LÍMITE PROCESAL EN SISTEMA DUAL DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN DE ALTA CARGA

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1 LÍMITE PROCESAL EN SISTEMA DUAL DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN DE ALTA CARGA Rebeca M. Sánchez; Eudoro E. López L.; María Virginia Najul; Henry Blanco S. Planta Experimental de Tratamiento de Aguas Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela Apartado Postal Los Chaguaramos, 1041-A Caracas, Venezuela TelFax: telcel.net.ve Palabras Claves: Lagunas de Estabilización; Alta Carga; Carga Procesal; Tratamiento aguas residuales.

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3 LÍMITE PROCESAL EN SISTEMA DUAL DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN DE ALTA CARGA Rebeca Sánchez; Eudoro E. López L.; María Virginia Najul; Henry Blanco Planta Experimental de Tratamiento de Aguas Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela Apartado Postal Los Chaguaramos, 1041-A Caracas, Venezuela Tel-Fax: teacher telcel.net.ve RESUMEN El seguimiento y evaluación de la operación del sistema de lagunas existentes en la Planta Experimental de Tratamiento de la Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela constituido por una laguna facultativa primaria conectada en serie con una aerobia, permitió demostrar la capacidad de las unidades para operar bajo condiciones de alta carga cuando el líquido residual tratado es de origen doméstico y las condiciones ambientales corresponden a las típicas de clima tropical. El mencionado sistema se evaluó por un período de dos años, utilizando criterios convencionales tales como: eficiencia de remoción de materia orgánica, nutrientes y otros parámetros de interés, así como la capacidad del sistema para mantener las condiciones para las cuales fue diseñado (laguna aeobia o laguna facultativa), y no convencionales: análisis probabilístico basado en la confiabilidad y estabilidad del efluente producido en terminos del contenido de materia orgánica. En base a los resultados obtenidos se propone definir como condición de alta carga para la laguna facultativa cargas orgánicas hasta 800 kgdbo.ha -1 d -1 con variaciones hasta de 1400 kg DBO. ha -1 d -1. Para la laguna aerobia cargas orgánicas hasta 400 kg DBO.ha -1 d -1 con variaciones hasta de 500 kg DBO.ha -1 d -1. Estas cargas, asociadas a tiempos de retención menores a los convencionales significan ahorro en los requerimientos de terreno y en consecuencia menores costos de la inversión. Asimismo confirman que las lagunas de estabilización pueden ser consideradas como una alternativa de tratamiento competitiva con otras modalidades de tratamiento y con ventajas comparativas significativas en la región. Palabras Claves: Lagunas de estabilización; Alta Carga; Carga Procesal; Tratamiento aguas residuales. INTRODUCCIÓN A pesar de los resultados obtenidos en las últimas décadas sobre la aplicabilidad de las lagunas de estabilización como sistema de tratamiento para líquidos residuales de origen doméstico e industrial, donde se ha mostrado su capacidad para soportar cargas orgánicas superiores a 500 kg DBO.ha -1.d -1 en Facultativas Primarias y 200 kg DBO.ha -1.d -1 en Aerobias (García et al, 1977; Middlebroks et al, 1982; PETA, 1983; Colmenarez et al, 1983; Manzanero, 1986; De Sousa et al, 1988; Espinosa, 1988; Sánchez, 1991), es práctica usual diseñar estas unidades con cargas iguales o inferiores a las señaladas, lo cual se traduce en la utilización ineficiente del terreno para su construcción y en dificultades hidráulicas para su operación, trayendo como consecuencia mayores costos y en la mayoría de los casos, deterioro de la calidad del efluente producido. La principal limitación que se ha planteado en el momento de interpretar los resultados obtenidos a través de estos estudios ha sido que, siendo el producto de evaluaciones limitadas en el tiempo y bajo condiciones controladas, por lo que no se abarcan todas las variaciones del líquido residual a tratar y su influencia en el comportamiento del sistema, siguen existiendo dudas sobre su confiabilidad en la operación a altas cargas, terminándose por aplicar criterios conservadores para su diseño y operación. 3

