IV-Yabroudi-Venezuela-1 EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN EN SU FASE DE ARRANQUE

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1 IV-Yabroudi-Venezuela-1 EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN EN SU FASE DE ARRANQUE Suher Yabroudi: Ingeniero Químico, Universidad del Zulia (LUZ) Maestría en Ingeniería Química (LUZ) Profesora e Investigadora del Centro de Investigación del Agua de la Universidad del Zulia Carmen H. Cárdenas de Flores: Ingeniero Químico Tomás Perruelo: Ingeniero Civil Alberto Trujillo: Ingeniero Civil Alberth Gutiérrez: Ingeniero Químico Mildred García: Ingeniero Químico Esther Montiel: Ingeniero Civil Centro de Investigación del Agua Ciudad Universitaria, Lagunas de Oxidación. Maracaibo Venezuela Teléfonos: ( ) / (Fax) (Oficina) - Apartado yabroudic@yahoo.com RESUMEN El objetivo de este estudio fue evaluar una planta de tratamiento de aguas residuales bajo la modalidad de lagunas de estabilización en su fase de arranque, ubicada en una región de clima tropical. Este sistema fue diseñado para tratar inicialmente un caudal de l/s compuesto por una laguna anaerobia, tres lagunas facultativas, cinco lagunas de maduración y una laguna para depósito final del efluente. Diariamente se tomó una muestra simple en la entrada y salida de la planta en horario aleatorio, es decir, abarcando las 24 horas por un período de 60 días. Se midieron parámetros in situ como ph, oxígeno disuelto, temperatura y caudal; a nivel de laboratorio se efectuó la determinación de materia orgánica en términos de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO 5,20 ) y Demanda Química de Oxígeno (DQO), Nitrógeno Total Kjeldhal (NTK), Nitrógeno Amoniacal (N-NH 3 ) y Fósforo Total (P T ), Coliformes Totales (CT) y Fecales (CF), siguiendo la metodología descrita por el Standard Methods de la APHA. Se obtuvieron porcentajes de remoción de DBO 5,20 y DQO de 70% y 50% respectivamente, el aporte de las algas a la DBO 5,20 y DQO del efluente fue del 23 % y 16% respectivamente. En cuanto a los nutrientes, la remoción de fósforo fue de 2,56%; nitrógeno amoniacal de 27% y un 26% para NTK. Los resultados obtenidos indican que el efluente de la planta de tratamiento cumple con lo establecido en la normativa ambiental venezolana con excepción de los microorganismos coliformes Palabras clave: Lagunas de estabilización, tratamiento, aguas residuales. INTRODUCCION Descripción del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales Cabimas La planta de tratamiento comprende un área aproximada de 30 hectáreas, para tratar, en una primera etapa, las de aguas servidas de las Parroquias Germán Linares, Ambrosio, Carmen Herrera, La Rosa, Jorge Hernández, San Benito y Rómulo Betancourt del Municipio Cabimas. Una vez en la planta, las aguas reciben un tratamiento mediante lagunas de estabilización distribuidas tal y como se puede apreciar en la Figura 1 de la siguiente manera: una anaerobia, tres facultativas en serie, cinco de maduración en serie y una de depósito final de efluente. En la zona de desbaste se separan los sólidos grandes a través de cuatro rejas, tres de limpieza mecánica y una manual. A cada reja le sigue un desarenador para separar la arena. El efluente de la zona de desbaste pasa a la laguna anaerobia, la misma tiene una extensión de 264 m de largo por 193 m de ancho y una profundidad de 5 m, con capacidad de m 3 que permiten tratar un caudal de l/s. Esta laguna forma parte de la primera etapa de tratamiento biológico. Aquí se remueven y tratan los sólidos orgánicos sedimentables. La segunda etapa del tratamiento está conformada por tres

