CURSO PRACTICO SOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACION: TEORIA, PRACTICA, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Transcripción

1 CURSO PRACTICO SOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACION: TEORIA, PRACTICA, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ORGANIZADO POR: ASOCIACION ECUATORIANA DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL, AEISA Y LA UNIVERSIDAD LAICA VICENTE ROCAFUERTE DE GUAYAQUIL 12 al 24 de Mayo 2003 Guayaquil, Ecuador

2 CURSO INTERNACIONAL SOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN REDUCCION DE ORGANISMOS PATOGENOS EN LAGUNAS DE ESTABILIZACION Y LAGUNAS DE MADURACION Fabian Yanez, Ph.D. CONSULTANTOR

3 CATEGORIAS DE INFECCIONES CAUSADAS POR PATOGENOS NORMALMENTE PRESENTES EN EXCRETAS HUMANAS 1: Causadas por agentes que no pueden reproducirse en al ambiente en el momento de la excreción (no latentes) con una dosis infectiva media. Pueden ser: virus, protozoarios y los helmintos Enterobius Vermicularis (lombriz banca u oxiuro) e Himenolepsis nana (tenia enana). Requiere una transmisión directa personal o en el medio doméstico inmediato. 2: Causadas por bacterias de las excretas, infectivas al momento de la excreción. Requieren una mayor dosis infectiva, pueden reproducirse fuera del huésped y comúnmente se transmiten en el medio doméstico inmediato. 3: Causadas por nematodos intestinales trasmitidos por el suelo: ascárides (Ascaris lumbricoides), anquilostomas (Anquilostoma Duodenale y Necatur americanus) y los tricocéfalos (Trichuris trichura). No requieren de huésped intermediario, pero sus huevos necesitan de un período de latencia; la dosis infectiva es la mínima, un sólo organismo produce enfermedad. Por esto, estos organismos patógenos son los de mayor importancia sanitaria en el tratamiento y reuso de aguas residuales. 4: Causadas por la Taenia Saginata y Taenia Solium, las cuales para su transmisión requieren de un huésped intermediario, normalmente la vaca o el cerdo, quienes deben primero ingerir un huevo viable. 5: Causadas por helmintos acuáticos que requieren uno o dos huéspedes acuáticos intermediarios, siendo el primero de ellos el caracol, en el cual el agente patógeno se multiplica y el segundo (si existe), un pez o planta macrofita acuática.

4 ORGANISMOS PATOGENOS RESPONSABLES POR INFECCIONES HELMINTOS Son los responsables por las infecciones en las categorías 3, 4 y 5. Son relativamente grandes comparados con bacterias. Son los de mayor supervivencia en el ambiente, del orden de meses. Su remoción el plantas de tratamiento de aguas residuales obedece principalmente a sedimentación. Se requieren períodos de 8 10 días para asegurar su remoción. Virus, bacterias y protozoarios Su supervivencia es del orden de días. Su mortalidad obedece a la acción de agentes antibacterianos: antagonismo de otros organismos, radiación solar, incremento del ph, etc. Para virus y bacterias se han determinado tasas de mortalidad neta en procesos de tratamiento. Conocido el submodelo hidráulico es posible determinar su reducción.

5 RIESGO REAL Y RIESGO POTENCIAL Para que exsista un riesgo real para la salud, se deben dar todas las condiciones indicadas a continuación: Una dosis infectiva del organismo llega al lugar de con tacto (el campo o una laguna de estabilización) o se multiplica en dichos lugares hasta alcanzar una dosis infectiva la dosis infectiva alcanza a una persona la persona se infecta y, la infección causa enfermedad o promueve su transmisión Existirá solamente un riesgo potencial cuando no se cumpla la última condición.

6 RIESGOS SANITARIOS DE LA PRESENCIA DE ORGANISMOS PATOGENOS EN AGUAS RESIDUALES SOMETIDAS A REUSO TIPO DE ORGANISMO E INFECCION ORDEN DE RIESGO Nematodos intestinales Elevado Ascaris Spp. Trichuris Spp. Anquilostomas Bacterias Diarreas bacterianas (como cólera, fiebre tifoidea) Virus Diarreas víricas Hepatitis A Trematodos y cestodos Esquistosomiasis Clonorquiasis Teniasis Menor Mínimo De elevado a nulo según el método de reuso y características locales