4 Para superar esta limitación se propuso operar el sistema dual de lagunas existente en la Planta Experimental de Tratamiento de Aguas (PETA), Universidad Central de Venezuela, constituido por laguna facultativa y aerobia, bajo condiciones hidráulicas que con base a los estudios previos, garanticen un comportamiento del sistema aceptable desde el punto de vista hidráulico y remoción de materia orgánica (eficiencia global > 70%) y evaluar durante un período de tiempo representativo (al menos 1 año) las cargas orgánicas asociadas así como los principales parámetros físico - químicos que describen las condiciones de medio en las lagunas y aquellos que evalúan su eficiencia. Con la base de datos obtenida durante el periodo de operación bajo condiciones de alta carga, validar la metodología de evaluación de la operación basada en análisis de confiabilidad y estabilidad propuesta por Sánchez, 1991 Una evaluación integral como la propuesta permitirá contribuir a la definición de parámetros de diseño y operación de lagunas de estabilización operando bajo condiciones de clima tropical y con cargas superiores a las normalmente aplicadas (alta carga). En concreto, los objetivos que se persiguen con el presente estudio son: Objetivo General: Evaluar la operación continua de un sistema de lagunas de estabilización sometido a condiciones de alta carga bajo condiciones de clima tropical y aplicar el análisis de confiabilidad y estabilidad como herramienta para su evaluación, a fin de contribuir a la definición de parámetros de diseño y operación adaptados a la realidad ambiental de Venezuela. Objetivos Específicos: Introducir una categoría para la clasificación de las lagunas de estabilización en base a la carga orgánica que pueden procesar, operando bajo condiciones de clima tropical. Evaluar el comportamiento del sistema de lagunas ubicado en la Planta Experimental de Tratamiento de Aguas, Facultad de Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela, operando bajo condiciones de alta carga durante un período que permita abarcar las variaciones típicas de las características de los líquidos residuales de origen municipal y su influencia en el funcionamiento del sistema. Validar la metodología de evaluación basada en análisis de confiabilidad y estabilidad propuesta por Sánchez, 1991, la cual permitirá establecer los límites de carga procesales para el diseño de este tipo de sistema, determinar la calidad del efluente producido bajo esas condiciones de operación, así como su capacidad para mantenerla en el tiempo y su rango de variación. En base a los resultados obtenidos en la evaluación considerando los criterios convencionales de eficiencia de operación así como los establecidos en el modelo probabilístico, definir criterios de diseño y operación adaptados a nuestra realidad ambiental. PLANTEAMIENTOS BÁSICOS Las lagunas de estabilización en su modalidad de lagunas facultativas primaria, se conciben como unidades de tratamiento capaces de procesar líquido residual crudo, donde la transformación de la materia orgánica y remoción parcial de microorganismos patógenos ocurre bajo condiciones parcialmente controladas y mediante la combinación de procesos físicos químicos y biológicos, los cuales se desarrollan en un ambiente donde se mantiene un gradiente de oxígeno disuelto a lo largo de la profundidad, presentándose condiciones aerobias en la zona cercana a la superficie y anaerobias en el fondo. (Ann Arbor Science Publishers, 1985). 4

5 Por su parte, las lagunas aerobias se definen en términos similares a los anteriores, sólo que el ambiente donde se desarrolla el proceso de transformación del material es aerobio en todo el volumen de la unidad y el líquido que procesan debe ser sometido a un proceso primario a fin de disminuir la carga de material suspendido afluente. En ambos casos, la fuente de oxígeno para soportar el proceso aerobio, es la actividad fotosintética. En Venezuela así como en otras regiones de América Latina y el Caribe, se ha demostrado la aplicabilidad de este tipo de sistemas para el tratamiento de líquidos residuales de origen municipal e industrial, especialmente en sectores donde existe terreno a un costo razonable y prevalecen condiciones ambientales propias de clima tropical. (Yanez, 1980). Los arreglos utilizados en la mayoría de los casos consisten en sistemas de lagunas operando en serie, específicamente, laguna facultativa seguida de aerobia. Independientemente del arreglo que se piense instalar, los criterios de carga utilizados para el diseño y operación satisfactoria de estas unidades son los reportados en la Tabla 1, sin embargo