoperación entre dos limpiezas consecutivas puede calcularse mediante la



2.2.3.3 Lagunas Aerobias

Son conocidas también como fotosintéticas, son estanques de profundidad

reducida (0.3 -0.45 m), lo cual permite la penetración de luz hasta el fondo ydiseñados para una máxima producción de algas con cortos períodos deretención. En estas lagunas se mantienen condiciones aerobias a todo nivel ytiempo y la reducción de materia orgánica es efectuada por la acción deorganismos aerobios.

En estas lagunas el oxigeno se suministra por aireación natural a través de la

superficie y por fotosíntesis de las algas, comunidad biológica presente en losestanques de estabilización es similar a la existente en los sistemas de fangosactivados. El oxigeno liberado por las algas en el proceso de fotosíntesis esutilizado por las bacterias en la degradación aerobia de la materia orgánica.

Los nutrientes y el dióxido de carbono liberado en este proceso dedegradación los emplean, a su vez, las algas. Esta relación ciclo-simbiótica seilustra en la figura 15.

Figura 15. Ciclo simbiótico de algas y bacterias en una laguna aeróbica

También se presentan animales superiores tales como los rotíferos yprotozoos, cuya principal función consiste en la mejora del efluente. El grupoespecifico de algas, animales o especies bacterianas presentes en cualquier zona

de un estanque aerobio depende de factores tales como la carga orgánica, el gradede mezclas, pH, los nutrientes, la luz solar y la temperatura. Para el proceso dediseño ver la página 53-54.

2 2 3 4 L F lt ti

Nuevasalgas

Materia

orgánica Bacterias



lagunas puede ser, como laguna primaria única o como una unidad secundariadespués de lagunas anaeróbias o airadas.

Estos son estanques con profundidad entre 1.5 - 2.5 m y su contenido de oxigenovaria de acuerdo a la profundidad y la hora del día.

El mecanismo característico de las lagunas facultativas ocurre en el estratosuperior y corresponde a una simbiosis o comensalismo de bacterias aerobias yalgas. Las bacterias heterotróficas descomponen la materia orgánicaproduciendo compuestos inorgánicos solubles y dióxido de carbono. La cantidad

de oxigeno requerido para esta degradación es suministrada principalmente por elproceso de fotosíntesis. Un esquema simplificado de esta simbiosis entre algas ybacterias esta indicado en la figura 16.

Figura 16. Simbiosis entre algas y bacterias en una laguna facultativa

En un estanque facultativo existen tres zonas:



3. Una zona intermedia, que es parcialmente aerobia y anaerobia, enla que descomposición de los residuos orgánicos la llevan a cabo lasbacterias facultativas.

Los estanques facultativos, se alimentan con agua residual procedente de unproceso previo de desbaste o con el efluente de un tratamiento primario. Lossólidos de gran tamaño sedimentan para formar una capa de fango anaerobio.Los materiales orgánicos sólidos y coloidales se oxidan por la acción de lasbacterias aerobias y facultativas empleando el oxigeno generado por lasabundantes algas presentes cerca de la superficie.

El dióxido de carbono, que se produce en el proceso de oxidación orgánica, sirvecomo fuente de carbono para las algas. La descomposición anaerobia de lossólidos de la capa de fango comparte la producción de compuestos orgánicosdisueltos y de gases tales como el CO2, el H2S y el CH4, que o bien se oxidan porlas bacterias aerobias, o se liberan a la atmosfera. En la practica, la presencia deoxigeno en la capa superior se consigue por las algas.

Elementos de diseño de lagunas facultativas

Algunos de los criterios generales utilizados para el dimensionamiento de estasunidades son:

I.- El suelo de la laguna, debe ser impermeabilizado, con el objetivo de proteger las

aguas subterráneas, para ello debe buscarse un lugar en donde preferentementepredomine un impermeabilizante natural (por ej: sonsocuite), para ahorrar el costode impermeabilización de la laguna.

2.- En climas calurosos, debe disponerse de 100 m2 de área superficial delaguna por cada 100 personas.

3.- Se recomienda una relación Largo/Ancho menor de 3.

4.- Respetar los valores de carga orgánica y periodo de retención establecidos.

CALCULO:

T t i i d l f í l iti d l t



- Temperatura minima del mes mas frío en el sitio del proyecto- Contribución DBO5 per. capita- Eficiencia de remoción DBO5, según el tipo de laguna.

b) Dimensionamiento:

• Relación DBOafl.

