LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
GENERALIDADES • • • • • •
Sistema artificial Sistema de tratamiento sencillo, económico y eficiente Usado para pequeñas comunidades Requiere HRT de varios días Necesidad de grandes extensiones de terreno Usado para remoción de: - Materia orgánica - Sólidos suspendidos - Nutrientes - Patógenos - Metales pesados - Microcontaminantes orgánicos
VENTAJAS Simplicidad • Procesos de degradación simultáneos y complejos • Fácil de construcción: – – – –
Pretratamiento Entrada y salida Impermeabilización Delimitación
• Fácil operación y mantenimiento -
Corte de césped y control de macrofitas Remoción de espumas Limpieza y mantenimiento de entrada y salida Operarios no calificados pero bien supervisados.
VENTAJAS Bajo Costo • Construcción económica: - Remoción de tierra - Impermeabilización - Ausencia de equipos mecánicos y eléctricos.
• Operación económica: - Ausencia de aireación forzada.
VENTAJAS Tren de lagunas en serie: Anaerobia – Facultativa - Maduración
Eficiencia • DBO 90% • Nitrógeno 70 – 90 % • Fósforo 30 – 45% • Patógenos • Sistema robusto – alto HTR • Metales Pesados – hasta 60 ppm • Tratamiento de ARI – beneficiaderos de carne • Posibilidades de reuso
VENTAJAS
GENERALIDADES • Inicialmente implementados para amortiguar sobreflujos de aguas (cantidad y no calidad) • Sistema de contingencia en caso de accidentes de contaminación y derrames. • Necesidad de mantenimiento periódico estrictos • Necesidades de mantenimiento periódico estricto • Modelos y descripción … Empíricos
TIPO DE LAGUNAS • • • •
AEROBIAS ANAERIBIAS FACULTATIVAS ANOXICAS
ANAEROBIA
FACULTATIVA
• PRIMARIAS • SECUNDARIAS • MADURACIÓN
MADURACIÓN
PARAMETROS GLOBALES DE DISEÑO VOLUMEN • Tiempo de Residencia Hidráulico (HTR) suficiente de los contaminantes en la laguna, con objeto de permitir que procesos físicos, químicos y biológicos, tengan lugar. • Sedimentación, Hidrolisis, Adsorción……
PARAMETROS GLOBALES DE DISEÑO PROFUNDIDAD
Aerobias
0.3 – 0.6 m
Facultativas
1.5 – 2.0 m
Anaerobias
2.5 – 5.0 m
PARAMETROS GLOBALES DE DISEÑO Eutrofización y Plantación • Ausente o controlada • Cambio en las condiciones y calidades del sistema • Fitoplancton depende de HRT y nutrientes • Las plantas pueden añadir valor recreacional a los sistemas (con raíces)
PARAMETROS GLOBALES DE DISEÑO Eutrofización y Plantación
• Plantas inmersas pueden variar la concentración de oxígeno durante el día y la noche • Plantas pueden optimizar el proceso de sedimentación de partículas y reducir el riesgo de resuspensión (menor mezcla por, menor efecto del viento) • Plantas aumentan el área activa del sistema acuático • Plantas pueden reducir la proliferación de Fitoplancton
PARAMETROS GLOBALES DE DISEÑO Características Especiales e Hidráulicas • Infiltración debe ser minimizada • Evitar cortocircuitos hidráulicos • Capa inferior de soporte para las posibles macrófitas, diferente a sedimentos
REMOCIÓN DE DBO DESBASTE Similar a un tanque séptico Proceso primario de sedimentación Limitación y beneficios asociados a digestión anaerobia
LAGUNA ANAEROBIA Proceso secundario anaerobio
Optimo en condiciones mesofilicas Ecología microbial compleja Producción de biogás Potencialidad de generación de olores
LAGUNA FACULTATIVA
PULIMENTO
REMOCIÓN DE DBO • Fase ANAEROBIA
Carbón (100%)
Biogás (80 – 90 %)
A
Biomasa (5 – 10 %)
Remanente (5 – 15%)
REMOCIÓN DE DBO • Fase Anaerobia Primera fase
Segunda fase
Hidrolisis – fermentación – acidogénesis % de degradación global de M.O. medio Producción de AGV, NH3, H2, CO2 e intermediarios orgánicos Metanogénesis Gasificación de M.O. % de degradación global de M.O. alto Producción de N2, H2S, CH4, H2O y CO2
REMOCIÓN DE DBO
REMOCIÓN DE DBO
REMOCIÓN DE DBO • Fase FACULTATIVA - Eliminación de DBO soluble - Oxidación de materia orgánica – heterotrofos (pseudomonas y flavobacterium) - Obtención del oxígeno producido por las algas - Sinergia entre algas y bacterias
REMOCIÓN COLIFORMES • -
Mecanismos Tiempo y temperatura Valores altos de pH Alta intensidad solar asociada a altos niveles de oxigeno
REMOCIÓN COLIFORMES • Mecanismos – VIRUS - Adsorción en SST y Sedimentación • Mecanismos – PARASITOS - Adsorción en SST y Sedimentación
REMOCIÓN NITRÓGENO
LAGUNAS • Diseño Conceptual -
Lagunas aerobias Lagunas anaerobias Lagunas facultativas Lagunas anóxicas Lagunas de maduración
PARAMETROS DE DISEÑO Temperatura y Evaporación • La temperatura clásica de diseño es la temperatura atmosférica del mes mas frio. Esto provee un margen de seguridad, pues la temperatura de la laguna usualmente es de 2 -3 °C mas alta que la del aire circundante. Esto es inverso en temperaturas cálidas. • La evaporación neta (evaporación-precipitación) es otro parámetro muy importante en lagunas facultativas y de maduración. En lagunas anaerobias puede haber formación de espumas que minimizan este efecto. Es indispensable realizar un balance hídrico.
