TRATAMIENTO DE TRATAMIENTO DE EFLUENTESEFLUENTES

IngenierIngenieríía Sanitariaa Sanitaria -- 20122012

Tema 13: Sistemas naturales de tratamiento Tema 13: Sistemas naturales de tratamiento --Lagunas Lagunas

Dr. Dr. IngIng. Horacio . Horacio CampaCampaññaa-- Prof. Prof. AsocAsoc..

Diferencias entre sistemas de Diferencias entre sistemas de tratamientos convencionales y tratamientos convencionales y naturales con reciclado naturales con reciclado

•• CONVENCIONAL : Elimina MO, N, P, tCONVENCIONAL : Elimina MO, N, P, tóóxicos xicos ––Alto costo Alto costo –– Sin retorno de beneficios Sin retorno de beneficios –– Alto Alto consumo energconsumo energééticotico

•• NATURAL : Elimina patNATURAL : Elimina patóógenos y tgenos y tóóxicos xicos –– recicla recicla N, P , MO y nutrientes, transformN, P , MO y nutrientes, transformáándolos en ndolos en productos beneficiososproductos beneficiosos--menor consumo energmenor consumo energíía a –– menor costo menor costo –– ambientalmente beneficiososambientalmente beneficiosos

ALTERNATIVAS PARA EL RECICLADO DE ALTERNATIVAS PARA EL RECICLADO DE MATERIA RESIDUALMATERIA RESIDUAL

•• AplicaciAplicacióón directa : agricultura n directa : agricultura ––acuaculturaacuacultura

•• AplicaciAplicacióón indirecta : biogn indirecta : biogáás s –– reusoreuso de de aguaagua

•• Sistemas integrados : biogSistemas integrados : biogáás + s + lagunas/humedales lagunas/humedales ––

lagunas + agricultura/ lagunas + agricultura/ acuacultura/humedales/acuacultura/humedales/

Lagunas de EstabilizaciLagunas de Estabilizacióónn

– Lagunas construídas en terreno, con espejo de agua poco profundo, queutilizan relaciones simbióticas entrealgas y bacterias

• Las algas proveen oxígeno• Las bacterias degradan la materia orgánica

CLASIFICACION DE LAGUNAS EN FUNCION DE LA CLASIFICACION DE LAGUNAS EN FUNCION DE LA PROFUNDIDAD Y CARGA DEL SISTEMAPROFUNDIDAD Y CARGA DEL SISTEMA

Las lagunas en relaciLas lagunas en relacióón con la presencia de oxn con la presencia de oxíígeno se geno se clasifican en:clasifican en:

•• Lagunas AerobiasLagunas Aerobias..

•• Lagunas FacultativasLagunas Facultativas

•• Lagunas AnaerobiasLagunas Anaerobias

Ventajas/DesventajasVentajas/Desventajas

Ventajas DesventajasBajo costo de capital Requiere grandes extensiones de terreno

Requiere mínima capacitación de personalde operación

Elevada concentración de algas en elefluente.

Evacuación y disposición de lodos cada 20 ó30 años

Lagunas sin aireación muchas veces nocumplen normas de vertimiento

Compatible con sistemas de tratamientoacuático o sobre el suelo

Si no se impermeabilizan pueden causarcontaminación a aguas subterráneas

Mal diseño : malos olores

CARACTERISTICAS GENERALES DE LAGUNAS CARACTERISTICAS GENERALES DE LAGUNAS

•• Lagunas Aerobias o de baja carga Lagunas Aerobias o de baja carga

Profundidad: 0.3 Profundidad: 0.3 –– 0.45 m0.45 mTiempo de retenciTiempo de retencióón : 3n : 3--5 5 diasdias

•• Lagunas Lagunas AereadasAereadas

Profundidad : 2 Profundidad : 2 –– 6 m6 mTiempo de retenciTiempo de retencióón : 3 n : 3 –– 10 10 diasdias

•• Lagunas FacultativasLagunas Facultativas

Profundidad: 1,50 Profundidad: 1,50 –– 2,50 m2,50 mTiempo de RetenciTiempo de Retencióón: 5 n: 5 -- 30 d30 dííasas

•• Lagunas AnaerobiasLagunas Anaerobias

Profundidad: 2,5 Profundidad: 2,5 –– 5,0 m5,0 mTiempo retenciTiempo retencióón : 20 n : 20 –– 50 50 diasdias

... LAGUNAS AEROBIAS.... LAGUNAS AEROBIAS.