existe suficiente evidencia de la marcada influencia sobre el comportamiento del sistema de las condiciones ambientales imperantes en el sitio de ubicación así como de la naturaleza del líquido residual a tratar, lo que se traduce en una mayor capacidad para soportar cargas orgánicas superiores a las señaladas en la Tabla 1. Tabla 1 Parámetros de Diseño para Lagunas de Estabilización Tipo de Laguna Parámetro Aerobia Facultativa Anaerobia Tiempo de Retención (d) Profundidad (m) 1-1,5 1-2,5 5,5-5,0 ph 6,5-10,5 6,5-9,0 6,8-7,2 Rango de Temperatura (ºC) Temperatura Optima (ºC) Carga Orgánica (kg DBO5,20.ha -1.d -1 ) Remoción DBO5,20 (%) Concentración de Algas (mg.l -1 ) Tomado de: Metcalf & Eddy, 1979 En general, se puede afirmar que las condiciones existentes en regiones de clima tropical y las características de los líquidos residuales de origen doméstico que allí se generan, permiten que se puedan diseñar y operar las lagunas de estabilización con cargas orgánicas superficiales en el orden de 10 y hasta 25 veces mayores a las que normalmente se aplican en zonas de clima templado (Yánez, 1980). A pesar de lo anterior sigue habiendo objeciones a su utilización debido a la diversidad de problemas cuyo origen en la mayoría de los casos se relacionan con diseños inadecuados, mala operación de las unidades o ambas situaciones simultáneamente. A fin de profundizar en técnicas que permitan evaluar el comportamiento de las lagunas de estabilización, Sánchez, 1991 adaptó una metodología propuesta por Niku, 1979 para lodos activados y lechos biopercoladores, basada en el análisis probabilístico de los resultados obtenidos de la operación de un grupo de sistemas considerados, la cual permite evaluar, por una parte, la capacidad del sistema para producir un efluente aceptable desde el punto de vista físico químico independientemente de la condición de operación a la cual es sometido, es decir la probabilidad de que la concentración en el efluente sea igual o menor al valor establecido por los criterios de descarga señalados en la normativa ambiental vigente en el sector donde se encuentra la obra -análisis de confiabilidad-; y por otra, la capacidad de mantener el efluente en un rango de variabilidad aceptable -análisis de estabilidad-. 5

6 Para la aplicación de la técnica se analizó la información obtenida del registro de operación,no necesariamente continuo, de ocho (8) lagunas facultativas primarias y seis (6) sistemas de lagunas en serie. Los resultados obtenidos en ese estudio muestran que las lagunas facultativas primarias y los sistemas en serie, operando bajo diferentes condiciones ambientales, y de carga aplicada son capaces de producir un efluente aceptable -confiable- en términos de DBO 5,20 soluble y DQO; en otras palabras, los valores que no se superan el 90% y 95% de las veces, están por debajo del criterio establecido por la normativa ambiental venezolana, para la descarga de líquidos residuales en cuerpos de agua. Cuando se evaluó la confiabilidad de los sistemas en serie, éstos resultaron confiables en términos de DBO 5,20 total y soluble y DQO (confiabilidad > 90%). También se pudo mostrar cómo los sistemas operando con cargas hasta 700 kg DBO 5,20.ha -1.d -1 son estables en términos de DBO soluble y DQO, dicho de otra manera, los valores promedios de estos parámetros y sus variaciones correspondientes (x + σ s ) no superaron los respectivos criterios de descarga. Se determinó que el nivel de variabilidad aceptable es σ s = 15 mg.l-1 Todo lo anterior hace suponer que si se considera la naturaleza de estos sistemas y se acepta la necesidad de un dispositivo adicional para remoción de algas, es muy posible que el efluente sea comparable con el producido por cualquier otro tipo de unidades para el tratamiento de líquidos residuales de origen doméstico. A pesar de los resultados obtenidos en el citado estudio, en la evaluación del comportamiento de las lagunas de estabilización es necesario considerar otros factores tales como los señalados por Mildebrooks et al, 1982, entre los cuales cabe resaltar además de la remoción de materia orgánica y nutrientes, su capacidad para mantener las condiciones que caracterizan la modalidad bajo la cual fue diseñada la unidad. Una evaluación de esta naturaleza implica el seguimiento de la(s) unidad(es) durante un período de tiempo representativo, realizando un registro cronológico y sistemático de aquellos