XIII CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS CHILE. Antofagasta, Octubre de 1999 TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS MEDIANTE LAGUNA AIREADA

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1 XIII CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS CHILE Antofagasta, Octubre de 1999 TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS MEDIANTE LAGUNA AIREADA Ing. Hilda Valenzuela J., Ing. Macario García L. Empresa Sanitaria de Tarapacá S.A. Iquique. Patricio Lynch 1334 Fonos: Fax: correo:hvalenzuela@essat.cl, mgarcia@essat.cl INTRODUCCION Las aguas servidas generadas por el sector de Alto Hospicio se recolectan en un sistema de lagunas. Estas lagunas en su oportunidad fueron diseñadas para su funcionamiento como lagunas de estabilización. Sin embargo debido al explosivo crecimiento de la población de Alto Hospicio, las lagunas sufrieron un aumento del caudal de llegada y por consiguiente un proceso de sobrecarga orgánica, provocando un colapso en su funcionamiento, y especialmente una alta generación de malos olores asociadas a la presencia de actividad anaerobia. Para dar solución a este problema de índole sanitario, se decidió la aplicación de aireación para minimizar y controlar principalmente la emanación de malos olores, y oxidar la carga orgánica. Esta alternativa de solución se concretó con la transformación de las lagunas facultativas a lagunas aireadas de mezcla completa. En una primera etapa se modificó un módulo (laguna norte) entrando en operación en Mayo de 1998, para el segundo semestre de 1999 se contempla la modificación del segundo módulo (laguna sur) y se construirá la planta de manejo de lodos. Luego de concretado esta segunda etapa la Planta tendrá una capacidad de tratamiento de 69 l/s para una población de habitantes. La planta también considera el manejo de los lodos generados en el proceso, para ello se consideró la deshidratación mecánica mediante filtro. En su selección se tomó en cuenta exigencias del SNS y COREMA, disponibilidad de terreno, facilidad de operación, higiene y posibilidad de automatización, además de los costos pertinentes. Esta planta junto con la modificación del segundo módulo (laguna sur), actualmente se encuentra en etapa próxima a construir

2 PROCESO La secuencia del proceso consiste básicamente en cuatro etapas, que se describen como sigue: 1ª Etapa de desbaste, donde se retiran todos los sólidos mayores que trae el agua mediante un sistema de cámara de rejas. 2ª Etapa de Aireación y Mezcla, en la cual el agua se somete a una aireación y mezcla a través de equipos aireadores superficiales rápidos de 15 y 5 Hp, que tienen el objetivo de suministrar el óxigeno para oxidar la materia orgánica que trae el agua, y dar la mezcla necesaria para mantener la materia en suspensión y mejorar la transferencia de oxígeno. 3ª Etapa de Sedimentación, esta consta de dos zonas, la primera de sedimentación y formación de flóculos con aireación parcial, y una segunda zona donde los sólidos generados en las etapas anteriores sedimentan en el fondo de la laguna conformando lo denominado como lodo. 4ª Etapa de desinfección, donde el agua pasa a una cámara de contacto en la que se aplica cloro con una dosis de 5 a 8 ppm, de manera de abatir la presencia de bacterias, principalmente del tipo coliformes. MEDICIONES Para el control del proceso, se realizan controle en terreno y controles en laboratorio. En terreno se realizan mediciones de ph, temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, caudal, altura de lodos acumulado, dosis de cloro aplicado y residual de cloro libre obtenido. En laboratorio se realizan análisis de carga orgánica, nitrógeno, fósforo, sólidos suspendidos totales, súlfuros, y clorofila a, principalmente, tomando para ello una muestra compuesta proporcional al caudal de 24 horas, además cada cierto tiempo se efectúa un análisis completo respecto de los parámetros considerados en la norma de riego. Estas mediciones se realizan al afluente y efluente de la planta según sea pertinente. Otras mediciones programadas pero no realizadas a la fecha es la determinación de las características del lodo acumulado, características tales como digestibilidad y calidad microbiológica.

