REMOCIÓN DE ALGAS EN EFLUENTES DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN UTILIZANDO MAMPARAS SUMERGIDAS

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1 REMOCIÓN DE ALGAS EN EFLUENTES DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN UTILIZANDO MAMPARAS SUMERGIDAS Ivette Renée Hansen Rodríguez (*) Ing. Civil por la Universidad de Occidente, Campus Guasave. Candidata a Maestra en Ingeniería (Ambiental) por la DEPFI-UNAM, Campus Morelos. Especialista en Hidráulica en la Subcoordinación de Tratamiento de Aguas Residuales del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Gabriela Mantilla Morales Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Alejandro Jesús Ruíz López Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Dirección(*): Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Paseo Cuauhnáhuac No. 8532, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos, México, C.P. 625 Tel. +52 (777) ext. 430 y 432 Teléfono directo +52 (777) , RESUMEN En México el uso de lagunas de estabilización para el tratamiento de agua residual municipal es muy importante. Uno de los problemas que presenta este proceso de tratamiento se debe a que el efluente suele tener altas concentraciones de DBO 5 y de sólidos suspendidos, los cuales exceden los límites máximos permitidos por la NOM-001-ECOL-96, y con ello se favorece el aumento de la carga orgánica de los ríos y lagos donde se lleva a cabo la descarga, incrementando la tasa de eutroficación. La instalación de mamparas ha sido propuesta por varios investigadores (Cigana et. al., 1998; Muttamara y Puetpaiboon, 1997; Pedhazur et.al., 1993; Killani y Ogunrombi, 1984) como una forma de mejorar las características hidráulicas de las lagunas, buscando romper el flujo estratificado, aminorar las zonas muertas y reducir los cortos circuitos, incrementando el tiempo de retención real. Se reporta que en las lagunas de estabilización equipadas con mamparas se efectúa un mejor tratamiento que aquellas sin las mismas. Han sido utilizadas para la remoción de objetos flotantes. Sin embargo, no han sido consideradas como estructuras que favorezcan la remoción de algas. Se presenta la utilización de estructuras hidráulicas (mamparas sumergidas verticales) en lagunas de estabilización para establecer si el uso de las mismas favorece la remoción de algas en el efluente. Se efectuó un estudio experimental, a nivel laboratorio, utilizando dos canales rectangulares de iguales dimensiones (1.8 x 0.3 x 0.5 m; largo x ancho x profundidad) instalados a temperatura ambiente. En este trabajo se analizó la instalación de dos mamparas, tres mamparas y sin mamparas (control). Los resultados indican que las lagunas acondicionadas con mamparas presentaron mejores eficiencias de remoción que aquellas carentes de las mismas. Los canales con mamparas alcanzaron remociones de SST superiores al %, mayores del 25% de la DBO 5 soluble y total; así como del 45% para la clorofila a y clorofila b; mientras que, para la clorofila c, las remociones fueron del orden del 40%. PALABRAS CLAVES: Aguas residuales, algas, lagunas de estabilización, mamparas sumergidas, remoción.

2 INTRODUCCIÓN En México, las lagunas de estabilización son el proceso más utilizado para el tratamiento de aguas residuales municipales, siempre y cuando, los costos de terreno sean bajos. Además, es un sistema cuya operación es relativamente sencilla, de bajo costo de operación y mantenimiento y la calidad del efluente producido, en general, cumple con la normatividad mexicana vigente. De acuerdo con el Inventario Nacional de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales publicado por la Comisión Nacional del Agua (diciembre, 2001), existen 530 lagunas de estabilización (46.8% de la infraestructura de tratamiento en el país). Sin embargo, actualmente solo operan 486 lagunas. Las lagunas de estabilización constituyen uno de los procesos de tratamiento más utilizado debido a su bajo costo de inversión (excepto por el requerimiento del terreno), los bajos costos de operación y mantenimiento y su capacidad para asimilar cargas orgánicas o hidráulicas fluctuantes. Gran parte del efluente tratado por este sistema es descargado a cuerpos receptores nacionales, y en ocasiones, los límites máximos permitidos por la NOM-001-ECOL-96 son excedidos debido a la presencia de algas en el efluente, lo cual se refleja en un alto contenido de SST y DBO 5. En general, las mamparas han sido utilizadas para mejorar las características hidráulicas de las lagunas, aminorar las zonas muertas y reducir los cortos circuitos, así como para incrementar el tiempo de retención real y para la remoción de objetos flotantes. Sin embargo, no han sido consideradas como una estructura que favorezca la remoción de algas. En las lagunas de estabilización se pueden presentar tres tipos de algas: sedimentables, superficiales o filamentosas, y flageladas o móviles. Por tal motivo, se estableció que se instalaran mamparas verticales sumergidas, a fin de que funcionaran como obstáculo para los tres tipos de algas. OBJETIVOS Implementar cambios en el flujo hidráulico dentro de las lagunas por medio de mamparas verticales sumergidas, con el fin de lograr una disminución en las algas presentes en el efluente. Determinar si al realizar el cambio estructural se favorece la remoción de algas, reflejada en términos de DBO 5, SST y clorofila. METODOLOGÍA Se implementó un reactor experimental consistente en dos canales de iguales dimensiones (1.8 x 0.3 x 0.5 m; largo x ancho x profundidad) instalados a temperatura ambiente. Las mamparas consistieron en una cortina rígida de material plástico, sin orificios. Para su colocación, en el canal con dos mamparas se situaron al 75 y 87.5% de la longitud total del canal; mientras que, en el canal con tres mamparas, su ubicación fue al 62.5, 75 y 87.5%. Se utilizó agua residual de origen municipal de concentración promedio baja (Metcalf & Eddy, 1996). Se determinó la influencia de la turbulencia provocada por la colocación de las mamparas, mediante los valores de los números de Reynolds y Froude, los cuales alcanzaron valores de 1.11 a 2.21 en el caso de Reynolds, manteniéndose régimen laminar. Los valores del número de Froude oscilan en un intervalo de 10-6 a 10-5, lo que indica condiciones de estabilidad en el sistema. El tiempo de retención hidráulico utilizado fue de 7 días. Los parámetros analizados durante el trabajo experimental son: DBO 5 soluble y total, SST y clorofilas a, b y c (Standard Methods, 1999).