parámetros que suministran información sobre los aspectos que se acaban de mencionar. Tal evaluación debería llevarse a cabo bajo la condición de carga que se pretende mostrar, que el sistema puede soportar. El análisis de los datos así generados no sólo en términos de eficiencia de remoción de los principales constituyentes del líquido residual y las condiciones en el medio imperante en la laguna, sino también aplicando criterios de variabilidad en la calidad físico química del efluente producido, a través de la metodología adaptada para este tipo de sistemas señalada anteriormente (análisis de confiabilidad y estabilidad), permitirá establecer los criterios de diseño y operación aplicables, en forma racional y considerando en la medida de lo posible, todos los factores que se deben considerar. El procedimiento de evaluación podría resumirse como se muestra en la Figura 1 De llegar, mediante el esquema de evaluación propuesto, a un resultado satisfactorio es posible suponer que además de los criterios hasta ahora utilizados para la clasificación de las lagunas de estabilización, básicamente en función de la naturaleza del proceso de estabilización que se está llevando acabo en la unidad (aerobias, anaerobias y facultatitvas), suministro de oxígeno (fotosíntesis o inducción mecánica) y régimen de flujo (continuo, intermitente o completa retención - lagunas de evaporación-), se puede introducir alguno relativo al nivel de carga: alta carga, carga intermedia y baja carga, lo que permitiría incluir la situación que se viene observando en relación a la capacidad de estos sistemas para soportar condiciones de carga significativamente mayores a las señaladas en la bibliografía especializada la cual fundamentalmente ha sido establecida a través de la aplicación de criterios convencionales de evaluación. 6

7 Operación continua de la unidad o sistema Generación de Información Criterios Convencionales Eficiencia en remoción de Materia Orgánica y Nutrientes. Capacidad para mantener condiciones de diseño Análisis Probabilístico Análisis de Confiabilidad (P(X<Xd)). Análisis de Estabilidad (X+ s < Xd) Resultado Satisfactorio Resultado No Satisfactorio Condición de Carga Aceptable Condición de Carga No es Aceptable Figura 1: Esquema de Evaluación Propuesto para Confirmar la Aplicabilidad del Criterio de Carga Orgánica en Lagunas de Estabilización METODOLOGÍA El sistema utilizado para la ejecución del estudio es el existente en la Planta Experimental de Tratamiento de Aguas de la Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela (PETA - UCV, el cual consta de dos lagunas conectadas en serie (facultativa seguida de aerobia). Las características más resaltantes de esta unidades se resumen en la Tabla 2. Tabla 2 Parámetros de diseño del Sistema de Lagunas - PETA-ACV Característica Facultativa Aerobia Area Superficial (m 2 ) 70,1 67,1 Profundidad (m) 1,4 0,65 Relación largo-ancho 2,8 2,9 Sección Transversal trapezoidal trapezoidal Dispositivo de entrada/salida distribuidor de flujo/ vertedero triangular Tiempo de retención (d) variable variable 7

8 El período de evaluación fue el comprendido entre marzo 1996 y febrero Las condiciones de operación se seleccionaron en base a estudios previos y el criterio aplicado para ello fue carga hidráulica para la cual se obtiene mejores condiciones de comportamiento hidráulico, sin desmejorar la eficiencia de remoción de materia orgánica, al menos en la laguna facultativa (LF) considerándose como valor aceptable 70% en términos de DBO. Así se estableció controlar el caudal afluente a la LF en 0,7 l.s -1, el cual está asociado a un tiempo de retención de 1,7 d y 0,12 L.s -1 para la aerobia lo que implica, tiempos de retención de 5,5 d. Una vez puesto en operación el sistema se ejecutó un programa de captación y análisis de muestras que permitió obtener registro diario de caudal, temperatura, oxígeno disuelto, ph y alcalinidad medidos en horas de la mañana (10:00 am) y de la tarde (4:00 pm) y en diferentes secciones de la laguna y a dos profundidades en la facultativa y una profundidad en la aerobia. Las Figuras 2 y 3 muestran la ubicación de los sitios de captación de muestra para ambos casos. Para evaluar las condiciones de carga y eficiencia en remoción de materia orgánica, se captaron durante 18 meses del período total de evaluación muestras semanales en el afluente y efluente de ambas unidades, siendo los parámetros determinados