3 RESULTADOS El esquema de la Figura Nº1 ilustra el esquema operativo actual de la planta de tratamiento de Alto Hospicio. FIGURA Nº1 ESQUEMA DE OPERACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS ALTO HOSPICIO. Zmca H = 1,91-1,97 m Zs1 Zs2 Cámara de contacto Sala de Cloración Cámara de rejas LAGUNA NORTE B. Riego Q = 30.8 l/s LAGUNA FACULTATIVA H = m Sala de Bombas B. A Iquique LAGUNA SUR Zmca : Zona de mezcla completa aireada. Zs1 : Primera Zona de sedimentación. Zs2 : Segunda Zona de sedimentación. H : Altura COMPORTAMIENTO DE LOS PARAMETROS CONTROLADOS EN TERRENO. Los parámetros controlados en terreno en la operación de la planta de Alto Hospicio se pueden resumir en los siguientes gráficos:

4 GRAFICO Nº 1 CONTROL TEMPERATURA 28,0 26,0 24,0 T C 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 Datos registrados en la mañana (09:00-09:30) GRAFICO Nº2 CONTROL TEMPERATURA 27,0 25,0 T C 23,0 21,0 19,0 17,0 15,0 Datos registrados en la tarde (16:00-16:30)

5 GRAFICO Nº 3 CONTROL ph 9,00 8,70 8,40 ph 8,10 7,80 7,50 7,20 Datos registrados en la mañana (09:00-09:30) 9,00 GRAFICO Nº 4 CONTROL ph 8,70 8,40 ph 8,10 7,80 7,50 7,20 Datos registrados en la tarde (16:00-16:30)

6 GRAFICO Nº 5 CONTROL OXIGENO DISUELTO 8,0 6,0 OD ( mg/l) 4,0 2,0 0,0 Datos registrados en la mañana (09:00-09:30) GRAFICO Nº 6 CONTROL OXIGENO DISUELTO 10,0 8,0 OD ( mg/l) 6,0 4,0 2,0 0,0 Datos registrados en la tarde (16:00-16:30)

7 GRAFICO Nº CONTROL TURBIEDAD TURBIEDAD (NTU) Datos registrados en la mañana (09:00-09:30) GRAFICO Nº CONTROL TURBIEDAD TURBIEDAD (NTU) Datos registrados en la tarde (16:00-16:30)

8 RENDIMIENTOS. Los rendimientos obtenidos en la Planta de Tratamiento se ilustran en la tabla Nº 1 y los gráficos 9 y 10. TABLA Nº 1 RENDIMIENTOS EN PLANTA ALTO HOSPICIO Coliformes fecales DBO5 DQO Sólidos en Suspensión NMP/100 ml mg/l mg/l mg/l Fecha Afluente Efluente Rend. Afluente Efluente Rend. Afluente Efluente Rend. Afluente Efluente Rend. 04-ene-99 1,3E+07 3,5E+03 99,973% ,04% ,82% ,37% 21-ene-99 3,0E+07 5,0E+02 99,998% ,87% ,64% ,67% 04-feb-99 1,7E+07 1,0E+03 99,994% ,00% ,54% ,63% 18-feb-99 3,4E+07 8,0E+02 99,998% ,90% ,95% ,41% 04-mar-99 5,0E+06 3,3E+01 99,999% ,00% ,35% ,16% 18-mar-99 3,0E+08 9,0E ,000% ,38% ,81% ,66% 08-abr-99 1,7E+06 1,0E+02 99,994% ,63% ,71% ,77% 15-abr-99 1,7E+06 2,0E+01 99,999% ,66% ,75% ,16% 29-abr-99 2,1E+07 8,3E ,000% ,55% ,49% ,63% 13-may-99 1,8E+07 5,4E+02 99,997% ,94% ,46% ,50% 27-may-99 6,2E+06 4,3E+01 99,999% ,77% ,69% ,21% 10-jun-99 1,6E+07 7,0E ,000% ,55% ,13% ,14% 24-jun-99 3,7E+07 2,3E ,000% ,00% ,81% ,72% 08-jul-99 4,5E+07 1,0E ,000% ,75% ,06% ,95% 22-jul-99 2,3E+06 1,1E ,000% ,71% ,90% ,84% 05-ago-99 1,9E+06 1,1E+01 99,999% ,68% ,67% ,50% 19-ago-99 1,8E+07 1,0E ,000% ,98% ,04% ,61% Promedio 3,3E+07 4,4E+02 99,997% ,14% ,16% ,59% GRAFICO Nº CONTROL DBO5 y DQO mg/l /ene/99 19/feb/99 9/abr/99 28/may/99 16/jul/99 3/sep/99 DBO5 Afluente DQO Afluente DBO5: Demanda Bioquímica de Oxigeno DBO5 Efluente DQO Efluente DQO: Demanda Química de Oxígeno.