2 lagunas facultativas de 1 hectárea con capacidad de m 3 cada una. Estas lagunas trabajan en serie, sin embargo todas son alimentadas con el efluente de la laguna anaeróbica. Seguidamente, cinco lagunas de maduración en serie, tres de 1 hectáreas y dos de 1,5 hectáreas, constituyen la tercera etapa del tratamiento. Estas lagunas tienen como función reducir la concentración de microorganismos patógenos mejorando la calidad bacteriológica del agua tratada, para obtener un efluente de calidad apto para ser utilizado con fines de riego. La última etapa del tratamiento la conforma una laguna de depósito final del efluente con una dimensión de 3,5 hectáreas, que sirve para mejorar la calidad estética del efluente que será descargado al Lago de Maracaibo (ICLAM, 2004).. [1] Sección de desbaste. [2] Laguna anaerobia [3-5] Lagunas Facultativas. [6-10] Lagunas de Maduración. [11] Laguna de depósito final del efluente. Figura 1. Distribución física de Planta Cabimas METODOLOGIA La metodología para la toma de muestras se basó en un muestreo aleatorio simple. Diariamente se tomó una muestra simple en la entrada y salida de la planta (Figura 1) en horario aleatorio, es decir, abarcando las 24 horas por un período de 60 días, para un total de 120 muestras simples. Se midieron parámetros in situ como ph, oxígeno disuelto, temperatura y caudal; a nivel de laboratorio se efectuó la determinación de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20) y Demanda Química de Oxígeno (DQO), Nitrógeno Total Kjeldhal (NTK), Nitrógeno Amoniacal (N-NH 3 ), Fósforo Total, Coliformes Totales (CT) y Coliformes Fecales (CF). Es importante destacar que todos los análisis de laboratorio se realizaron por duplicado, siguiendo la metodología descrita por el Standard Methods de la APHA (APHA, 1995). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caudal: El caudal de operación promedio que recibe la planta en su período de arranque es de 507 ± 55,94 l/s, la planta fue diseñada para tratar inicialmente l/s, por lo que actualmente procesa 54% de su capacidad. ph: Abarcó un rango de 6,33-7,24 para la entrada y ,81 para la salida, lo que indica que el efluente está en condiciones apropiadas para que la actividad biológica acuática no se vea afectada 2

3 ya que el rango de ph favorable para la existencia de la vida biológica acuática oscila entre 6 y 9. Igualmente el ph del efluente del sistema no sale del rango establecido por la Gaceta Oficial Venezolana Nº 5021 para residuos líquidos que van a ser vertidos directa o indirectamente en cuerpos de agua (Gaceta oficial de Venezuela Nº 5021, 1995).. Temperatura: Es un factor muy importante en la evaluación del rendimiento global de un proceso de tratamiento biológico, ya que altera la actividad metabólica de los microorganismos, las tasas de transferencia de oxígeno y las características de sedimentación en los lodos. Los valores obtenidos a la entrada (33 ºC) y a la salida (32 ºC) presentan poca variación durante el período de muestreo, se esperaba una disminución de la temperatura a lo largo del tratamiento, esto debido a que el afluente de la planta llega con una temperatura influenciada por la incorporación de agua caliente proveniente del uso doméstico e industrial; sin embargo dicha disminución fue apenas de 1 C. Oxígeno Disuelto: En el afluente predominan definitivamente condiciones anaerobias, esto se debe a la gran cantidad de materia orgánica presente en las aguas residuales; materia que consume oxígeno. En este estudio, a pesar de que se conocía esta situación, se realizaron algunos análisis de OD en el afluente, confirmando de esta forma lo supuesto. En el efluente la concentración de oxígeno fue en promedio 1,28 mg/l. Se considera que el valor de oxígeno disuelto en el efluente es muy bajo, por lo que se presume que el sistema lagunar no ha alcanzado el estado de estabilidad o equilibrio. DBO 5,20 : Durante el período de muestreo la DBO 5,20 promedio del afluente fue de 71 mg/l y en la salida fue de 22 mg/l, la DBO 5,20 soluble promedio fue de 17 mg/l. El porcentaje de remoción de DBO 5,20 fue de 70%, mientras que el aporte de las algas a la DBO 5,20 del efluente del sistema es de 23%. Es necesario considerar que el afluente de la planta es de composición baja según la características típicas de aguas municipales (Metcalf & Eddy, 1996) y además se considera que el sistema se encuentra en fase de arranque, por lo que podría alcanzarse remociones mayores cuando se llegue al estado de equilibrio, como se registra en otras plantas de tratamiento de aguas residuales que usan lagunas de estabilización. Considerando el valor promedio de la DBO 5,20 del efluente (71mg/l), el valor promedio del caudal del efluente de la planta (507 l/s) y la población de los municipios servidos ( hab.) se obtiene una DBO per cápita de 15 g/d hab. Un estimado aceptable es que cada persona aporte 45g DBO/d, ésta diferencia puede deberse a dilución del agua residual en los colectores de aguas negras y/o a la utilización de tanques sépticos en las zonas domiciliares. DQO: Durante el período de muestreo la DQO de la entrada promedio fue 250 mg/l. En la salida la DQO promedio fue 127 mg/l y la DQO soluble de 106 mg/l. El afluente de la planta es de concentración baja de DQO según la composición típica de las aguas municipales (250mg/l). Dicho valor fue reducido en un 50% por el tratamiento recibido en el sistema de lagunas de Planta Cabimas. En Venezuela, el valor máximo permitido de DQO de líquidos que son vertidos directa o indirectamente en cuerpos de agua es de 350mg/l (Gaceta oficial de Venezuela Nº 5021, 1995), el efluente del sistema presentó DQO promedio de 127 mg/l por lo que cumple con esta normativa. Fósforo Total: La planta presentó una concentración media en la entrada de 3,82 mg/l mientras que en la salida fue de 3,72 mg/l, valor que se encuentra por debajo del límite máximo (10 mg/l) establecido por la Gaceta Oficial Venezolana en el Decreto Nº 883. Actualmente no existe una remoción significativa de este parámetro (2,56%) y que se puede atribuir a la precipitación de este nutriente en el fondo de la laguna: a) con la porción no biodegradable de las algas ya que eventualmente éstas mueren y se depositan en el fondo de la laguna; cerca del 20% de la masa algal es no biodegradable y el fósforo asociado con esta porción permanece inmovilizado en los sedimentos de la laguna b) con los microorganismos que hayan muerto debido a que estos incorporan el fósforo ya sea en forma orgánica e inorgánica (ortofosfatos y polifosfatos) a su tejido celular utilizándolo para su síntesis y transporte de energía (Mara, 1997). 3