DBO5,20 y DQO total y soluble. Los meses a los que corresponde la información son marzo - julio 1996, ambos inclusive; Mayo febrero 1998, ambos inclusive Sección Longitudinal Sección Transversal s: a 10cm desde las Sup. f: a 10cm desde el fondo Figura 2: Ubicación de Puntos de Muestreo - Laguna Facultativa s f 3 2 p 1 Sección Longitudinal Sección Transversa p: a 10 cm de la sup. Figura 3: Ubicación de Puntos de Muestreo - Laguna Aerobia Para evaluar la remoción de nutrientes y otros parámetros de interes se captaron muestras mensuales durante el período octubre febrero 1998 en los mismos puntos señalados en las Figuras 2 y 3, esperando los tiempos de retención de las unidades. Los parámetros analizados fueron, además de todos los mencionados anteriormente, nitrógeno, fósforo y sólidos en sus diferentes formas. 8

9 Todas las determinaciones se realizaron según lo establecido en APHA, AWWA,WEF, La información así generada fue interpretada a la luz de dos tipos de criterios: Convencionales: Eficiencia en remoción materia orgánica y nutrientes así como mantenimiento de las condiciones en el medio líquido de las unidades. No Convencionales: Evaluación de la calidad del efluente en términos de confiabilidad y estabilidad de las unidades para mantener un efluente con características aceptables en relación a materia orgánica (DBO y DQO) según lo establecido en las normas técnicas vigentes, Para evaluar la confiabilidad se procede a verificar el modelo de distribución log-normal para la concentración del parámetro en el efluente y se evalúa la probabilidad de que el parámetro en cuestión no supere el valor establecido por los criterios de descarga con un nivel de confianza del 90 %. Para evaluar la estabilidad se determina la desviación estándar de los valores obtenidos en el efluente y se verifica si la los rangos de variación superan el criterio de descarga establecido para el parámetro considerado. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Un resumen global de los resultados obtenidos se muestra en la Tabla 3 en base a los cuales se pueden hacer los siguientes comentarios: Los resultados obtenidos en los principales parámetros de calidad evaluados en el líquido residual afluente reafirman lo señalado en estudios previos donde se ha caracterizado como de concentración débil (DBO < 150 mg.l -1 y DQO < 250 mg.l -1 ) con condiciones aceptables para la biodegradación. Tal afirmación se basa no sólo en la relación DBO/DQO, disponibilidad de nutrientes así como condiciones de ph y temperatura favorables al proceso, sino también en la constante de ejercicio de la DBO, la cual fue evaluada en estudios paralelos en k base e = 0,14 d -1. Aun cuando la carga hidráulica al sistema se mantuvo controlada a lo largo del estudio, las cargas orgánicas asociadas fluctuaron significativamente: entre 489 y 1500 kg DBO 5,20.ha -1.d -1 para la laguna facultativa y entre 170 y 416 kg DBO 5,20.ha -1.d -1 para la aerobia. Esto se atribuye a la diversidad de actividades industriales, domésticas y comerciales en el sector servido por el colector marginal izquierdo Río Valle fuente de abastecimiento del sistema bajo estudio. Esta situación típica, al menos en nuestro medio, refuerza la necesidad de evaluar la capacidad de los sistemas de tratamiento para soportar altas variaciones en las características del liquido a tratar. Si se consideran las eficiencias de las unidades para la remoción de materia orgánica tanto en forma individual como global del sistema, éstas, calculadas en función de las fracciones totales del parámetro considerado resultaron en el orden de 50% en DBO y 40% en DQO para la laguna facultativa y 20% en DBO y 15% en DQO para la aerobia, la eficiencia global del sistema fue de 60% y 50 % en DBO y DQO respectivamente. Sin embargo cuando se calculan tomando como referencia la fracción total afluente y la soluble efluente, las eficiencias mejoran significativamente, obteniéndose remociones de DBO y DQO mayores al 70% en la facultativa, y al 65% en la aerobia; la remoción global del sistema es en promedio, 90% para DBO y 78% para DQO. Estos resultados se consideran aceptables, especialmente si se toma en cuenta las altas cargas procesales a las cuales está sometido el sistema y sobre todo que en la selección del esquema de tratamiento a base de lagunas de estabilización y dependiendo del destino final del líquido tratado, debe preverse una unidad complementaria para la remoción de algas características en estas unidades. 9

