DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

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1 DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN FERNANDO DANIEL FRANCO JARA Laboratorista de cemento, suelos y asfalto por el M.O.P.C. y la U.C.A. Concluye la carrera de Ingeniería Civil en la Universidad Católica Nuestra Señora de la Asunción con la investigación sobre lagunas de estabilización como parte de su tesis de grado. Participa en seminarios de patología de la construcción y presas, así como en cursos de residencia de obras y mampostería estructural. Dirección: Ing. Fernández 207 e/ Cap. Ortíz. Barrio Villa Guaraní. Asunción. Teléfonos: (021) y (0981) ffranco@civileng.zzn.com MARCELO LUIS GALEANO KEGLER Bachiller Técnico en Química Industrial. Profesor en el área de Trabajo y Tecnología EEB. Laboratorista de cemento, suelos y asfalto por el M.O.P.C. y la U.C.A. Concluye la carrera de Ingeniería Civil en la Universidad Católica Nuestra Señora de la Asunción con la investigación sobre lagunas de estabilización como parte de su tesis de grado. Participa en seminarios de patología de la construcción (PRE CONPAT) y presas, así como en cursos de residencia de obras. Dirección: Diagonal Cabrera 3681 c/ 25 de Mayo y Gaudioso Núñez. Barrio Ex Seminario. Asunción. Teléfonos: (021) y (0971) mlgaleano@rieder.net.py

2 DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Fernando Daniel Franco Jara Marcelo Luis Galeano Kegler 1. INTRODUCCIÓN. El año fue declarado por la UNESCO como Año Internacional del Agua Dulce. Sumándonos a este movimiento, nos pareció que se justificaba plenamente investigar una alternativa en el manejo racional del agua, en el marco de la preservación de los recursos hídricos. La literatura consultada y las diversas informaciones a las que pudimos acceder evidencian por una parte, el deterioro progresivo de este vital recurso para las sociedades, y por otra, el fracaso en la aplicación de las tecnologías desarrolladas por los países de primer mundo, para el diseño de métodos de tratamiento de efluentes en países en desarrollo como el nuestro. Por ello la alternativa más pertinente y viable, era la de recurrir al diseño y a la aplicación de las tecnologías apropiadas. Sabiendo, que los climas tropicales como el de Paraguay, propician un medio ambiente ideal para el tratamiento natural de aguas residuales, y que el tratamiento de efluentes en lagunas de estabilización se enmarca dentro de los procedimientos con bajo costo, debido a su fácil construcción, escaso mantenimiento, y la utilización de una mano de obra poco especializada para su control, se optó por llevar a cabo una investigación experimental a escala real de este sistema apuntado como adecuado para la reducción de patógenos y remoción de materia orgánica, resolviendo así el problema de salud. Con el objeto de ejecutar dicha investigación, se rediseñaron las instalaciones preexistentes en el Campus de la Universidad Católica de Asunción, para que se comporten como lagunas de estabilización. Se completó la construcción del sistema con el agregado de estructuras hidráulicas complementarias; se puso en marcha la serie de lagunas y, basándose en el monitoreo de parámetros, se evaluó su eficiencia para un periodo dado. 2. HIPÓTESIS. Hipótesis I: El tratamiento de aguas residuales de origen doméstico en las lagunas de estabilización construidas, bajo las condiciones del proyecto, tiene una eficiencia, en cuanto a la remoción de coliformes fecales, del orden de 99,9943 %. Hipótesis II: El efluente, de la serie de lagunas estudiadas, cumplirá con los requerimientos de calidad exigidos para su vertido en los cauces naturales de agua. Hipótesis III: La predicción de calidad del efluente se ajusta al nivel previsto en el modelo matemático utilizado. 3. METODOLOGÍA EMPLEADA Diseño y construcción del sistema. Para el dimensionamiento de las lagunas de estabilización se utilizó el modelo matemático racional propuesto por el Ing. Rodolfo Sáenz Forero, consultor de aguas residuales del CEPIS, en el que se considera como parámetro de diseño a los coliformes fecales y el cual predice la reducción de patógenos en el efluente de la planta de tratamiento. Se optó por una serie de 3 lagunas facultativas, introduciendo al modelo los valores de parámetros considerados en otros estudios o sugeridos por profesionales. La geometría de las mismas quedó determinada en función al caudal de entrada, consistente en aguas residuales de origen doméstico del barrio Santa Ana, (correspondiente al aporte de 60 personas) y la calidad bacteriológica permitida por la reglamentación vigente. Se consideraron la clasificación del suelo, así como las características de los taludes construidos con antelación y preservados hasta la limpieza del terreno.

