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Curso de Especialización en Tratamiento de Aguas Residuales
Prof: Ing. Juan Carlos Alarcón Condor
LAGUNAS COMO TRATAMIENTO
• Las lagunas de estabilización son diseñadas para el tratamiento delas aguas residuales mediante procesos biológicos naturales deinteracción entre la biomasa y la materia orgánica
LAGUNAS DE ESTABILIZACION
• Cuando una laguna es diseñada y operada de tal manera que la estabilización es totalmente aeróbica, se le denomina “Laguna de Oxidación”.
• Cuando las condiciones en las lagunas son anaeróbicas o alternativamente aeróbica y anaeróbica, la laguna es comúnmente denominada “Laguna de Estabilización”.
Fuente: Ing. Otto Rosasco Gerkes
Basados en los parámetros de la DBO5, la eficiencia en las lagunas de estabilización de desechos, pueden ser tan altos como 95%.
Sin embargo, debido al alto contenido de algas en los efluentes, los parámetros de la DQO indicarían solamente una eficiencia entre el 50 y 60%.
De la discusión previa, parecería ser que el proceso fotosintético no es necesariamente un factor importante en la reducción de materia orgánica en lagunas de estabilización.
Tipos de lagunas de estabilización
• Anaerobias
• Facultativas
• Aerobias
• Maduración
• Aireadas
Fuente: Manual para municipios ecoeficientes - MINAM
Procesos y diferenciaciones - natural
Interacción de microorganismos – procesobiológico
Fuente: Manual para municipios ecoeficientes - MINAM
CARGA ORGÁNICA “C”
mg/lDBO5
l/sCaudal
DBO/día KgC
0.0864 x DBO5 x CaudalC
⇒
⇒
⇒
=
CARGA ORGÁNICA “C”
1000percapita ónContribuci x Población
C =
C = Kg DBO5/día
Contribución percápita, en gr DBO5/(habitante.día)
BM : 40 - 50 Metcalf : 54 Norma S090: 50
Cuidado….
Fuente: Norma OS 090
CARGA SUPERFICIAL (CS)
CARGA SUPERFICIAL (CS)
Área (ha)
C(Kg DBO/día)
CS = Kg DBO/(hectárea.día)
CARGA VOLUMCARGA VOLUM ÉÉTRICA(CV)TRICA(CV)
Volumen (m3)
C(Kg DBO/día)
CV = Kg DBO/(m 3.día)
CARGA VOLUMÉTRICA(CV)
Lagunas anaeróbicas
Fuente: Norma
OS 090
Distribución
Fuente: Norma OS 090
Fuente: Norma OS 090
Fuente: Manual para municipios ecoeficientes - MINAM
LAGUNAS ANAEROBICAS: CRITERIOS DE DISEÑO
• CARGA VOLUMETRICA– Rango: 100-300 g BOD/(m3.día) para 20 °C
• PROFUNDIDAD– Recomendada 2.5 a 5.0 m.– Necesario: profundidad extra para lodos
• RETENCION Y REMOCIONES• 10-15 °C 4-5 días 30-40% BOD remoción• 15-20 °C 2-3 días 40-50% BOD remoción• 20-25 °C 1-2 días 50-60% BOD remoción• 25-30 °C 1-2 días 60-70% BOD remoción
• INCREMENTO DEL NH3-N• Del orden del 20%• Carga Facultativa para post tratamiento depende delnivel del NH3-N
Vista de una laguna anaerobica
LAGUNAS ANAEROBIASLAGUNAS ANAEROBIAS
VENTAJASVENTAJAS
• Bajo costo - Área reducida.
• Atractivas para desechos de altas concentraciones.
• Desechos industriales biodegradables.
Z : 3 Z : 3 -- 5 m5 mP.R. : 1 P.R. : 1 -- 5 D5 Dííasas
Z
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
LAGUNAS ANAEROBIASLAGUNAS ANAEROBIAS
ASPECTOS DESFAVORABLESASPECTOS DESFAVORABLES
• Procesos muy sensibles a factores ambientales.
• Condiciones estéticas.
• Tasas de mortalidad bacteriana reducidas.
• Malos olores por fallas en la operación y mantenimiento.
• Acumulación de lodos más rápida.
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Lagunas facultativas
Fuente: Norma OS 090
Fuente: Norma OS 090
Fuente: Norma OS 090
Fuente: Norma OS 090
Fuente: Norma OS 090
Vista de una laguna facultativa
Vista de una laguna facultativa
Laguna facultativa / Universidad Nacional de Ingeniería
Laguna facultativa / Universidad Nacional de Ingeniería
Laguna facultativa / Universidad Nacional de Ingeniería
Laguna facultativa / Universidad Nacional de Ingeniería
Lagunas aerobias
Su diseño esta basado en lo siguiente :
• Profundidad moderada para favorecer el ingreso de la luz solar
• Producción máxima de algas y por tanto de oxigeno
• Reducir al máximo la materia orgánica
� Son las que en todo el volumen del liquido la concentración de oxigeno es suficiente para que prevalezca el desarrollo de bacterias aerobias
Son lagunas poco profundas de 1 a 1.5m de profundidad y suelen tener tiempo de residencia elevada, 20-30 días (Romero, 1999).