10 La remoción de nitrógeno orgánico y amoniacal fue despreciable en la laguna facultativa mientras que en la aerobia sólo se logra un 18% de nitrógeno orgánico y 25% de nitrógeno amoniacal. La eficiencia global del sistema fue de 20% y 27% respectivamente. Este comportamiento se atribuye a que las condiciones imperantes en la laguna facultativa: tiempos de retención cortos (1,7 d), ph ligeramente alcalinos (7,4-8,6) y temperatura promedio del líquido en la laguna mayores a 27 ºC, no favorecen la remoción de estas formas nitrógeno, especialmente el despojamiento del nitrógeno amoniacal, principal mecanismo de remoción de esta forma de nitrógeno en este tipo de unidades (King, 1999). En la laguna aerobia se presentan condiciones similares pero con tiempos de retención más largos lo que pudiera favorecer la remoción de nitrógeno. Cuando se analiza la remoción de fósforo, nuevamente se observa que la remoción en la laguna facultativa es despreciable, observándose sólo una transformación de las diferentes formas de fósforo evaluadas. En la aerobia ocurre algo similar con el fósforo total e hidrolizable pero se observa un 90% de remoción de los ortofosfatos (forma asimilable de este elemento en medios acuáticos. Estos resultados muestran indicios de actividad biológica intensa en el sistema. Es importante resaltar que a pesar de las altas cargas orgánicas aplicadas, las unidades mantienen las condiciones bajo las cuales se estableció su operación (facultativa y aerobia), este planteamiento se confirma con los rangos de valores obtenidos para el oxígeno disuelto, ph y alacalinidad a diferentes secciones y profundidades de lagunas, las cuales en ningún caso reflejaron condiciones de anaerobicidad en la laguna facultativa y se mantuvieron en los rangos típicos para la aerobia; asimismo se puede afirmar que se mantiene la actividad biológica característica de estas unidades, reflejadas en la transformación de las diferentes formas de nitrógeno y fósforo señaladas anteriormente. Los factores hasta ahora considerados, correspondientes a los criterios convencionales de evaluación de sistemas de tratamiento biológicos, permiten concluir que las lagunas de estabilización son capaces de soportar cargas orgánicas significativamente mayores a la normalmente aplicadas sin desmejorar sustancialmente la eficiencia de remoción de materia orgánica, objetivo central de su funcionamiento. Para evaluar el comportamiento del sistema a la luz de su capacidad para producir un efluente aceptable para la descarga en cuerpos de agua superficiales, se determinó la probabilidad de que la concentración de materia orgánica en términos de DBO 5,20 y DQO en sus formas total y solubles fuesen menores o iguales al valor establecido por los criterios de descarga vigente, es decir su confiabilidad (P(X<X d )). Para ello fue necesario, en primera instancia verificar que la distribución de la concentración del parámetro en consideración se ajustara al modelo log-normal, esto se hace aplicando la prueba Kolmogorof- Smirnof. Los resultados resumidos en la Tabla 4, muestran como en ningún caso la hipótesis de distribución log-normal fue rechazada al 5% de significancia, coincidiendo con lo observado en otras situaciones donde se ha planteado este modelo como aplicable a la distribución de concentraciones de DBO y DQO en el efluente de sistemas de tratamiento Niku et al, 1979, 1982; Sánchez 1991) 10

11 Tabla 3 Resumen de Resultados Obtenidos en la Evaluación del Sistema Dual de Lagunas de Estabilización (Tiempo de Observación = 2 años) Laguna Facultativa Laguna Aerobia Parámetro Afluente Efluente Eficiencia (%) Efluente Eficiencia (%) Ef. Global Confiabilidad Estabilidad Confiabilidad Estabilidad DBO5,20 Total (mg/l) 136 (60-185) 70 (40-132) Soluble (mg/l) - 33 (20-78) DQO Total (mg/l) ( ) (70-307) Soluble (mg/l) - 84 (11-162) Nitrógeno Total Kjeldahl (mg/l N) 16,7 16,4 (14,6-19) (11,1-18,5) Nitrógeno Amoniacal (mg/l N) 12,2 (10,5-13,2) Fósforo Total (mg/l P) 2,87 (2,45-3,24) Fósforo Hidrolizable (mg/l P) 2,59 (2,20-2,90) Ortofosfatos (mg/l P) 2,08 (1,83-2,19) 11,8 (8,1-13,4) 2,90 (2,60-3,04) 2,41 (2,38-2,64) 2,11 (1,6-2,45) 49 0,32 E 55 (25-120) 76 0,98 E 14 (8-30) 39 0,99 N E 155 (95-258) 72 0,99 N E 65 (30-124) 2 NA NA 13,5 (13,4-18,2) 3 NA NA 8,9 (7,8-9,8) NA NA NA 3,37 (2,95-3,76) NA NA NA 2,86 (2.47-3,11) NA NA NA 0,21 (inp - 0,47) 21 (80)* 60 0,67 E ,00 E ,00 N E (64)* ,00 N E NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Condiciones de Operación Laguna Facultativa Laguna Aerobia Caudal (L/s) 0,7 0,12 Carga Orgánica (kg DBO/ha día) Tiempo de Retención (d) 1,7 5,5 Condiciones del Medio Laguna Facultativa Laguna Aerobia Oxígeno Disuelto (mg/l) 0,1-4,2 1,6-11,0 ph 7,4-8,6 8,1 9,0 Alcalinidad (mg/l Ca CO3) *Eficiencia calculada en base a la DBO o DQO afluente con respecto a la soluble efluente; inp: Inapreciable; E: Estable (σ del conjunto de valores < a 15) NE: No estable, NA: no aplica Nota: Valores entre paréntesis, denotan el rango de variación. 11