3 Se determinó la incorporación de mamparas deflectoras, de manera a aumentar el recorrido hidráulico del líquido, y por ende el tiempo de retención, además de mejorar la mezcla hidráulica, en las lagunas primaria y terciaria Así, las lagunas quedaron determinadas con las siguientes dimensiones: Laguna Primaria Dimensión exterior (m) Profundidad de Profundidad Efectiva Pendiente Profundidad (m) Borde Libre (m) Largo Ancho Lodo (m) (m) (proporción) 9,50 9,00 2,00 0,10 0,10 1, División por Medidas de fondo (m) Sección media (m) N = 2 Relación largo Relación largo mampara ancho con ancho Largo Ancho Largo Ancho Largo (m) Ancho (m) mampara 5,50 5,00 7,50 7,00 1,071 15,00 3,50 4,286 Laguna Secudaria Dimensión exterior (m) Profundidad de Profundidad Profundidad (m) Borde Libre (m) Pendiente (proporción) Largo Ancho Lodo (m) Efectiva (m) 9,00 5,00 1,90 0,10 0,20 1,60 1 0,9 Medidas de fondo (m) Sección media (m) Relación largo ancho Largo Ancho Largo Ancho 5,58 1,58 7,20 3,20 2,25 Laguna Terciaria Dimensión exterior (m) Profundidad de Profundidad Profundidad (m) Borde Libre (m) Pendiente (proporción) Largo Ancho Lodo (m) Efectiva (m) 3,70 3,70 1,20 0 0,20 1,00 1 0,58 División por Relación largo Medidas de fondo (m) Sección media (m) Relación largo N = 2 mampara ancho con ancho Largo Ancho Largo Ancho Largo (m) Ancho (m) mampara 2,30 2,30 2,88 2,88 1,00 4,60 1,15 4,00 Las características del suelo natural del lugar hicieron necesaria la implantación de una membrana impermeable de modo a evitar contaminación. Utilizándose una a base de asfalto modificado con polímeros de APP, estructurada con un tejido de filamentos de poliéster previamente estabilizados. La alimentación del sistema se realizó mediante tanque elevado, abastecido mediante bomba de diafragma, la cual se trató de regular y medir mediante un registro con rebosadero y vertedero triangular. El mismo mecanismo de medición se utilizó en los demás vertederos, los cuales se dispusieron además entre la laguna primaria y la secundaria y al final del sistema. Los demás registros se construyeron de manera a permitir la interconexión del sistema y el funcionamiento eficaz del mismo. En el diseño de los mismos primaron los aspectos constructivo y económico, considerando recomendaciones hidráulicas. Todos ellos fueron construidos sobre cimiento de piedra bruta colocada, paredes de ladrillos comunes de 0,15 cm y luego de la colocación de cañerías de PVC, fueron revocados con mortero 1:3. Se distribuyó el afluente en varias entradas, de manera a permitir una mejor homogeneización de la masa de líquido. Así en la primaria se colocaron tres, en la secundaria dos y en la terciaria una, siendo igual el número de salidas correspondientes. Las mamparas elevadas en las lagunas primarias y terciaria consisten en postes de curupay que sostienen una malla plástica Puesta en marcha o arranque del sistema. Para conseguir acortar los tiempos necesarios de arranque y lograr una buena comunidad biológica, se procedió a la inoculación mediante la incorporación de lodo activado en el lecho de las lagunas primaria y secundaria. El mismo fue extraído de la laguna primaria, de la serie de lagunas que ESSAP S.A. dispone en la ciudad de San Lorenzo.

4 Para el llenado de las lagunas se consideraron criterios técnicos Monitoreo. El monitoreo considera los siguientes parámetros, DBO 5, Coliformes Fecales y Totales, DQO y sólidos, según una frecuencia que materializa el tiempo de retención calculado durante el diseño. 4. EXPOSICIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. Al respecto se hace referencia sobre los siguientes puntos: Se pretendió introducir un caudal afluente correspondiente a 60 habitantes, lo cual no se pudo lograr, ingresando al sistema la contribución media de 75 habitantes. El agua residual de origen doméstico que alimenta al sistema tiene mayor carga orgánica y contenido bacteriológico que lo esperado. DBO 5 (mg/l) COLIFORMES (Col/100 cc) V1 V2 V3 V1 V2 V3 Comportamiento real Predicción de diseño ,5 7, Promedio de valores de DBO 5 y Coliformes Fecales. Luego del análisis de los resultados realizado para evaluar el funcionamiento de esta planta de tratamiento, se pudo concluir: La inoculación mediante lodo activado, redujo el tiempo de puesta en marcha permitiendo la realización del estudio en el período propuesto. Tras el monitoreo se comprobó el efecto reservorio propio del proceso de estabilización en las lagunas, puesto que el rango de variación de los parámetros DBO 5, DQO y coliformes fecales en los efluentes es menor que en el afluente a la serie COLIFORMES FECALES COL/100 CC Registro V1 (entrada) Registro V2 (intermedio) Registro V3 (salida) V1 V2 V3 Valores de DBO 5. N Rango de variación de CF obtenido en el monitoreo El sistema se comporta como una serie de lagunas facultativas. El aumento del ph durante el monitoreo de los efluentes, presencia de OD, ausencia de olor desagradable, color predominantemente verduzco y presencia de algas confirman el comportamiento supuesto. La carga orgánica superficial que ingresa al sistema es mayor que la permisible y que la propuesta en los estudios realizados en Perú para una laguna facultativa. Esto puede indicar que las condiciones climáticas en nuestro país son más propicias para la reducción bacteriana, lo que a su vez significa un menor costo de inversión, dando lagunas Permisible en el cálculo CARGA ORGÁNICA (kg DBO/ha día) Aplicada Límite para una laguna facultativa 263,04 525, Valores de carga orgánica superficial.