Lagunas de maduración
En la laguna de maduración se forma una capa aerobia, en la cual se desarrolla una biomasa de algas y microorganismos fotosintéticos que proporcionan el oxígeno necesario para la degradación aerobia de la materia orgánica.
En estas condiciones, la materia orgánica no es muy abundant e, por loque las bacterias están en fase endógena (se consumen entre s i). Laradiación ultravioleta que es parte de la radiación solar ca usa lainactivación y muerte de muchos microorganismos y bacteria s, por loque es posible tener una reducción altamente eficiente de és tos.
Pueden tener profundidades que van de 0.5m a 1.0m
Lagunas aereadas
Se emplean como primera unidad en un sistema de tratamiento donde la disponibilidad de terreno es limitada
Se basan en un aporte de oxigeno por medios artificiales como los aireadores flotantes.
CRITERIOS DE DISEÑO
a CARGA SUPERFICIAL
a CARGA VOLÚMETRICA
a PROFUNDIDAD
a EFICIENCIAS
a ACUMULACIÓN DE LODOS
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
CLIMATICOS
• Temperatura
• Radiación Solar
• Viento
• Evaporación
• Precipitación
FACTORES QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS.
FISICOS
• Estratificación• Flujo a través de las lagunas• Profundidad
FACTORES QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS.
QUIMICOS Y BIOQUIMICOS
• PH• Oxigeno disuelto• Nutrientes
FACTORES QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS.
Disposición de lagunas
Lagunas en serie
Lagunas en paralelo
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
SerieP
aralelo
Clasificación por el modo de operación
Disposición de lagunas
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Clasificación
CLASIFICACIÓN
CRUDO PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA
Por su posición respecto al crudo(“Crudo” = Agua residual sin tratar)
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Esquema
ESQUEMAS DE SISTEMAS DE LAGUNAS
P S T
ANAEROBIA FACULTATIVA FACULTATIVA(MADURACIÓN)(PULIMENTO)(ACABADO)
P S T
FACULTATIVA FACULTATIVA FACULTATIVA
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Esquema
ESQUEMAS DE SISTEMAS DE LAGUNAS
P S T
AERADA FACULTATIVA FACULTATIVA
P S T
ANAEROBIA AERADA FACULTATIVA
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
An (P)
An (P)
An (P)
F (S)
F (S)
F (S)
Módulos uno a uno
Esquema
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
An (P)
An (P)
F (S)
Módulos dos a uno
Esquema
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
CRITERIOS DE DISEÑOPR Y EFICIENCIAS (T>20C)
PR (días) REDUCCIÓN DE DBO5 (%)
1 502.5 605 70
Fuente . Mara, 1976
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
T °C PR (días) Efic. (%)
10 - 15 4 - 5 30 - 4015 - 20 2 - 3 40 - 5020 - 25 1 - 2 50 - 6025 - 30 1 - 2 60 - 80
Fuente: Arceivala, 1973
CRITERIOS DE DISEÑOT - PR - EFICIENCIAS
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Modelo hidráulico
Laguna facultativa
MODELO A FLUJO PISTON
K.tSo.eS −=
0L
D.Ud ==
d : Factor de dispersión
L
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
MODELO A MEZCLA COMPLETA
K.t1So
S+
=
So S∞∞==
L
D.Ud
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Hipótesis de flujo disperso
La ecuación que caracteriza el flujo real o disperso es:
KNx
ND
x
NU
t
N −∂∂+
∂∂−=
∂∂
2
2
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
MODELO DE FLUJO DISPERSO
a/2d)(2(a/2d)2
(1/2d)
ea)(1ea)(14ae
NoN
−−−+=
1/24Kb.R.d)(1a +=
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Sub modelo hidráulico
Flujo Disperso
En la práctica el flujo no es a pistón, ni a mezcla completa, sino que es disperso.