7 REMOCION DE PARASITOS El phylum de protozoarios incluye más de 30 especies que pueden atacar al hombre. De esos, doce son patógenos verdaderos, diez son trasmitidos por insectos y el resto (Giardia lamblia y Entamoeba histolítica) puede ser trasmitido por moscas o por el agua. Solamente tres de los protozoarios intestinales del hombre son conocidos como patógenos frecuentes: (1) Entamoeba histolítica; (2) Giardia Lamblia y (3) Balantidium coli. Los tres ueden ser trasmitidos por portadores humanos asintomáticos. De ellos, la entamoeba histolítica es la de mayor significación ya que produce la disentería amebiana en el hombre. La ameba es un organismo muy frágil, pero forma un quiste que la protege y en esta forma es viable por períodos prolongados. El phylum nematelminto incluye varios parásitos de vida independiente, forma cilíndrica, tamaño variable y usualmente con aparato digestivo. Las especies importantes incluyen los nematodos como: Trichinella spiralis, Trichuris trichiura, Strongyloides stercoralis, Ancylostoma duodenale, Necator americanus, Ascaris lumbricoides y Esterobius vermicularis. Existe abundante información sobre parásitos en excretas y aguas residuales, cubriendo variados aspectos como: contribuciones por habitante y concentraciones presentes, supervivencia en varios medios, reducción en procesos de tratamiento y sus mecanismos. De manera que se pueden establecer concentraciones en condiciones normales

8 ASPECTOS DE IMPORTANCIA EN LA REMOCIÓN DE PARÁSITOS - Se ha reportado que los procesos convencionales como la sedimentación primaria, lodos activados y filtros biológicos, son ineficientes en la remoción de helmintos y protozoarios. - De acuerdo con los resultados de un buen número de investigaciones y evaluaciones de lagunas, y para asegurar la reducción total de helmintos, se ha recomendado el diseño de lagunas de estabilización con un período de retención de 8 a 10 días como mínimo. - Se ha encontrado que las lagunas proveen de condiciones ambientales favorables para controlar la diseminación de Bilharzia haematobium, a través de la eliminación del caracol o huésped intermediario. Para el control del Schistosoma mansoni se ha recomendado la inclusión de lagunas anaeróbicas, en vista de que el ambiente libre de oxígeno afecta la viabilidad de la miriacidia y el caracol. - Se ha encontrado la presencia de estados larvales de nematodos en efluentes de lagunas de estabilización. Por ejemplo la sedimentación de huevos viables de Anquilostoma ocurre en la laguna primaria y luego el organismo evoluciona al estado larval y es transportado a efluentes secundarios y terciarios. La presencia de estas formas, aún en elevados números, el efluentes de lagunas no tiene importancia para la salud pública, porque los organismos en esta forma no son patógenos para el ser humano.

9 ORGANISMOS INDICADORES DE LA CALIDAD BACTERIOLÓGICA REQUISITOS DE UN INDICADOR IDEAL Se basa en información recopilada en los últimos 80 años - Un componente normal de la flora intestinal de gente saludable - Su hábitat debe ser exclusivamente intestinal, de modo que cuando se le detecte en el ambiente, implique contaminación fecal - Debe estar ausente en animales no humanos (este requisito no es satisfecho por ninguno de los indicadores bacterianos usados en el presente) - Debe estar presente cuando se detecten patógenos de origen fecal - Debe estar presente en números mayores que los patógenos fecales - Debe ser incapaz de multiplicarse fuera del intestino y deben tener una tasa de mortandad algo menor que la de los patógenos fecales - Debe ser resistente a factores antagónicos naturales y debe sobrevivir procesos de tratamiento de aguas residuales, en un grado igual o menor que los patógenos fecales - Debe ser de fácil identificación y conteo y, - Debe ser no patógeno. En la práctica, ninguna de las bacterias usadas como indicadoras de contaminación fecal cumplen con todos los requisitos indicados. En bacteriología del agua existen tres indicadores comunmente usados: el grupo coliforme, el Streptococcus faecalis y el Clostridium perfringens. De los grupos indicados, el coliforme es el que ofrece mayores ventajas. El coliforme fecal es más valioso que el coliforme total, para la evaluación de calidad bacteriológica de aguas contaminadas, pues excluye la presencia de organismos no fecales que pueden estar sujetos a reproducción posterior. Hasta el momento no se conoce un mejor indicador de contaminación fecal que el coliforme, por lo cual se continua con su uso.

