planta de tratamiento de aguas residuales de minatitlán veracruz

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÌA
“PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE MINATITLÁN VERACRUZ”
MODALIDAD: MONOGRAFÍA
QUE COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL
TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
PRESENTA
OSWALDO ESCOBAR HERNÁNDEZ.
DIRECTOR DE MONOGRAFÍA:
COATZACOALCOS, VER.
DR. FRANCISCO ESPINOSA ARENAL.
AGOSTO DEL 2011.
TÍTULO DE LA MONOGRAFÍA.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE MINATITLÁN
VERACRUZ.
ÍNDICE
I
INTRODUCCIÓN.
1
II
JUSTIFICACIÓN.
2
III
OBJETIVO GENERAL.
3
IV
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
4
CAPITULO I
AGUAS RESIDUALES.
1.1
Aguas Residuales urbanas.
6
1.2
Origen de las aguas residuales.
7
1.3
Composición de las aguas residuales.
8
1.4
Contaminantes de importancia en el tratamiento de agua residual.
10
1.5
Aguas residuales domésticas.
12
CAPITULO II
PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.
2.1
Proceso de tratamiento.
15
2.2
Sistemas de tratamiento biológico.
15
2.3
Tratamiento aerobio.
17
2.4
Tratamiento anaerobio.
18
2.5
Procesos biológicos.
18
2.6
Antecedentes de la laguna de estabilización.
19
2.7
Tipos de lagunas de estabilización.
21
2.7.1
Lagunas de estabilización.
21
2.7.2
Lagunas de oxidación.
22
2.7.3
Lagunas facultativas.
22
CAPTITULO III
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.
3.1
Factores indispensables para generar el proceso en las lagunas.
25
3.1.1
Luz solar.
25
3.1.2
Profundidad del agua.
25
3.1.3
Oxígeno.
26
3.1.4
Nutrientes.
27
Factores que producen cambios en la laguna.
28
Temperatura.
28
3.3
Descripción de la planta de tratamiento.
29
3.4
Descripción de los elementos característicos en las lagunas.
32
3.4.1
Temperatura característica en la laguna.
32
3.4.2
Gasto.
33
3.4.3
Ph.
33
3.4.4
Oxígeno disuelto.
34
3.4.5
DBO5.
34
3.4.6
Sólidos suspendidos.
34
3.2
3.2.1
3.4.7
Coliformes fecales.
35
3.4.8
Nitrógeno.
35
3.4.9
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO).
36
Zona de estudio.
39
3.5.1
Localización.
39
3.5.2
Geología.
39
3.5.3
Hidrología.
40
3.5.4
Edafología.
40
3.5.5
Flora y fauna.
41
3.5.6
Clima.
41
Características de las lagunas.
41
3.5
3.6
CAPTITULO IV
DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS Y LOS CAUDALES DE DISEÑO
UTILIZADOS EN EL DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO.
4.1
Descripción de la estructura.
49
4.2
Ubicación de elementos de control.
51
4.3
Datos de diseño y datos de proyecto.
53
4.4
Operación normal del sistema de tratamiento.
55
Actividades previas al arranque.
55
Pretratamiento.
56
4.4.1
4.4.1.1
4.4.1.1.1 Cribado.
56
4.4.1.1.2 Desarenación.
57
4.4.1.2
Lagunas.
58
4.4.2
4.4.2.1
Actividades rutinarias en la planta operando.
59
Pretratamiento en la planta operando.
60
4.4.2.1.1 Cribas en la planta operando.
60
4.4.2.1.2 Desarenador en la planta operando.
61
4.4.2.2
Lagunas en la planta operando.
63
CAPTITULO V
MEDICIONES Y PRUEBAS DE LABORATORIO.
5.1
Programa de mediciones y determinaciones.
66
5.2
Problemas especiales de las lagunas de estabilización.
71
5.2.1
Tendencia de la laguna a secarse.
71
5.2.2
Tendencia de la laguna a desbordarse.
71
5.2.3
Producción de malos olores.
72
5.2.4
Problemas con los bordos.
72
Laboratorio.
73
5.3.1
Recolección de muestras.
73
5.3.2
Tipo de muestras.
74
5.3
5.3.2.1 Muestra individual.
74
5.3.2.2 Muestra compuesta.
74
5.3.3
Manejo y preservación de las muestras.
74
5.3.4
Indicador visual.
75
5.3.4.1 Color.
75
V
CONCLUSIÓN.
76
VI
BIBLIOGRAFÍA.
77
INTRODUCCIÓN.