PARAMETROS DE DISEÑO Temperatura y Evaporación
P PET R/O
PERC
Es la precipitación media mensual, basada en datos históricos Es la evapotranspiración potencial, basada en datos históricos Es la escorrentía superficial, la cual se obtiene multiplicando la precipitación media mensual por el valor seleccionado de coeficiente de escorrentía (CR/O) Es la percolación media mensual
PARAMETROS DE DISEÑO Flujo • El tamaño de la laguna está íntimamente ligado al caudal de A. R. a tratar • El caudal debe ser medido, si existe el A.R. • De no existir debe ser estimado cuidadosamente • Precaución con valores típicos (l/hab.d)
PARAMETROS DE DISEﾃ前 DBO - CARGA
PARAMETROS DE DISEﾃ前 DBO - CARGA
LAGUNAS AEROBIAS • También conocidas como parcialmente mezcladas • Aireación es suministrada por métodos mecánicos o difusores sumergidos. • Bajo efecto de la fotosíntesis
• La aireación solo es realizada para suministrar oxígeno, mas NO para realizar procesos de mezcla completa.
LAGUNAS AEROBIAS • • • •
Concentraciones superiores a 4.0 mg O2/l Aprox. 1.5 kg O2/kg DBO Aprox. 5.0 kg O2/kg NH4 Niveles importantes de nitrificación pueden ocurrir durante el verano o épocas de mas alta temperatura. • Penetración total de luz solar • Maximización de producción de algas • Mayor grado de operación
LAGUNAS AEROBIAS VENTAJAS Menos necesidad de área que la lagunas facultativas Baja producción de lodo, comparada con otro tipo de sistemas de tratamiento secundario No hay generación de olores
Moderado impacto de la temperatura sobre el proceso biológico
DESVENTAJAS Baja eficiencia en remoción de fósforo y amoniaco Proliferación de vectores por fallas en mantenimiento
Formación de hilo y de alta producción de lodos a bajas temperaturas Necesidad de energía para aireación
LAGUNAS AEROBIAS Criterios de diseño Profundidad
Carga
Desempeño 90% DBO 20 – 60 mg/l SST 30 años de vida útil
0.3 – 0.6 m (natural 3 m medio (forzada) 5 m máximo (forzada) 40 – 40 g DBO5/m3.d (natural) 30 – 60 g DBO5/m3.d (natural) 500 – 600 g DBO5/m3.d (forzada)
LAGUNAS AEROBIAS Modelo – Aproximación muy ideal • Cinética de primer orden • Completamente mezclado
LAGUNAS ANAEROBIAS
LAGUNAS ANAEROBIAS • Usualmente se utilizan como pre tratamiento y desbaste • Fundamentos microbiológicos de la digestión anaerobia • No recomendadas para cuando la temperatura es inferior a 15°C • Problemas potenciales de generación de olores
LAGUNAS ANAEROBIAS
LAGUNAS ANAEROBIAS • Parámetros de diseño Temperatura / carga volumétrica
LAGUNAS ANAEROBIAS • Parámetros de Diseño HRT / Carga Volumétrica
350 g DBO/m3.d
LAGUNAS ANAEROBIAS • Parámetros de Diseño Profundidad / Calidad Efluente
LAGUNAS ANAEROBIAS • Parámetros de Diseño Control de olores SO4 < 300 mg/l pH > 7.5
LAGUNAS ANAEROBIAS
LAGUNAS FACULTATIVAS
LAGUNAS FACULTATIVAS Profundidad
1.0 – 2.0 m > 2.0 m anaerobia (asociada a carga) < 1.0 m crecimiento de plantas emergentes 100 – 400 kg DBO/ha.d
Cargas típicas diseño El oxigeno requerido para la oxidación de la DBO es mayoritariamente generado por la fotosíntesis Longitud mas larga en la dirección predominante del viento 500 – 2000 µg Clorofila-A/l 70 – 80 % DBO (aguas no filtradas)
LAGUNAS FACULTATIVAS • Algas
LAGUNAS FACULTATIVAS • Variación diaria de pH y Oxígeno Disuelto
LAGUNAS FACULTATIVAS • Parámetros de Diseño - Latitud : intensidad solar – luz – Temperatura
0.9 – 1.5 m profundidad Cielo claro 75% del año A nivel del mar 3% menos por cada 10% menos de claridad Corrección por altitud
LAGUNAS FACULTATIVAS • Parámetros de Diseño - Temperatura
LAGUNAS FACULTATIVAS • Parámetros de Diseño - Eficiencia
LAGUNAS ANÓXICAS Pofundidad Cargas típicas diseño
HRT OD Fotosíntesis anoxigénica
2.5 – 5.0 m 15 – 100 g BDO/m3.d - 100 Anaerobia - 15 Facultativa 5 – 10 dias 0.2 – 1 mg/l
LAGUNAS ANOXICAS • Parámetros de Diseño - Eficiencia: Eficiencia superior a la laguna anaeróbica, pero inferior a laguna facultativa
LAGUNA DE MADURACIÓN • • • • •
Remoción de patógenos Pulimento del efluente Profundidad 1.0 – 1.5 m HRT siete (7) días Usualmente dos (2)
LAGUNA DE MADURACIÓN • Remoción de patógenos
LAGUNA DE MADURACIÓN • Huevos de Helminto