12 Tabla 4 Verificación del Modelo de Distribución Log-Normal de la Concentración de DBO y DQO total y Soluble en el Efluente de las lagunas PETA -UCV Max Fo - Fe * Modelo Aceptado Laguna Parámetro Coeficiente de K-S Modelo de Distribución Considerado (α = 0,.05) Normal Log-Normal Normal Log-Normal DBO5,20 total 0,228 0,1285 0,0808 X X Facultativa DBO5,20 sol. 0,228 0,1701 0,1095 X X DQO total 0,234 0,1571 0,0606 X X DQO soluble 0,234 0,1728 0,1495 X X DBO5,20 total ,1505 0,1173 X X Aerobia DBO5,20 sol. 0,272 0,1576 0,1908 X X DQO total 0,266 0,1437 0,0996 X X DQO soluble 0,272 0,1495 0,0862 X X Fo: frecuencia observada; Fe: Frecuencia esperada. Al determinar evaluar la confiabiliadad de las unidades para producir una efluente con contenidos de materia orgánica expresada en términos de DBO 5,20 y DQO total y soluble aceptables, se obtiene que tanto la laguna facultativa como la aerobias son capaces de mantener esa condición cuando se trata de DBO 5,20 soluble y DQO total y soluble (confiabilidad > 90%). Cuando se determina la desviación estándar de las concentraciones en el efluente, medida de la estabilidad de las unidades, se obtiene que el efluente de la laguna facultativa y de la aerobia estable en términos de DBO total y soluble (σ s < 20 mg.l -1 ) pero se desvía de esta condición en relación a la DQO (ver Tabla 5). Sin embargo cuando se consideran los valores promedios del parámetro en particular y su rango de variación vs. la carga superficial aplicada, en ningún caso se obtienen desviaciones mayores a 350 mg.l -1 (criterio de descarga). Considerando las altas cargas a las cuales estuvo sometido el sistema y el efecto numérico del orden de magnitud de la variable considerada se puede afirmar que el sistema es estable en términos de contenido de materia orgánica en el efluente producido. Tabla 5 Resultados del Análisis Probabilístico en la Evaluación del Comportamiento de las Lagunas Facultativa y Aerobia Ubicadas en PETA UVC Laguna Facultativa Laguna Aerobia Parámetro (mg.l-1) Valor Promedio Desviación Estándar Confiabilidad (P(X< X d ) Valor promedio Desviación Estándar Confiabilidad (P(X< X d ) DBO5,20 tot , ,67 DBO5,20 sol , ,00 DQO total , ,00 DQO soluble , ,00 X: Valor del parámetro en el efluente; X d Valor que no debe superarse el 95% de las veces: DBO = 60 mg.l-1; DQO = 350 mg.l-1 (MARNR, 1997) 12

13 Una vez verificado la capacidad del sistema para soportar altas cargas se considera que los resultados obtenidos pueden servir de base para establecer una categoría adicional en la clasificación de las lagunas de estabilización en función de la carga procesal aplicada. Así se propone definir lagunas facultativas de alta carga como aquellas diseñadas con cargas orgánicas superficiales de 800 kg DBO 5,20.ha - 1.d -1 y operadas con variaciones hasta 1200 kg DBO 5,20.ha -1.d -1. Asimismo se propone definir lagunas aerobias de alta carga como aquellas diseñadas con carga superficial de 400 kg DBO 5,20.ha -1.d -1 y operadas con variaciones hasta 500 kg DBO 5,20.ha -1.d -1. Estas condiciones de diseño y operación son válidas para unidades de esta naturaleza trabajando con líquidos residuales de origen municipal y bajo condiciones de clima tropical. Los criterios de diseño y operación que se acaban de especificar se traducen en tiempos de retención sustancialmente menores a convencionalmente aplicados y significan un ahorros en los requerimientos de terreno y menores costos en la inversión. CONCLUSIONES Las principales conclusiones del estudio realizado se resumen en: En base a los resultados obtenidos durante todo el período de observación se define como condición de alta carga para la laguna facultativa cargas orgánicas hasta 800 kgdbo/ha día con variaciones hasta de 1400 kg DBO.ha -1 d -1. Para la