10 MODELOS DE REDUCCION BACTERIANA MODELO DE MEZCLA COMPLETA Usado repetidamente en el pasado, a pesar de serios inconvenientes. Entre las principales fallas: (1) suposición de mezcla completa, muy lejos de la realidad; (2) uso de constantes de mortalidad inconsistentes; (3) aplicación a lagunas de igual tamaño en serie, ha producido fracasos espectaculares, principalmente en el caso de sistemas en serie con unidades primarias del tipo anaeróbico. En este caso el error ha sido el mantener la segunda laguna (supuestamente facultativa) de igual tamaño que la anaeróbica, sin cuidar que se den las condiciones de carga facultativa, produciéndose un acarreo de la carga anaeróbica y condiciones de toxicidad para las algas, a través del sistema. Es modelo entra en desuso con el desarrollo de las constan tes de mortalidad neta y la caracterización del submodelo hidráuli co que forman parte del modelo de flujo disperso.

11 MODELOS DE REDUCCION BACTERIANA MODELO DE MEZCLA COMPLETA Asumiendo mezcla completa, los datos de evaluaciones de lagunas han sido procesados para calcular las constantes globales de mortalidad bacteriana, con el uso de la siguiente fórmula: Kb' = (No/N - 1)/PR N y No son respectivamente el coliforme fecal del efluente y afluente en #/100 ml, Kb' es la constante de mortalidad global en (1/días) y PR es el período de retención nominal de la laguna en días. Marais con datos de lagunas en el Africa Central: (1) Kb' entre 0.3 y 8.0 para coliforme fecal; (2) Kb' = 2 promedio para lagunas en serie; (3) Kb' = 1.6 en otros experimentos con una serie de nueve lagunas de maduración. Datos usados solo para el diseño de lagunas de maduración Slanetz reporta reprocesamiento de datos de Marais entre 5 y 21 º C : Kb' = 2.6 x 1.19 T-20 Sherry y Parquer para lagunas en Australia: (1) Kb entre 0.18 y 7.0 (1/día) para verano; (2) entre 0.22 y 10 (1/día) para invierno Wright para lagunas en el sur de la India: Kb' = 2.4 (1/día).

12 MODELOS DE REDUCCION BACTERIANA MODELO DE MEZCLA COMPLETA COEFICIENTE DE MORTALIDAD GLOBAL PARA LAGUNAS ANAEROBICAS Carga Coeficiente de mortalidad Kg DBO/(Ha.d) global Kb', 1/d Aunque en la mayoría de los casos los datos de las investigaciones han ajustado al modelo de mezcla completa con altos coeficientes de correlación, los intervalos de valores para las constantes de mortalidad son bastante amplios resultantes de una suposición irreal en cuanto al submodelo hidráulico.

13 MODELO DE FLUJO DISPERSO Componentes Componentes esenciales de este modelo: (1) la constante de mortalidad neta y (2) la caracterización del submodelo hidráulico a través del factor de dispersión. MORTALIDAD NETA Esta es una constante de reacción de primer orden que caracteriza a la Ley de Chick y es desarrollada a través de pruebas específicas en equilibrio discontinuo, o en rectores de forma alargada funcionando en estado estable. En ambos casos la mortalidad de bacterias se comporta exactamente con la misma formulación matemática. El uso de datos de mortalidad neta es solamente correcto en un modelo que describa adecuadamente el funcionamiento hidráulico de una laguna. Los ensayos con lagunas subdivididas, simulando flujo a pistón, son de gran utilidad en la determinación de tasas de mortalidad neta de bacterias, no solo porque proveen datos de la constante cinética de mortalidad, sino porque al mismo tiempo, validan el uso del modelo de flujo disperso, en un una de sus condiciones límites. Los valores del coeficiente de mortalidad neto son mucho más bajos que para el coeficiente de mortalidad global, pero el intervalo de valores es mucho más reducido, lo cual no es sino el reflejo de resultados en condiciones experimentales mucho más controladas.

14 MODELO DE FLUJO DISPERSO Componentes TASAS DE MORTALIDAD BACTERIANA NETA TEMP COLI C Kb, 1/d TIPO DE SISTEMA REFERENCIAS Fecal Flujo tipo pistón Klock Fecal Flujo tipo pistón Klock Fecal Flujo tipo pistón Klock Fecal Flujo tipo pistón Klock Fecal Flujo tipo pistón Wright Fecal Flujo tipo pistón Wright Feca Flujo tipo pistón Yánez Total En 23 pruebas Yánez Fecal En 31 pruebas Yánez Fecal Varias pruebas Castillo Fecal Para agua dulce Mancini Los valores indicados corresponden a lagunas funcionando con un mecanismo de fotosíntesis bien establecido, o sea del tipo facultativo.

