TRATAMIENTO DE EFLUENTES. Tema 13: Sistemas naturales de tratamiento - Lagunas

Transcripción

1 TRATAMIENTO DE EFLUENTES Ingeniería a Sanitaria Tema 13: Sistemas naturales de tratamiento - Lagunas Dr. Ing.. Horacio Campaña- Prof. Asoc.

2 Diferencias entre sistemas de tratamientos convencionales y naturales con reciclado CONVENCIONAL : Elimina MO, N, P, tóxicos t Alto costo Sin retorno de beneficios Alto consumo energético NATURAL : Elimina patógenos y tóxicos t recicla N, P, MO y nutrientes, transformándolos ndolos en productos beneficiosos-menor consumo energía menor costo ambientalmente beneficiosos

3 ALTERNATIVAS PARA EL RECICLADO DE MATERIA RESIDUAL Aplicación n directa : agricultura acuacultura Aplicación n indirecta : biogás reuso de agua Sistemas integrados : biogás s + lagunas/humedales lagunas + agricultura/ acuacultura/humedales/

4 Lagunas de Estabilización Lagunas construídas en terreno, con espejo de agua poco profundo, que utilizan relaciones simbióticas entre algas y bacterias Las algas proveen oxígeno Las bacterias degradan la materia orgánica

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6 CLASIFICACION DE LAGUNAS EN FUNCION DE LA PROFUNDIDAD Y CARGA DEL SISTEMA Las lagunas en relación n con la presencia de oxígeno se clasifican en: Lagunas Aerobias. Lagunas Facultativas Lagunas Anaerobias

7 Ventajas/Desventajas Ventajas Bajo costo de capital Requiere mínima capacitación de personal de operación Evacuación y disposición de lodos cada 20 ó 30 años Compatible con sistemas de tratamiento acuático o sobre el suelo Desventajas Requiere grandes extensiones de terreno Elevada concentración de algas en el efluente. Lagunas sin aireación muchas veces no cumplen normas de vertimiento Si no se impermeabilizan pueden causar contaminación a aguas subterráneas Mal diseño : malos olores

8 CARACTERISTICAS GENERALES DE LAGUNAS Lagunas Aerobias o de baja carga Profundidad: m Tiempo de retención n : 3-53 dias Lagunas Aereadas Profundidad : 2 6 m Tiempo de retención n : 3 10 dias Lagunas Facultativas Profundidad: 1,50 2,50 m Tiempo de Retención: n: 5-30 díasd Lagunas Anaerobias Profundidad: 2,5 5,0 m Tiempo retención n : dias

9 ... LAGUNAS AEROBIAS. Contienen bacterias y algas en suspensión, n, existe condición n aeróbica en toda su profundidad. Tipos básicos b de lagunas aeróbicas por objetivos: Maximizar la producción n de algas (15 a 50 cm de profundidad). Maximizar la cantidad de oxígeno producido (1,5 m de profundidad). Requieren de aireación.

10 ...MICROBIOLOGIA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS DE OXIDACION En las lagunas aerobias fotosintéticas, ticas, el oxígeno se suministra por aireación n natural, a través s de la superficie y por fotosíntesis de las algas. En las lagunas las bacterias aerobias emplean parte de la materia orgánica del agua residual con el propósito de obtener energía a para la síntesis en forma de nuevas células. c De la materia orgánica (contaminante) presente en el agua residual, solamente una parte se oxida a compuestos de bajo contenido energético (nitrato, sulfato, anhídrido carbónico). La otra parte de la materia orgánica se sintetiza en forma de materia celular.

11 ...OXIDACION Y SINTESIS EN LAGUNAS AEROBICAS COHNS + O 2 + NUTRIENTES BACTERIAS > (materia orgánica) CO 2 + NH 3 + C 5 H 7 NO 2 + OTROS PRODUCTOS FINALES (Nuevas Células C Biomasa) Fotosíntesis ntesis: CO 2 + 2H 2 0 LUZ > (CH 2 O) + O 2 + H 2 O Respiración CH 2 O + O 2 > CO 2 2 > CO + H 2 O

12 ... LAGUNAS FACULTATIVAS Las lagunas facultativas permiten la estabilización n de la materia orgánica mediante una acción n conjunta de bacterias facultativas, anaerobias y aerobias. En estas lagunas existen tres zonas bien diferenciadas : Zona Superficial,, donde existen bacterias aerobias y algas en una relación n simbiótica. Zona Inferior,, anaerobia en la que descomponen activamente los sólidos acumulados por acción n de las bacterias anaerobias. Zona Intermedia,, la descomposición n se efectúa a por acción n de las bacterias facultativas

13 ... ESQUEMA GENERAL DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS

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15 ... LAGUNAS DE MADURACION Las lagunas de maduración n se diseñan para mejorar la calidad de los efluentes luego del tratamiento secundario y para la nitrificación n estacional (terciario, reducción n de N). Los mecanismos biológicos que tienen lugar son similares a los procesos aerobios de cultivo en suspensión. n. El funcionamiento implica respiración n endógena de los sólidos s biológicos residuales y la conversión n del amoníaco aco a nitrato, debido a la presencia de oxígeno por la presencia de algas. Para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas deben ser bastante bajas.

16 ... LAGUNAS ANAEROBIAS... Las lagunas anaerobias se utilizan para el tratamiento de agua residual de alto contenido orgánico, con alta concentración n de sólidos. Son anaerobias en toda su profundidad, excepto una estrecha franja superficial. Para conservar la energía a calorífica y mantener las condiciones anaerobias se los construye lo más m s profundos posible (hasta 9 m) La estabilización n de la materia orgánica se obtiene por medio de una combinación n de precipitación n y de conversión n anaerobia de los residuos orgánicos en CO 2, CH 4, otros productos gaseosos finales, ácidos orgánicos y tejido celular.