3 RESULTADOS CANAL CON DOS MAMPARAS Y CONTROL Las remociones promedio de los sólidos suspendidos totales fueron del 52% para el canal con 2 mamparas y del 31% para el control (Figura 1) mamparas Entrada 2 mamparas Salida Control 1 Entrada Control 1 Salida SST (mg/l) Jul 15-Jul 17-Jul 19-Jul 21-Jul 23-Jul 25-Jul Figura 1: Sólidos suspendidos totales (Corrida 1) De manera similar a lo obtenido para los SST, el canal con 2 mamparas obtuvo mejores remociones de DBO 5 soluble, logrando en promedio una remoción del 22%; mientras que, el canal control alcanzó una remoción promedio del 13% (Figura 2) mamparas Entrada 2 mamparas Salida Control 1 Entrada Control 1 Salida DBO5 soluble (mg/l) Jul 15-Jul 17-Jul 19-Jul 21-Jul 23-Jul Figura 2: Demanda bioquímica de oxígeno, soluble (Corrida 1) De forma análoga, el canal con mamparas alcanzó mejores remociones de DBO 5 total que el control, obteniendo en promedio un 27% de remoción, en tanto que, en el canal control se obtuvo un 18% de remoción promedio (Figura 3).

4 DBO5 total (mg/l) mamparas Entrada 2 mamparas Salida 20 Control 1 Entrada Control 1 Salida 13-Jul 15-Jul 17-Jul 19-Jul 21-Jul 23-Jul Figura 3: Demanda bioquímica de oxígeno, total (Corrida 1) En cuanto a las clorofilas a, b y c, las remociones fueron del orden del 43%, 48% y 42%, para el canal con mamparas; mientras que, en el control se presentó una remoción del 22%, 25% y 30%, respectivamente (Figuras 4, 5 y 6) Clorofila a (mg/l) Entrada, 2 mamparas Salida, 2 mamparas Entrada, Control 1 Salida, Control 1 18-Jul 19-Jul 20-Jul 21-Jul 22-Jul 23-Jul 24-Jul 25-Jul 26-Jul Figura 4: Clorofila a (Corrida 1) Clorofila b (mg/l) Entrada, 2 mamparas Salida, 2 mamparas Entrada, Control 1 Salida, Control Jul 19-Jul 20-Jul 21-Jul 22-Jul 23-Jul 24-Jul 25-Jul 26-Jul Figura 5: Clorofila b (Corrida 1)

5 Entrada, 2 mamparas Salida, 2 mamparas Entrada, Control 1 Salida, Control 1 Clorofila c (mg/l) Jul 19-Jul 20-Jul 21-Jul 22-Jul 23-Jul 24-Jul 25-Jul 26-Jul Figura 6: Clorofila c (Corrida 1) CANAL CON TRES MAMPARAS Y CONTROL Se alcanzaron remociones promedio de los sólidos suspendidos totales del 56% en el canal con 3 mamparas y del 31% para el canal control (Figura 7) mamparas Entrada 3 mamparas Salida Control 2 Entrada Control 2 Salida SST (mg/l) Ago 16-Ago 18-Ago 20-Ago 22-Ago 24-Ago 26-Ago Figura 7: Sólidos suspendidos totales (Corrida 2) El canal con mamparas alcanzó mayores remociones de DBO 5 soluble que el control, alcanzando un 26% de remoción promedio comparado con un 17% (Figura 8).