laguna aerobia cargas orgánicas hasta 400 kg DBO.ha -1 d -1 con variaciones hasta de 500 kg DBO.ha -1 d -1 Estas cargas, asociadas a tiempos de retención menores a los convencionales significan ahorro en los requerimientos de terreno y en consecuencia menores costos de la inversión. La laguna facultativa sometida a altas cargas ( kg DBO.ha -1 d -1 ) durante un período de 2 años, fue capaz de producir un efluente aceptable desde el punto de vista físico químico, obteniéndose una eficiencia de remoción promedio en el orden de 49% y 72% en términos de DBO total y soluble y de 39% y 72% en términos de DQO. Este comportamiento se considera aceptable si se toma en cuenta las altas cargas aplicadas. A pesar de las altas cargas, la unidad mantiene sus condiciones de laguna facultativa lo cual se refleja en los rangos de valores obtenidos para el Oxígeno Disuelto, ph y alcalinidad a diferentes secciones y profundidades de laguna, asimismo, mantiene la actividad biológica característica de estas unidades, reflejada en la transformación de las diferentes formas de nitrógeno y fósforo. El efluente producido por la laguna facultativa es estable en términos de DBO pero se desvía de esta condición en relación a la DQO. La confiabilidad para mantener la calidad del efluente es aceptable (>90% excepto para DBO total). En cuanto al comportamiento de la laguna aerobia, la cual fue sometida a cargas procesales entre 170 y 416 kg DBO 5,20.ha -1.d -1, se pueden hacer comentarios similares sólo que en este caso las condiciones mejoran, lo que se atribuye a su condición de unidad secundaria para el tratamiento del líquido residual a tratar. La eficiencia global promedio del sistema fue en el orden de 90% y 78% en términos de DBO y DQO respectivamente, comparable con la correspondiente a otros tipos de sistemas, lo que verifica su aplicabilidad bajo condiciones de alta carga cuando procesan líquidos residuales de origen doméstico y operan bajo condiciones de clima tropical 13

14 Se verifica la aplicabilidad del método probabilístico para la evaluación del comportamiento de estos sistemas de tratamiento propuesto por Sánchez (1991). BIBLIOGRAFÍA BÁSICA DE REFERENCIA 1. APHA-AWWA-WEF (1995): Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19th Edition, Washington 2. COLMENAREZ, E; DIEZ, S.; POZO, A (1983): Evaluación del Funcionamiento de las Lagunas de Oxidación de San José de Perijá- Facultad de ingeniería - Universidad del Zulia, Maracaibo. 3. DE SOUSA, L.; VITALE, O.; WILLIAMS, F.(1988): Determinación de Eficiencias de Tratamiento en Sistemas de Lagunas de Estabilización Operando en Serie. Escala Piloto. Facultad de Ingeniería, U.C.V. 4. ESPINOZA, Y. (1995): Selección, Diseño, Construcción y Evaluación de los Dispositivos de Entrada y Salida para las Lagunas Facultativa y Aerobia de la Planta Experimental de Tratamientos de Aguas de la Facultad de Ingeniería de la UCV., Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela, Caracas. 5. GARCÍA, A.; MARIS, H.. (1977): Lagunas de Estabilización como Sistema de Tratamiento de Líquidos Residuales II. Determinación de Eficiencias de Operación (continuación), Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela. 6. INSTITUTO NACIONAL DE OBRAS SANITARIAS (1976): Normas para la Elaboración de Proyectos de Sistemas de Tratamiento de Aguas Servidas Urbanas Vol II. Dirección de Planificación y Desarrollo. 7. MANZANERO, L.(1986): Caracterización Bacteriológica de un Sistema de Lagunas de Estabilización de Aguas Residuales. Facultad de Ciencias Universidad Central de Venezuela. 8. MIDDLEBROOKS, E.; MIDDLEBROOKS, C.; REYNOLDS, J.; WATTERS,G.; REED, S.,GEORGE,D. (1982): Wastewater Stabilization Laggon Design. Performance and Upgrading. MacMillam Publishing Co New York 9. MINISTERIO DEL AMBIENTE Y DE LOS RECURSOS NATURALES RENOVABLES - MARNR (1997: Rumbo a una Nueva Gestión Ambiental - Marco Legal, Caracas. Venezuela 10. PLANTA EXPERIMENTAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS - UCV (1983) Lagunas de Estabilización como Alternativa de Tratamiento para Aguas Residuales en Zonas Tropicales. Algunas Experiencias en Venezuela: I Congreso Bolivariano y III Congreso Venezolano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Naiguatá 11. SANCHEZ R.(1991): Análisis de Confiabilidad y Estabilidad en Lagunas de Estabilización Operando bajo Condiciones Tropicales. Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela. 14