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18 resumen Cuáles son los tipos de lagunas de estabilización?, cuáles son las características de cada tipo? El sistema de lagunas es eficiente en la remoción n de sólidos s suspendidos? Si/no por qué? El sistema de lagunas es eficiente en la remoción n de patógenos? Si/no por qué?

19 Remoción n de DBO Baja concentración n de microorganismos Remoción n de DBO soluble a partir de oxidación n bacterial Remoción n de DBO particulada mediante sedimentación f(tiempo de retención n y temperatura del agua)

20 Remoción n de SST Remoción n por sedimentación Alto contenido de SST en el efluente (algas), hasta 140 mg/l (aerobias) y 60 mg/l (aireadas) Remoción n de algas requiere procesos adicionales (filtración, flotación, plantas acuáticas, humedales artificiales)

21 Remoción n de patógenos Altamente eficientes en remoción n de bacterias, parásitos y virus, si los tiempos de retención n son altos (> 20 días). d Remoción n = causa (muerte natural, sedimentación n y adsorción)

22 ELIMINACIÓN N ESPERADA DE MICROORGANISMOS Reducción de órdenes de magnitud o Reducción de unidades logarítmicas Proceso de tratamiento Bacterias Helminos Virus Quistes Sedimentación primaria simple Con coagulación previa Lodos activados Biofiltros Zanja de oxidación Desinfección Laguna aireada Lagunas de estabilización Fuente: Feachem et al (1983) CEPIS/OPS

23 Diseño o de Lagunas Facultativas Parámetro de diseño: tasa de carga de DBO que reciben Objetivo del diseño: largos TRH y cargas orgánicas bajas para mantener condición aerobia Si T>22 C,, posibilidades de resuspensión n de sólidos sedimentados (producción n anaerobia de gas) Otros parámetros: crecimiento/degradación n de poblaciones de algas, mezcla/viento, T

24 Métodos de Diseño De carga superficial De flujo pistón n con dispersión n axial De mezcla completa

25 Método de carga superficial T ambiente promedio del mes + frío o del añoa Temperatura promedio ( C) Carga superficial de DBO recomendada para el diseño (Kg/Ha-d) > < Primera laguna : 40 Kg/Ha /Ha-día a (Si T> 15 C) Requiere la menor cantidad de información

26 Aireadores mecánicos flotantes ( kg/kw /KW-h). Sistemas sumergidos de aireación n por difusores (2.7 kg/kw /KW-h)

27 Sistema de Lagunas, con Anaerobia Primaria Caja derivador a Laguna Anaerobia Primaria Laguna Facultativa Secundaria Laguna Anaerobia Primaria Laguna Facultativa Secundaria Laguna de Maduración A descarga

28 Sistema de Lagunas, con Laguna Facultativa Primaria Caja derivadora Laguna Facultativa Primaria De red de Alcantarilla do Sanitario Laguna Facultativa Primaria Laguna Facultativa Secundaria A descarga Laguna de Maduración

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30 Comparación Sistemas de Tratamiento Sistema de tratamiento Fosa Séptica Sistema de Absorción Tanque Imhoff Filtros percoladores Sedimentador Secundario Nivel de Tratamiento Primario Secundario Área Requerida Bajo Bajo Costo de Construcción Bajo Mediano Costo de Operación Bajo Mediano Malos Olores Mediano Mínimo: sólidos Tendencia a Problemas Operativos Bajo Mediano Sedimentador primario Filtros percoladores Sedimentador secundario Digestor de barros Secundario Bajo Mediano Mediano Mínimo: sólidos Mediano Filtros percoladores Patio de secado de barros Secundario Bajo Mediano Mediano Mínimo: sólidos Alto Laguna Anaerobias Laguna facultativa 2a Laguna de maduración Secundario o terciario; elimina patógenos Alto Bajo Bajo Mínimo Bajo Laguna facultativa 1a Laguna facultativa 2a Laguna de maduración Secundario o terciario; elimina patógenos Alto Bajo Bajo Mínimo Bajo

31 Costos sistemas de tratamiento Lagunas Tipo de sistema Tanque séptico comunal Tratamiento primario, Filtros percoladores, Tratamiento de barros Costo de construcción / familia $ 35 - $ 50 $125 - $200 $175- $250 Costo mensual de operación por familia $ $3.00 $ $3.00 $ $5.00 Barros activados $500-$2,500 $ $ 10

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33 Área agrícola regada con aguas residuales en América Latina (ha) Argentina Bolivia Chile (*) Colombia (*) México Perú 3,070 1,200 74, , ,000 2,400 (*) aguas residuales diluídas CEPIS/OPS 2004

34 GRANDES SISTEMAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN PAÍS LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN ESTADO (ha) USA Muskegon 200, , Michigan industria Nueva Auckland 900,000 2, Zelanda Australia Melbourne 2 900,000 4, Argentina Mendoza 320,000 1, USA Stockton 150,000 2, California Brasil Fortaleza 200, Ceará industria Brasil Joao Pessoa 480,000 1, Paraiba Ecuador Cuenca 250,000 2, Perú Chiclayo 350, Mendonca, 2000

35 PLANTA DE TRATAMIENTO DE MENDOZA, ARGENTINA 320,000 habitantes 1.4 m3/s 321 ha (285 ha netas) 12 trenes de 3 lagunas Inversión: $ 12 $ 37,400/ ha $ 0.05 / m3 CEPIS/OPS