Contienen bacterias y algas en suspensiContienen bacterias y algas en suspensióón, existe n, existe condicicondicióón aern aeróóbica en toda su profundidad.bica en toda su profundidad.

•• Tipos bTipos báásicos de lagunas aersicos de lagunas aeróóbicas por objetivos: bicas por objetivos:

•• Maximizar la producciMaximizar la produccióón de algas (15 a 50 cm de n de algas (15 a 50 cm de profundidad).profundidad).

•• Maximizar la cantidad de oxMaximizar la cantidad de oxíígeno producido (1,5 geno producido (1,5 m de profundidad). Requieren de aireacim de profundidad). Requieren de aireacióón.n.

...MICROBIOLOGIA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS DE ...MICROBIOLOGIA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS DE OXIDACIONOXIDACION

En las lagunas aerobias fotosintEn las lagunas aerobias fotosintééticas, el oxticas, el oxíígeno se suministra por geno se suministra por aireaciaireacióón natural, a travn natural, a travéés de la superficie y por fotoss de la superficie y por fotosííntesis de las algas.ntesis de las algas.

•• En las lagunas las bacterias aerobias emplean parte de la materiEn las lagunas las bacterias aerobias emplean parte de la materia a orgorgáánica del agua residual con el propnica del agua residual con el propóósito de obtener energsito de obtener energíía para la a para la ssííntesis en forma de nuevas cntesis en forma de nuevas céélulas.lulas.

•• De la materia orgDe la materia orgáánica (contaminante) presente en el agua residual, nica (contaminante) presente en el agua residual, solamente una parte se oxida a compuestos de bajo contenido solamente una parte se oxida a compuestos de bajo contenido energenergéético (nitrato, sulfato, anhtico (nitrato, sulfato, anhíídrido carbdrido carbóónico).nico).

•• La otra parte de la materia orgLa otra parte de la materia orgáánica se sintetiza en forma de materia nica se sintetiza en forma de materia celularcelular..

...OXIDACION Y SINTESIS EN LAGUNAS AEROBICAS...OXIDACION Y SINTESIS EN LAGUNAS AEROBICAS

COHNS + OCOHNS + O2 2 + NUTRIENTES BACTERIAS >+ NUTRIENTES BACTERIAS >(materia org(materia orgáánica)nica)

COCO22 + NH+ NH33 + C+ C55HH77NONO22 + OTROS PRODUCTOS FINALES+ OTROS PRODUCTOS FINALES(Nuevas C(Nuevas Céélulas Biomasa)lulas Biomasa)

FotosFotosííntesisntesis::

COCO22 + 2H+ 2H220 LUZ > (CH0 LUZ > (CH22O) + OO) + O22 + H+ H22OO

RespiraciRespiracióónn

CHCH22O + OO + O2 > 2 > COCO22 + H+ H22OO

... LAGUNAS FACULTATIVAS... LAGUNAS FACULTATIVAS

Las lagunas facultativas permiten la estabilizaciLas lagunas facultativas permiten la estabilizacióón de la materia n de la materia orgorgáánica mediante una accinica mediante una accióón conjunta de bacterias facultativas, n conjunta de bacterias facultativas, anaerobias y aerobias.anaerobias y aerobias.

En estas lagunas existen tres zonas bien diferenciadas :En estas lagunas existen tres zonas bien diferenciadas :

•• Zona SuperficialZona Superficial, donde existen bacterias aerobias y algas en una , donde existen bacterias aerobias y algas en una relacirelacióón simbin simbióótica.tica.

•• Zona InferiorZona Inferior, anaerobia en la que descomponen activamente los , anaerobia en la que descomponen activamente los ssóólidos acumulados por accilidos acumulados por accióón de las bacterias anaerobiasn de las bacterias anaerobias..