4 Nitrógeno: La concentración promedio de nitrógeno total Kjeldhal de 18 mg/l y 14 mg/l a la entrada y salida respectivamente, alcanzando una remoción del 26%. El nitrógeno amoniacal presentó una concentración promedio de 16 mg/l a la entrada, 12 mg/l a la salida y una remoción de 27% que puede atribuirse a las algas, ya que éstas asimilan el nitrógeno amoniacal y lo incorporan a su masa celular o a la nueva biomasa algal. Eventualmente las algas mueren y se depositan en el fondo de la laguna; y al igual que el fósforo, el nitrógeno asociado con esta porción permanece inmovilizado en los sedimentos de la laguna. Los bajos porcentajes de remoción obtenidos tanto de nitrógeno total Kjeldhal como de nitrógeno amoniacal durante el muestreo, hacen suponer que el sistema estudiado no se ha estabilizado por completo. Sin embargo, una vez que las lagunas de estabilización alcancen el estado estacionario podrían lograrse altos valores de remoción de nitrógeno. Además, el hecho de que el porcentaje de remoción de nitrógeno total Kjeldhal (26%) sea similar al porcentaje del nitrógeno amoniacal (27%), indica que todo el nitrógeno total Kjeldhal presente se encuentra en forma de nitrógeno amoniacal (Jaeger et al., 2002). Coliformes Fecales y Totales: La concentración de coliformes totales y fecales obtenido en el efluente fue de 2E+05 NMP/100ml y 1E+05 NMP/100ml respectivamente. El hecho de que se registren altas concentraciones de coliformes totales y fecales durante el estudio, hacen presumir que las lagunas no se han estabilizado en cuanto a la remoción de microorganismos patógenos y/o que existen problemas operacionales. Estos resultados indican que durante el período de muestreo la calidad bacteriológica del efluente del sistema no cumple con la normativa venezolana que establece que el número más probable de organismos coliformes totales no debe ser mayor de NMP por cada 100ml, en el 90% de una serie de muestras consecutivas y en ningún caso será superior a por cada 100 ml. Al comparar los valores promedios obtenidos de los diferentes parámetros durante el período de muestreo en el punto de descarga de la Planta de Tratamiento de Aguas residuales Cabimas con los límites máximos permitidos por la Gaceta Oficial de Venezuela en el artículo 10 Decreto Nº 883, Nº referidos para la descarga a los cuerpos de agua, se ubicaron por debajo de los límites establecidos a excepción de los Coliformes Totales tal como se aprecia en la Tabla 1. Tabla 1. Comparación de los valores obtenidos con la normativa vigente Parámetro Efluente Límite o Rango Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO 5,20 ) 22 mg/l 60 mg/l Demanda Química de Oxígeno (DQO) 127 mg/l 350 mg/l Fósforo Total 3,72 mg/l 10 mg/l Nitrógeno Total 14 mg/l 40 mg/l ph 6,99-7, Coliformes Totales 2E+05 NMP/100 ml < NMP/ 100ml CONCLUSIONES El agua residual que recibe la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Cabimas, puede considerarse como débil según la clasificación de aguas residuales domésticas. El efluente del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales Cabimas en su fase de arranque cumple con los límites y rangos establecidos por la normativa venezolana para todos los parámetros analizados con excepción de los microorganismos patógenos. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. APHA-AWWA-WEF. Standards Methods for Examination of Water and Wastewater. American Public Health Association. Washington, U.S.A. 19th Ed GACETA OFICIAL DE VENEZUELA. Nº 5021 Extraordinaria. Caracas 18 de Diciembre de Informe Técnico de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas Cabimas ICLAM. 4. JAEGER C. Y VILLASMIL H. Evaluación de las Unidades que Conforman la Planta de 4

5 Tratamiento de Aguas Residuales, Maracaibo Sur. Trabajo Especial de Grado. La Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Venezuela MARA D. Design Manual for Waste Stabilisation Ponds in India. Lagoon Technology International Ltd., Newton House, Newton Road, Leeds LS7 4DN, England, pp METCALF & EDDY INC.: Ingeniería de Aguas Residuales: Tratamiento, vertido y reutilización. Tomo I., 3ª Ed., McGraw-Hill