tp tV/Q R =
C
Se agregatrazador
C vs t
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
APLICACIÓN DE UN TRAZADOR BAJO FLUJO
DISPERSO
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
MODELO DE FLUJO DISPERSOSimplificación de Thirimurthy (1969)
2d : lagunas En
4K.R.d)(1a
a)(14ae
NoN
1/2
2
2da1
<
+=+
=
−
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
PREDICCIÓN DEL NÚMERO DE DISPERSIÓN (d)
Ecuación de Polprasert modificada por Saenz
[ ]
2
1.4890.734
1.5110.489
W)1.01368(L/W)0.25392(L/0.26118-(L/W)
d
Trazadores de PruebasJuan San nCorrelació
(LZ)42.5)(TW2Z)R(W 1.158
d
++=
−
++=
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Calibración del modelo de flujo disperso
• Tasas de mortalidad de bacterias coliformes (Kb)• Tasas de degradación de la materia orgánica (K)• Constante de corrección por temperatura (θ)• Factores de ajuste al sub-modelo hidráulico
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Tasas de mortalidad de bacterias
• Las tasas de mortalidad (Kb) varían con el nivel de tratamiento:
– Lagunas anaerobias: Kb = 0,4 – 0,6 día-1
– Lagunas primarias facultativas o facultativas precedidas por anaerobias: Kb = 0,6 – 0,8 día-1
– Lagunas secundarias – terciarias facultativas: Kb = 0,8 – 1,0 día-1
FACTOR DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA:
De acuerdo a Norma OS090: θ = 1,05
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Tasas de degradación de la materia orgánica (K)
• La tasa de degradación de la materia orgánica (expresada como DBO) es del orden de:
• K = 0,2 – 0,3 día-1
FACTOR DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA:
De acuerdo a Norma S090: θ = 1,05Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Factores de ajuste al sub-modelo hidráulico
• Factor de corrección hidráulica
• Factor de características de sedimentación
• Factor intrínseco de algas
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Factor de correción hidráulica (FCH)
• En una laguna de estabilización siempre existirán cortos circuitos hidráulicos y volúmenes muertos que influirán sobre el período de retención
• El PRREAL = PRTEÓRICO x FCH
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Factor de correción hidráulica (FCH)
• Los valores de FCH varían entre 0,3 a 0,8• El FCH dependerá de:
– La geometría de la laguna de estabilización• Las lagunas alargadas tendrán un mayor valor de FCH
– El número y ubicación de los dispositivos de ingreso y salida
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Factor de características de sedimentación (FCS)
• La materia orgánica está bajo la forma soluble
• En la laguna primaria (anaerobia o facultativa) ocurrirá la sedimentación de esta materia orgánica particulada (no más del 30%). De este modo para las lagunas primarias se puede considerar un valor de FCS = 0,7
• En las lagunas secundarias la sedimentación no es un mecanismo importante de remoción pudiendo usarse valores de FCS = 0,95 a 1,0
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
La fracción soluble
• Para la DBO se debe considerar en el modelo solo lo fracción soluble (Lo)
CSFLLo x =
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Factor de características de sedimentación (FCS)
• En el caso de remoción de coliformes, solo un número muy pequeño de bacterias está agregada a partículas sedimentables. Por lo que se puede considerar un valor de FCS = 0,95 a 1,0 en lagunas primarias y de FCS = 1,0 para cualquier laguna de nivel superior
(LA SEDIMENTACIÓN NO ES UN MECANISMO IMPORTANTE EN LA REMOCIÓN DE BACTERIAS – POR LO QUE SE PUEDE OBVIAR ESTE FACTOR CONSIDERANDOLO COMO FCS = 1,0)
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Factor intrínseco de algas (FIA)
• Cuando se incuba una muestra de efluentes de lagunas, para el ensayo de la DBO, se provoca la mortalidad de algas. Esta muerte de algas provocará un incremento de la DBO en el ensayo.
• En la laguna de estabilización facultativa., las algas no están ejerciendo DBO, por el contrario están produciendo oxígeno por fotosíntesis
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
Factor intrínseco de algas (FIA)
• Los valores de FIA serán mayores cuando mayor sea el contenido de algas en la laguna de estabilización (mayor productividad primaria)
• Los valores de FIA que se pueden usar son
– FIA = 0 (lagunas anaerobias – no hay algas)
– FIA = 0,1 a 0,2 (lagunas facultativas primarias o facultativas precedidas por anaerobias)
– FIA = 0,3 a 0, 5 en lagunas facultativas secundarias
– FIA = 0,6 a 1,3 en lagunas facultativas terciarias
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
DBO del efluente de lagunas
( ) IA
d
a
FLoa
eaLoLe ×+
+=
−
2
2
1
1
4
Fuente: Ing. Guillermo León Suematsu
• No es un proceso de tamizado del agua residual, es un proceso en la que se pone en contacto las aguas residuales y la biomasa (bio película) adherida a un medio de soporte fijo (natural o artificial)
Fuente: Norma OS 090
Fuente: Manual Técnico del Agua - Degremont
Fuente: Manual Técnico del Agua - Degremont
El reactor anaeróbico de flujo ascendente y manto de lodos (UASB) del inglés Upflow Anaerobic Sludge Blanket
Procesos importantes :
• Hidrolisis• Acidogenesis• Acetogenesis• Metanogenesis
Hidrolisis
MSc. Ing. Rosa Yaya Beas
Acidogénesis
MSc. Ing. Rosa Yaya Beas
Acetogénesis
MSc. Ing. Rosa Yaya Beas
Metanogénesis
MSc. Ing. Rosa Yaya Beas
Ventajas
• No requiere energía
• Produce metano
• Acepta altas cargas orgánicas (35 kgDQO/m3.d)
• Relativamente fácil de operar y mantener
• Se puede almacenar lodo
• Puesta en marcha posible en días si hay inóculo
• Diseño modular
Desventajas
• Bacterias susceptibles a algunos compuestos tóxicos
• No es un tratamiento completo
• A veces se producen malos olores
• Actividad reducida en temperaturas bajas
• Escasa experiencia en algunas regiones
Muchas [email protected]