•• Zona IntermediaZona Intermedia, la descomposici, la descomposicióón se efectn se efectúúa por accia por accióón de las n de las bacterias facultativasbacterias facultativas

... ESQUEMA GENERAL DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS ... ESQUEMA GENERAL DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS

... LAGUNAS DE MADURACION... LAGUNAS DE MADURACION

•• Las lagunas de maduraciLas lagunas de maduracióón se disen se diseññan para mejorar la calidad de an para mejorar la calidad de los efluentes luego del tratamiento secundario y para la los efluentes luego del tratamiento secundario y para la nitrificacinitrificacióón estacional (terciario, reduccin estacional (terciario, reduccióón de N).n de N).

•• Los mecanismos biolLos mecanismos biolóógicos que tienen lugar son similares a los gicos que tienen lugar son similares a los procesos aerobios de cultivo en suspensiprocesos aerobios de cultivo en suspensióón.n.

•• El funcionamiento implica respiraciEl funcionamiento implica respiracióón endn endóógena de los sgena de los sóólidos lidos biolbiolóógicos residuales y la conversigicos residuales y la conversióón del amonn del amonííaco a nitrato, aco a nitrato, debido a la presencia de oxdebido a la presencia de oxíígeno por la presencia de algas.geno por la presencia de algas.

•• Para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas Para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas deben ser bastante bajas.deben ser bastante bajas.

... LAGUNAS ANAEROBIAS... LAGUNAS ANAEROBIAS......

•• Las lagunas anaerobias se utilizan para el tratamiento de agua Las lagunas anaerobias se utilizan para el tratamiento de agua residual de alto contenido orgresidual de alto contenido orgáánico, con alta concentracinico, con alta concentracióón de n de ssóólidos.lidos.

•• Son anaerobias en toda su profundidad, excepto una estrecha Son anaerobias en toda su profundidad, excepto una estrecha franja superficial.franja superficial.

•• Para conservar la energPara conservar la energíía calora caloríífica y mantener las condiciones fica y mantener las condiciones anaerobias se los construye lo manaerobias se los construye lo máás profundos posible (hasta 9 m)s profundos posible (hasta 9 m)

•• La estabilizaciLa estabilizacióón de la materia orgn de la materia orgáánica se obtiene por medio de nica se obtiene por medio de una combinaciuna combinacióón de precipitacin de precipitacióón y de conversin y de conversióón anaerobia de n anaerobia de los residuos orglos residuos orgáánicos en COnicos en CO22, CH, CH44, otros productos gaseosos , otros productos gaseosos finales, finales, áácidos orgcidos orgáánicos y tejido celularnicos y tejido celular..

resumenresumen

•• CuCuááles son los tipos de lagunas de les son los tipos de lagunas de estabilizaciestabilizacióón?, cun?, cuááles son las les son las caractercaracteríísticas de cada tipo?sticas de cada tipo?

•• El sistema de lagunas es eficiente en la El sistema de lagunas es eficiente en la remociremocióón de sn de sóólidos suspendidos? Si/no lidos suspendidos? Si/no por qupor quéé??

•• El sistema de lagunas es eficiente en la El sistema de lagunas es eficiente en la remociremocióón de patn de patóógenos? Si/no por qugenos? Si/no por quéé??

RemociRemocióón de DBOn de DBO

•• Baja concentraciBaja concentracióón de microorganismosn de microorganismos

•• RemociRemocióón de DBO soluble a partir de n de DBO soluble a partir de oxidacioxidacióón bacterialn bacterial

•• RemociRemocióón de DBO n de DBO particuladaparticulada mediante mediante sedimentacisedimentacióónn

•• f(tiempof(tiempo de retencide retencióón y temperatura del n y temperatura del agua)agua)

RemociRemocióón de SSTn de SST

•• RemociRemocióón por sedimentacin por sedimentacióónn

•• Alto contenido de SST en el efluente Alto contenido de SST en el efluente (algas), hasta 140 mg/L (aerobias) y 60 (algas), hasta 140 mg/L (aerobias) y 60 mg/L (aireadas)mg/L (aireadas)

•• RemociRemocióón de algas requiere procesos n de algas requiere procesos adicionales (filtraciadicionales (filtracióón, flotacin, flotacióón, plantas n, plantas acuacuááticas, humedales artificiales)ticas, humedales artificiales)

RemociRemocióón de patn de patóógenosgenos

•• Altamente eficientes en remociAltamente eficientes en remocióón de n de bacterias, parbacterias, paráásitos y virus, si los tiempos sitos y virus, si los tiempos de retencide retencióón son altos (> 20 dn son altos (> 20 díías).as).