5 de menor área para alcanzar la eficiencia de diseño. Se confirma el funcionamiento del sistema como uno de lagunas en serie, lo cual fue esperado durante el diseño basado en una teoría racional. Las últimas lagunas favorecen la reducción de coliformes fecales, mientras la primera la reducción de materia orgánica. Se demuestra un óptimo funcionamiento hidráulico. Una mezcla homogénea en el contenido de OD con ausencia de zonas muertas, se debe a sistemas de carga y descarga adecuados tanto en cantidad como en ubicación, además de mamparas divisorias que aumentan el período de retención y mejoran la mezcla. La incorporación de las mamparas como deflectores, es una innovación del sistema tradicional utilizado en nuestro país. Tras el redimensionamiento, se verificó que las lagunas que incorporan mamparas divisorias se comportan como si fuesen alargadas con el doble del largo y la mitad del ancho de la laguna original. Otra consecuencia de la utilización de las mismas es la optimización del terreno paliando una de las principales desventajas de las lagunas de estabilización. De acuerdo a las hipótesis formuladas, llegamos a las siguientes pruebas: Hipótesis I: Las lagunas de estabilización construidas, no poseen una eficiencia de remoción de coliformes fecales del orden de 99,9943 % como se enunció. Se alcanzó una eficiencia del orden de 99,9814 %, la cual es menor a la esperada. Tras el redimensionamiento de las lagunas de estabilización utilizando los valores reales, se verifica con mucha exactitud dicho orden de eficiencia y se puede afirmar que bajo las condiciones del proyecto se logra una remoción de coliformes fecales del orden esperado en el diseño. Hipótesis II: El efluente de la serie de lagunas estudiadas, cumple con los requerimientos nacionales de calidad exigidos para su vertido en cauces naturales de agua, teniendo en cuenta los parámetros estudiados en esta tesis, excepto el valor máximo del monitoreo para el parámetro ph. Parámetro Valor obtenido Efluente de cualquier fuente pulidora Observación DBO 5 29 mg/l (promedio) < 50 mg/l Cumple DQO 52,8 mg/l (promedio) < 150 mg/l Cumple OD 6 mg/l > o = 4 mg/l Cumple Temperatura 35 C (máximo) 29 C (promedio) < 40 C Cumple ph 10 (máximo) 8 (promedio) 5,0 9,0 No cumple para el máximo, si para el promedio Sólidos Sedimentables 0 0,2 ml/l Hasta 1 ml/l Cumple Sólidos Suspendidos Totales (SS) 0,0373 mg/l Hasta 80 mg/l Cumple Coliformes Fecales 487 Col/100 cc Hasta 4000 Col/100 cc Cumple Coliformes Totales Col/100 cc - Cumple Hipótesis III: La predicción de calidad del efluente obtenido tras el tratamiento en las lagunas de estabilización en estudio durante el período propuesto, se ajusta al nivel previsto en el modelo matemático utilizado. Con el fin de afirmar esto, se recurrió al redimensionamiento del sistema a partir de los resultados obtenidos de los parámetros monitoreados en las condiciones reales de funcionamiento. DBO 5 (mg/l) V1 269,86 V1 269,86 V2 56,60 V2 56,60 V3 29,38 V3 28,63 Coliformes Fecales (Col/100 cc) V V V V V3 487 V3 487 Eficiencia - DBO 5 (%) V1 V2 79,03 V1 V2 79,03 V2 V3 49,41 V2 V3 49,41

6 V1 V3 89,39 V1 V3 89,39 Eficiencia Colifomes Fecales (%) V1 V2 98,6504 V1 V2 97,8770 V2 V3 98,6199 V2 V3 99,1216 V1 V3 99,9814 V1 V3 99,9814 Comparación entre el monitoreo y el redimensionamiento. 5. RECOMENDACIONES. Realizar el monitoreo en un período invernal, con el objeto de evaluar las lagunas en el período de menor eficiencia. Realizar la estratificación de algunos parámetros, como ph, temperatura, OD, con el objeto de calificar el proceso de tratamiento dentro de las lagunas. Estudiar el balance hídrico de las lagunas, con el objeto de identificar las pérdidas de líquido por infiltración y evaporación, y el ingreso por precipitación o nivel freático. Conectar el reactor anaeróbico de flujo ascendente con el sistema de lagunas, con el objeto de complementar las mejores características de cada proceso de tratamiento. Estudiar la reutilización del efluente (piscicultura, riego, etc.). Así, aparte del monitoreo del mismo, se haría necesaria la construcción de otra laguna para estanque de peces, o la conducción del efluente a una huerta experimental. Hacer un estudio del período de retención, con el objeto de verificar el valor de diseño y considerarlo para la determinación de la eficiencia. Por ejemplo: llevar a cabo pruebas de trazadores o isótopos radiactivos.