La ciudad de Minatitlán Veracruz buscó la manera de resolver un problema
que genera la atención inmediata, las aguas residuales de la entidad. Con
ello, y con estudios de acuerdo a la región, se construyó la planta de
tratamiento de aguas residuales biológica, por medio de lagunas de
estabilización. Esta planta de tratamiento compite con algunas plantas
mecanizadas de acuerdo a la remoción de bacterias y cabe señalar que
tienen como principal objetivo, remover las sustancias coloidales y estabilizar
la materia orgánica presente en las aguas residuales. Conoceremos que son
las lagunas de estabilización y el proceso de las aguas residuales desde que
entran a la planta de tratamiento, su trayecto por las lagunas y su destino
final. Las lagunas de estabilización tienen como principal ventaja, que su
operación es muy sencilla y natural, y no requiere costosos consumos de
energía para su funcionamiento. Estudios realizados al agua tratada de la
planta de tratamiento, nos demuestra que el agua está en los límites
esperados de tratamiento. Sin embargo, su principal desventaja es la
utilización de grandes extensiones de terreno para la formación de las
lagunas y el costo creciente de los terrenos que son utilizados para la
agricultura. También hay que señalar que debido a que en las lagunas ocurre
un proceso natural por las bacterias que ahí habitan, existe un olor particular
que requiere que la planta de tratamiento de aguas residuales se localice a
una distancia requerida normativamente de la ciudad.
1
JUSTIFICACIÓN.
El beneficio que este trabajo de investigación desempeña es muy
indispensable, ya que, con la información que encontremos en estas líneas,
se conocerá y ampliara el criterio sobre el trabajo que desempeña y la
funcionabilidad de la planta de tratamiento de aguas residuales de Minatitlán;
así como, el conocimiento adquirido sobre la recuperación de las aguas
residuales urbanas de la ciudad. Este beneficio está dirigido a todas aquellas
personas interesadas en la rehabilitación del agua, ya que es el líquido vital
indispensable para la vida en nuestro entorno. Con el conocimiento
adquirido, sobre este tema, se prevé cambiar la ignorancia que podemos
tener, para llevar a cabo una diferencia muy importante en nuestra ecología
y, con ello poder resolver problemas de aguas residuales, de una manera
sencilla y económica, a la vanguardia que la ciudad de Minatitlán se merece.
Por consiguiente, la utilidad de la planta de tratamiento da como resultado la
eliminación del índice de contaminación en el agua tratada. El tema de la
planta de tratamiento de aguas residuales es significativo porque da
resultados satisfactorios, ya que es un proceso natural, sencillo y
económicamente hablando al alcance de la ciudad; el proceso de la
rehabilitación del agua es casi nulo, o sea que, la planta puede realizar sus
operaciones con un mínimo de trabajadores y el resultado no varía, con lo
esperado. Cabe señalar que este es un problema que afecta no solo a la
ciudad de Minatitlán, sino a todas las ciudades que están en expansión, y
que, así como provoca afecciones en nuestra salud, también provoca
problemas mundiales de agua en el planeta, es por ello que es un tema de
importancia mundial para el bienestar humano y para la comodidad de los
seres que rodean el ecosistema.
2
OBJETIVO GENERAL.
El objetivo general de esta investigación, es entender de manera amplia, el
impacto que tienen las aguas residuales urbanas en la ciudad de Minatitlán,
Veracruz; y cómo la sociedad se ha preocupado por evitar que estas aguas
afecten al río Coatzacoalcos. Por lo tanto, demostrar de manera clara y
concisa, el problema que ocasionan las aguas residuales en la ciudad y
como los habitantes se han interesado por dar una solución ante este hecho,
construyendo una planta de tratamiento de aguas residuales biológica, por
medio de lagunas de estabilización; que de manera natural se lleva a cabo,
dando lugar a una recuperación en el medio ambiente. También se pretende
alcanzar el conocimiento básico del funcionamiento de la planta y
comprender de forma importante que el proceso es sencillo y natural, de
acuerdo a todas las particularidades que existen en el ecosistema y el medio
que las rodea.
3
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
 Conocer que son las aguas residuales domésticas, cómo afectan al medio
hidrológico y a la sociedad de Minatitlán, Veracruz; y comprender la
problemática que trae consigo el no tomar las medidas necesarias para
equilibrar dichas aguas.
 Entender que es una planta de tratamiento biológica, por medio de
lagunas de estabilización para tratar las aguas residuales domésticas y
como es el proceso de dicha planta en la ciudad de Minatitlán. Tener
conocimiento del por qué es factible para la zona y la historia que le
precede, para una comprensión más clara.
 Conocer al final del proceso el índice de contaminación del agua urbana
tratada de la ciudad de Minatitlán y su incorporación al medio ambiente.