•• RemociRemocióón = causa (muerte natural, n = causa (muerte natural, sedimentacisedimentacióón y adsorcin y adsorcióón)n)

ELIMINACIELIMINACIÓÓN ESPERADA DE N ESPERADA DE MICROORGANISMOSMICROORGANISMOS

Reducción de órdenes de magnitud oReducción de unidades logarítmicas

Proceso de tratamiento Bacterias Helminos Virus Quistes

Sedimentación primariasimple

0 - 1 0 - 2 0 - 1 0 - 1

Con coagulación previa 1 - 2 1 - 3 0 - 1 0 - 1

Lodos activados 0 - 2 0 - 2 0 - 1 0 - 1

Biofiltros 0 - 2 0 - 2 0 - 1 0 - 1

Zanja de oxidación 1 - 2 0 - 2 1 - 2 0 - 1

Desinfección 2 - 6 0 - 1 0 - 4 0 - 3

Laguna aireada 1 - 2 1 - 3 1 - 2 0 - 1

Lagunas deestabilización

1 - 6 1 - 3 1 - 4 1 - 4

Fuente: Feachem et al (1983) CEPIS/OPS

DiseDiseñño de Lagunas Facultativaso de Lagunas Facultativas

•• ParParáámetro de disemetro de diseñño: tasa de carga de DBO que o: tasa de carga de DBO que recibenreciben

•• Objetivo del diseObjetivo del diseñño: largos TRH y cargas o: largos TRH y cargas orgorgáánicas bajas para mantener condicinicas bajas para mantener condicióón n aerobiaaerobia

•• Si T>22Si T>22°°CC, posibilidades de resuspensi, posibilidades de resuspensióón de n de ssóólidos sedimentados (produccilidos sedimentados (produccióón anaerobia de n anaerobia de gas)gas)

•• Otros parOtros paráámetros: crecimiento/degradacimetros: crecimiento/degradacióón de n de poblaciones de algas, mezcla/viento, poblaciones de algas, mezcla/viento, TT°°

MMéétodos de Disetodos de Diseññoo

•• De carga superficialDe carga superficial

•• De flujo pistDe flujo pistóón con dispersin con dispersióón axialn axial

•• De mezcla completaDe mezcla completa

MMéétodo de carga superficialtodo de carga superficial•• TT°° ambiente promedio del mes + frambiente promedio del mes + fríío del ao del aññoo

•• Primera laguna : 40 Primera laguna : 40 KgKg/Ha/Ha--ddíía (Si T> 15a (Si T> 15°°CC))

•• Requiere la menor cantidad de informaciRequiere la menor cantidad de informacióónn

Temperatura promedio (°C)

Carga superficial de DBO recomendada para el diseño (Kg/Ha-d)

> 15 45 – 90 5 – 15 22 – 45

< 5 11 - 22

•• AireadoresAireadores mecmecáánicos flotantes (0.9 nicos flotantes (0.9 -- 1.9 1.9 kgkg/KW/KW--h).h).

•• Sistemas sumergidos de aireaciSistemas sumergidos de aireacióón por n por difusores (2.7 difusores (2.7 kgkg/KW/KW--h)h)

Sistema de Lagunas, Sistema de Lagunas, con Anaerobia Primariacon Anaerobia Primaria

Caja

derivadora

A

descarga

Laguna Anaerobia Primaria

Laguna Anaerobia Primaria

Laguna FacultativaSecundaria

Laguna FacultativaSecundaria

Laguna de Maduración

Sistema de Lagunas, Sistema de Lagunas, con Laguna Facultativa Primariacon Laguna Facultativa Primaria