DBOafl. = (l –Efic.)* 100

• Estimación de la constante de reacción (K), en función de latemperatura; para esto se utiliza la siguiente tabla y se escoge el valorque mas se aproxima.

Tabla 9. Constante de reacción K en dependencia de la temperatura

Temperatura °C K(1/día)

15 0.2420 0.3530 0.8035 1.20

• Revisar el periodo de retención: TR = {[DBOafl /DBOefl]-1}*[1/K]

• Calcular el volumen requerido: V = Q*TR

•

Área superficial: A = V/H,

donde H es la profundidad según el tipo de laguna y V es el volumenrequerido.

Donde Q es caudal de diseño (gppd) y el A es el área en hectáreas (ha)



Donde Qafl es caudal de diseño (gppd) y el A es el área en hectáreas (ha)

• Limite de varga L at = 357.4*(1.085)T-20 kg/ha/día

• Revisión de la carga orgánica Lar < Lat

• Las lagunas secundarias, además de realizar el calculo anterior, sedebe revisar la remoción de coliformes, para lo cual se efectúan lossiguientes cálculos:

Kb = (0.84)*(1.07)T-20 día -1

• Factor de forma de laguna (d): d= L/B.

El factor de forma debe estar comprendido entre 0.2 y 0.4.

• Factor “a”: a = [1+4*(Kb)*TR*(d)]0.5

donde Kb es la tasa de mortalidad (día-1), TR es periodo de retención (días)y d es el coeficiente de forma.

• Remocion de coliformes (N/No): N/No = {4*a*e*d 0.5/a}

:



Resumen de Elementos de Diseño de Lagunas

El proceso de diseño se basa en las cargas orgánicas y el tiempo de retención hidráulico. Los parámetros típicos seresumen a continuación:

Parámetros Tipo de estanqueEstanque

aerobio (bajacarga)a

Estanque

aerobio(alta carga)

Estanqueaerobio (de

maduración)

Estanque

aerobio-anaerobiofacultativob

Estanque

anaerobio

Lagunasaireadas

Régimen de flujo Mezclaintermitent

e

MezclaIntermitent

e

Mezclaintermitent

e

Estratosuperfici

al

Mezclacomplet

aTamaño del estanque, ha <4

unidadesmúltiples

0,20-0,80 0,80-4unidadesmúltiples

0,80-4unidade

s

0,20-0,80

unidade

0,80-4unidade

s

Funcionamientoc En serie oen paralelo En serie En serie oen paralelo En serie oen En serie En serie oenTiempo de retención,d 10-40 4-6 5-20 5-30 20-50 3-10

Profundidad, m 0,9-1,2 0,30-0,45 0,9-0,5 1,2-2,4 2,4-4,8 1,8-6,0

PH 6,5-10,5 6,5- i 0,5 6,5-10,5 6,5-8,5 6,5-7,2 6,5-8,0

Intervalo de temperaturas, °C 0-30 5-30 0-30 0-50 6-50 0-30

Temperatura optima, °C 20 20 20 20 30 20

Carga de DBO5d, kg/ha.dia 67- 1 34 90- 1 80 <17 56-200 225-560

Conversión de DB05 % 80-95 80-95 60-80 80-95 50-85 80-95



53

Conversión de DB05, % 80-95 80-95 60-80 80-95 50-85 80-95

Principales productos de

la conversión

Algas, CO2,

tejido celularbacteriano

Algas, CO,,

tejido celularbacteriano

Algas, CO2,

tejido celularbacteriano,

Algas, CO2,

CH4, tejidocelular

C02, CH4

tejidocelular

CO2

tejidocelularConcentración de algas, mg/l 40-100 100-260 5-10 5-20 0-5

Sólidos suspendidos en elafluentee, mg/l

80-J40 150-300 10-30 40-60 80-160 80-250

a

Estanques aerobios convencionales proyectados para maximizar la producción de oxigeno mas que la cantidad dealgas.b Los estanques incluyen un sistema de aireación adicional. En estanques sin aireación adicional, las cargas de DBOtípicas son del orden de una tercera parte delas indicadas.

C Depende de las condiciones climáticas.d Valores típicos. En muchos lugares se han empleado valores muy superiores. Los valores de las cargas suelen venirimpuestos por las agencias reguladoras.e Incluye algas, microorganismos y sólidos suspendidos residuales. Los valores se basan en una DBO soluble del

afluente de 200 mg/l y excepto en el caso de los estanques aerobios, una concentración de sólidos suspendidos de 200mg/l.

Documents

DOCUMENTO+STAR+LÃCTEOS