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18 C o l i f o DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL T 90 1E+07 1E+06 1E+05 ',, K20 = 1.2 1/d, T90=1.92 R2= No. 3, ' Kb26=1.76 1E+04,' 1E Tiempo de Permanecia, Días

19 MODELO DE FLUJO DISPERSO Componentes: Submodelo hidráulico Consiste en determinar la dispersión en una laguna de características dadas. El primer método parte de consideraciones de orden teórico y trata de agrupar una serie de variables. Existen tres formulaciones: Fisher considera el flujo en un estanque de las características de un canal y describe el factor de dispersión con la siguiente fórmula: (PR.v.A)0.5 (A + 2.Z)1.5 d = (L.Z)1.5 d = factor de dispersión adimensional; PR = período de retención en días v = viscosidad cinemática en m2/día; A = ancho del canal en metros Z = profundidad de la laguna en metros L = longitud de paso del fluido desde el afluente hasta el efluente en metros Resulta en valores más altos que los determinados experimentalmente: para una laguna cuadrada de 1 Ha., con un período de retención nominal de 10 días y una profundidad de 1.3 m., resulta en un factor de dispersión de 1.98, lo cual es aproximadamente el doble del valor experimental.

20 MODELO DE FLUJO DISPERSO Componentes: Submodelo hidráulico (PR.V)0.25 (A + 2.Z)2.35 d = ; (L.A.Z) [PR.v (A + 2.Z)]0.489 A1.511 d = : (L.Z)1.489 Formulación de Liu Formulación del Polpraser Para el caso de la laguna anterior, el uso de la última fórmula resulta en un valor ligeramente menor, de Cerca del doble del valor experimental. En cambio para una laguna rectangular, de 2 Ha. y con una relación largo/ancho de 2.0, un período de retención nominal de 10 días y una profundidad de 1.5 m., resulta en un coeficiente de dispersión de 0.356, el mismo que es menor que lo determinado experimentalmente. Formulaciones anteriores son de difícil comparación por efecto del gran número de variables incorporadas. Los resultados que se obtienen dan valores dentro de un orden de magnitud aceptable, a falta de mejores datos.

21 MODELO DE FLUJO DISPERSO Componentes: Submodelo hidráulico El segundo método se basa exclusivamente en datos de 24 pruebas de trazadores, a escala completa validadas por un alto porcentaje de recuperación del trazador. Los factores de dispersión han sido agrupados para las diferentes lagunas, según la respectiva relación largo/ancho (L/A) y se ha desarrollado la siguiente correlación con un significativo coeficiente de correlación R2 = (L/A) d = (L/A) (L/A)² El uso de la correlación anterior ofrece las mejores ventajas de uso como son la simplicidad y dependencia solamente de una variable.

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23 Resultados de Pruebas de Trazadores en Lagunas (2000) LAGUNAS TRAZADOR Y DISPERSION INSTALACION Area, m2 L/A TIPO % Rec. d d Prom 1 SAN JUAN LAGUNA P3-2 8, RHODAMINA M SAN JUAN LAGUNA P1-1 12, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA IP1-1 12, YODO SAN JUAN LAGUNA P2-1 11, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA IP2-1 11, YODO SAN JUAN LAGUNA P3-1 8, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA T3-1 5, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA T3-2 5, RHODAMINA M SAN JUAN LAGUNA S3-1 4, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA S1-1 14, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA S1-2 14, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA S1-3 14, RHODAMINA B SAN JUAN LAGUNA S1-4 14, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA SI-5 14, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA S1-6 14, RHODAMINA M SAN JUAN LAGUNA IS1-1 14, YODO SAN JUAN LAGUNA T2-1 13, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA T2-2 13, RHODAMINA M CORINE, UTAH - 7 3, RHODAMINA B CORINE, UTAH - 6 4, RHODAMINA B CORINE, UTAH - 5 4, RHODAMINA B CORINE, UTAH - 4 4, RHODAMINA B CORINE, UTAH - 3 4, RHODAMINA B CORINE, UTAH - 2 4, RHODAMINA B SAN JUAN LAGUNA T1-1 14, RHODAMINA WT SAN JUAN LAGUNA IT1-1 14, YODO SAN JUAN LAGUNA T1-2 14, RHODAMINA M CORINE, UTAH , RHODAMINA B SAN JUAN LAGUNA S2-1 8, RHODAMINA WT

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26 FIN DE LA PRESENTACION Gracias por su atención Preguntas por favor