9 GRAFICO Nº 10 CONTROL SST y COLIFORMES 1,E NMP/100 ml 1,E+08 1,E+07 1,E+06 1,E+05 1,E+04 1,E+03 1,E+02 1,E mg/l ,E ene feb abr may jul sep-99 C.F. Afluente SST Afluente C.F. Efluente SST Efluente C.F. :Coliformes fecales SST : Sólidos suspendidos totales EVALUACION DE LOS CONSUMOS ENERGETICOS Y COSTOS. Los resultados de la evaluación de consumo de energía y costos por metro cúbico de agua tratada se indican en la tabla 2.

10 TABLA No 2 GASTOS DE ENERGIA Y COSTOS DE TRATAMIENTO Mes Oxigeno Sumistrado C.M. Consumo de energía por m3 de agua tratada Costo Costo Kg O 2 /Kg DBO 5 Removida KW-h/m3 Energía Final Zmc Total Kg/mes Zmc Zs1 Zs2 total $/m 3 $/m 3 Enero 1,50 1, ,43 0,02 0,00 0,45 25,7 112,2 Febrero 1,57 1, ,43 0,46 25,9 112,4 Marzo 1,47 1, ,39 0,02 0,02 0,42 24,8 111,4 Abril 2,26 2, ,52 0,04 0,02 0,59 29,3 115,9 Mayo 3,43 4, ,67 0,06 0,05 0,79 34,4 121,0 Junio 2,34 2, ,61 0,06 0,05 0,72 32,7 119,3 Julio 1,89 2, ,57 0,08 0,00 0,65 30,9 117,5 Promedio 2,07 2, ,52 0,04 0,02 0,58 29,1 115,7 CM : Carga mensual Zmca : Zona de mezcla completa aireada Zs1 : Primera Zona de sedimentación Zs2 : Segunda Zona de Sedimentación TABLA Nº 3 COSTOS ESTIMADOS DE TRATAMIENTO CON DOS LAGUNAS OPERANDO Caudal de operación (l/s) Volumen de Agua Tratada (m3/mes) Gasto total ($/mes) Costo del Agua tratada($/m 3 ) 117,84 106,2 96,27 88,96 85,00 Los costos de tratamiento que se muestran en la tabla 3, consideran la operación de la planta de lodos. Los controles fisico-químicos que se realizan al agua tratada se comparan con la calidad del agua para riego, los resultados se ilustran en la tabla 4.

11 TABLA Nº 4 CONTROL PARAMETROS FISICOQUIMICOS PARAMETROS UNIDAD Norma de Riego Mediciones en terreno Cloro residual Conductividad OD ph Temperatura Turbiedad Laboratorio Aluminio 5,00 Arsénico 0,10 Bario 0,00 Berilio 0,10 Boro 0,75 Cadmio 0,10 Calcio Cianuro 0,20 Clorofila Cloruro 200,00 Cobalto 0,50 Cobre 0,20 Coliformes fecales NMP/100 ml 1000,00 Cromo 0,10 DBO5 DQO Fluoruro 1,00 Fósforo Total Hierro 5,00 Litio 2,50 Magnesio Manganeso 0,20 Mercurio 0,001 Molibdeno Niquel 0,20 Nitratos Plata 0,20 Plomo 5,00 Potasio Selenio 0,020 Sodio Sodio Porcentual % 35,00 Razón de Absorción de Na Sólidos en suspensión 250,0 Sulfatos Sulfuro Vanadio 1,00 Zinc 2,00 Agua Tratada ppm 0,60 1,63 ms/cm 0,75-7,5 2,27 2,45 0,90 2,30 5,5-9 7,26 8,04 C 14,20 18,40 NTU 202,0 258,0 0,10 0,05 0,03 1,80 92,5 0,05 1,16 211,5 0, ,10 0,24 0,06 13,40 0,15 0,001 0,02 0,02 0,03 39,79 0, ,0 75,59 61,99 76,0 429,5 1,34 0,17

12 CONCLUSIÓN Como conclusión se verifica que la aplicación de aireación para controlar los problemas asociados a la sobrecarga orgánica en las lagunas, originalmente diseñadas para su funcionamiento como lagunas de estabilización, es satisfactoria, principalmente en el control adecuado de la emanación de malos olores. Además se observa que, en este caso en particular, la aplicación de esta tecnología ha significado resultados aceptables en la remoción de contaminantes asociados a las aguas servidas domésticas. Por otro lado, se verifica que una variable altamente determinante en la aplicación de estas soluciones tecnológicas son los elevados costos de inversión inicial requeridos.