De red de Alcantarillado Sanitario

Cajaderivadora

A descarga

Laguna FacultativaPrimaria

Laguna FacultativaPrimaria

Laguna de Maduración

Laguna FacultativaSecundaria

ComparaciComparacióón n –– Sistemas de TratamientoSistemas de Tratamiento

BajoMínimoBajoBajoAlto

Secundario o

terciario;

elimina

patógenos

Laguna facultativa 1aLaguna facultativa 2a

Laguna de maduración

BajoMínimoBajoBajoAlto

Secundario o

terciario;

elimina

patógenos

Laguna Anaerobias Laguna facultativa 2a

Laguna de maduración

AltoMínimo:

sólidosMedianoMedianoBajoSecundarioFiltros percoladores

Patio de secado de barros

MedianoMínimo:

sólidosMedianoMedianoBajoSecundario

Sedimentador primario

Filtros percoladoresSedimentador secundario

Digestor de barros

MedianoMínimo:

sólidosMedianoMedianoBajoSecundario

Tanque Imhoff

Filtros percoladoresSedimentador Secundario

BajoMedianoBajoBajoBajoPrimarioFosa SépticaSistema de Absorción

Tendencia a Problemas Operativos

Malos Olores

Costo de Operación

Costo de Construcción

Área Requerida

Nivel de TratamientoSistema de tratamiento

Costos sistemas de tratamientoCostos sistemas de tratamiento

$2.00 - $3.00$125 - $200Lagunas

$ 5.00 - $ 10$500-$2,500Barros activados

$3.00 - $5.00$175- $250Tratamiento primario,

Filtros percoladores, Tratamiento

de barros

$1.25 - $3.00$ 35 - $ 50Tanque séptico comunal

Costo mensual de operación por

familia

Costo de construcción /

familiaTipo de sistema

ÁÁrea agrrea agríícola regada con aguas cola regada con aguas residuales en Amresiduales en Améérica Latina (ha)rica Latina (ha)

CEPIS/OPS 2004CEPIS/OPS 2004

350,000350,000MMééxicoxico

2,4002,400PerPerúú

327,000 327,000 Colombia (*)Colombia (*)

74,00074,000Chile (*)Chile (*)

1,2001,200BoliviaBolivia

3,070 3,070 ArgentinaArgentina

(*) aguas residuales diluídas

GRANDES SISTEMAS DE LAGUNAS DE GRANDES SISTEMAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIESTABILIZACIÓÓNN

PAÍSESTADO

LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN(ha)

USA

Michigan

Muskegon 200,000 +

industria

1,900 688

Nueva

Zelanda

Auckland 900,000 2,400 530

Australia Melbourne 2’900,000 4,000 310

Argentina Mendoza 320,000 1,400 285

USA

California

Stockton 150,000 2,800 250

Brasil

Ceará

Fortaleza 200,000 +

industria

520 73

Brasil

Paraiba

Joao Pessoa 480,000 1,200 50

Ecuador Cuenca 250,000 2,200 45

Perú Chiclayo 350,000 800 40

PAÍSESTADO

LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN(ha)

USA

Michigan

Muskegon 200,000 +

industria

1,900 688

Nueva

Zelanda

Auckland 900,000 2,400 530

Australia Melbourne 2’900,000 4,000 310

Argentina Mendoza 320,000 1,400 285

USA

California

Stockton 150,000 2,800 250

Brasil

Ceará

Fortaleza 200,000 +

industria

520 73

Brasil

Paraiba

Joao Pessoa 480,000 1,200 50

Ecuador Cuenca 250,000 2,200 45

Perú Chiclayo 350,000 800 40

PAÍSESTADO

LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN(ha)

USA

Michigan

Muskegon 200,000 +

industria

1,900 688

Nueva

Zelanda

Auckland 900,000 2,400 530

Australia Melbourne 2’900,000 4,000 310

Argentina Mendoza 320,000 1,400 285

USA

California

Stockton 150,000 2,800 250

Brasil

Ceará

Fortaleza 200,000 +

industria

520 73

Brasil

Paraiba

Joao Pessoa 480,000 1,200 50

Ecuador Cuenca 250,000 2,200 45

Perú Chiclayo 350,000 800 40

Mendonca, 2000

PLANTA DE PLANTA DE

TRATAMIENTOTRATAMIENTO

DE MENDOZA,DE MENDOZA,

ARGENTINAARGENTINA

Inversión: $ 12’$ 37,400/ ha

$ 0.05 / m3

320,000 habitantes

1.4 m3/s

CEPIS/OPSCEPIS/OPS

321 ha (285 ha netas)

12 trenes de 3 lagunas