6 mamparas Entrada 3 mamparas Salida Control 2 Entrada Control 2 Salida DBO5 soluble (mg/l) Ago 16-Ago 18-Ago 20-Ago 22-Ago 24-Ago Figura 8: Demanda bioquímica de oxígeno, soluble (Corrida 2) El canal con mamparas logró mejores remociones de DBO 5 total que aquel sin mamparas, obteniendo un 25% de remoción promedio; en tanto que el canal control alcanzó un 14% (Figura 9) mamparas Entrada 3 mamparas Salida Control 2 Entrada Control 2 Salida 80 DBO5 total (mg/l) Ago 16-Ago 18-Ago 20-Ago 22-Ago 24-Ago Figura 9: Demanda bioquímica de oxígeno, total (Corrida 2) Respecto a las clorofilas a, b y c, en el canal con mamparas las remociones fueron del 45%, 48% y 41%; mientras que el canal control presentó una remoción del 28%, 29% y 32%, respectivamente (Figuras 10, 11 y 12).

7 Clorofila a (mg/l) Entrada, 3 mamparas Salida, 3 mamparas Entrada, Control 2 Salida, Control 2 19-Ago 20-Ago 21-Ago 22-Ago 23-Ago 24-Ago 25-Ago 26-Ago 27-Ago Figura 10: Clorofila a (Corrida 2) Entrada, 3 mamparas Salida, 3 mamparas Entrada, Control 2 Salida, Control 2 Clorofila b (mg/l) Ago 20-Ago 21-Ago 22-Ago 23-Ago 24-Ago 25-Ago 26-Ago 27-Ago Figura 11: Clorofila b (Corrida 2) Clorofila c (mg/l) Entrada, 3 mamparas Salida, 3 mamparas Entrada, Control 2 Salida, Control 2 19-Ago 20-Ago 21-Ago 22-Ago 23-Ago 24-Ago 25-Ago 26-Ago 27-Ago Figura 12: Clorofila c (Corrida 2)

8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Debido a que las corridas experimentales se realizaron en tiempos diferentes, se llevó a cabo una evaluación estadística de los resultados obtenidos. Se determinó igualdad a la entrada de los 2 canales utilizados durante la corrida 1 (2 mamparas y control 1); así como en los 2 canales utilizados durante la corrida 2 (3 mamparas y control 2). Para poder realizar una comparación en los resultados de ambas corridas es necesario que exista igualdad entre ambos controles, así como entre los canales con 2 y 3 mamparas. Los resultados indican que existe igualdad entre ambos controles, no así en el caso de los canales con mamparas, los cuales tienen entradas estadísticamente diferentes. Finalmente, se obtuvieron mejores eficiencias de remoción en los canales acondicionados con mamparas que en aquellos carentes de las mismas. Debido a la falta de igualdad entre los canales con mamparas es necesario que se lleven a cabo corridas simultáneas para que se obtengan resultados más precisos y determinar cual es más apropiado, colocar 2 ó 3 mamparas. Se recomienda que este estudio se realice a escala piloto y posteriormente, a escala real, para obtener resultados mas adecuados. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cigana, J., G. Lefebvre, C. Marche, and M. Couture (1998), Design criteria of underflow baffles for control of floatables, Water Science and Technology, vol. 38, 10, Comisión Nacional del Agua (2001), Inventario Nacional de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales, Subdirección General de Construcción, Unidad de Agua Potable y Saneamiento, Gerencia de Potabilización y Tratamiento, 1 65 Killani, J.S., and J. A. Ogunrombi (1984), Effect of baffles on the performance of model waste stabilization ponds, Water Research, vol 18 (8) Metcalf and Eddy (1996), Ingeniería de las aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización, 3ra. ed., McGraw-Hill, México, 104, 105, Muttamara, S, and Puetpaiboon (1987), Roles of baffles in waste stabilization ponds, Water Science and Technology, vol. 35, 8, Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996 que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 06 de enero de 1997 Pedahzur, R., A. M. Nasser, I. Dor, B. Fattal, and H. I. Shuval (1993), The effect of baffle installation on the performance of a single-cell stabilization pond, Water Science and Technology, vol. 27, 7-8, Greenberg, A., S. C. Lenore, D. E. Andrew (1999), Standard Methods: For the examination of water and wastewater, APHA, WEF, AWWA, 20ª ed., WASHINGTON, D.C.

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