4
CAPITULO I
AGUAS RESIDUALES
5
AGUAS RESIDUALES URBANAS.
Son aquellas que se han canalizado a los núcleos urbanos, que se han
utilizados en usos domésticos (inodoro, fregadero, lavadoras, lavabos, friega
platos, baños, etcétera) y que pueden contener, además, algún residuo de
los arrastres de las aguas de lluvia por una parte y de pequeñas actividades
industriales urbanas por otra.
Para conocer las posibilidades de rehuso de las aguas residuales urbanas,
su peligrosidad potencial, sus posibles aplicaciones en recuperación de
suelos, en reciclado de materiales, en recuperación de productos, etcétera,
es preciso conocer con detalles las características de la composición y
demás factores que conforman los efluentes. Verdaderamente, estos varían
mucho ante la presencia o ausencia de industrias y ante las costumbres
higiénicas que siga la población.
Las aguas residuales urbanas presentan tipos de contaminantes muy
variados.
TABLA
1.
Concentración
de
nutrientes,
oligoelementos
y
agentes
contaminantes en las aguas residuales de México, D. F.
CONAGUA 2002
CARACTERISTICAS
CONCENTRACION
CARACTERISTICAS
(EN Mg/L)
CONCENTRACION
(EN Mg/L)
CONDUCTIVIDAD
1792
ALCALINIDAD (TOTAL)
433
SOLIDOS TOTALES
1590
Ph
7.7
MES
1150
Pb
0.09
COLIFORMES
630000000
Hg
0.0015
DBO
220
Cd
0.027
6
DQO
500
Zn
0.54
NH3
0.2
Cu
0.09
PO4
23
Ni
0.1
CL
182
Fe
2.4
SO4
147
Mn
0.17
DUREZA TOTAL
483
Na
308
ORIGEN DE LAS AGUAS RESIDUALES.
Llamamos aguas residuales a los líquidos procedentes de actividad humana,
que llevan en su composición gran parte de agua, y que generalmente son
vertidos a cursos o masas de aguas continentales o marinas.
Su origen pueden ser muy diverso; G. Brebion (1993) las agrupa en 5
categorías:
. Mecánico y Físico
. Inorgánico y mineral
. Orgánico
. Urbano
. Colectivo
Las aguas residuales urbanas se constituyen a causa del aporte de:
. Excretas
. Residuos domésticos
7
. Arrastres de lluvia
. Infiltraciones
. Residuos Industriales
COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES.
Las aguas residuales se caracterizan por su composición física, química y
biológica. La siguiente tabla muestra las principales propiedades físicas de
agua residual, así como sus principales constituyentes químicos y biológicos,
y su procedencia.
TABLA 2. Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y
sus procedencias.
CARACTERÍSTICAS
PROCEDENCIA
PROPIEDADES
FISICAS:
COLOR
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS E INDUSTRIALES,
DEGRADACIÓN NATURAL DE MATERIA ORGÁNICA.
OLOR
AGUA RESIDUAL EN DESCOMPOSICIÓN, RESIDUOS
INDUSTRIALES.
SÓLIDOS
AGUA DE SUMINISTRO, AGUAS RESIDUALES
DOMÉSTICAS E INDUSTRIALES, EROSIÓN DEL
SUELO,
INFILTRACIÓN Y CONEXIONES INCONTROLADAS.
TEMPERATURA
AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALES.
CONSTITUYENTES
QUÍMICOS:
ORGÁNICOS:
CARBOHIDRATOS
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
8
CARACTERÍSTICAS
PROCEDENCIA
Y COMERCIALES.
GRASAS ANIMALES, AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
Y COMERCIALES.
ACEITES
Y GRASAS
PESTICIDAS
FENOLES
PROTEÍNAS
RESIDUOS AGRÍCOLAS.
VERTIDOS INDUSTRIALES.
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
Y COMERCIALES.
CONTAMINANTES
PRIMARIOS
AGENTES
TENSOACTIVOS
COMPUESTOS
ORGÁNICOS
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
Y COMERCIALES.
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
Y COMERCIALES.
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
Y COMERCIALES.
VOLATILES
INORGÁNICOS:
ALCALINIDAD
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, AGUAS DE
SUMINISTRO, INFILTRACIÓN DE AGUA
SUBTERRÁNEA.
CLORUROS
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, AGUAS DE
SUMINISTRO, INFILTRACION DE AGUA
SUBTERRÁNEA.
METALES PESADOS VERTIDOS INDUSTRIALES.
NITRÓGENO
PH
RESIDUOS AGRÍCOLAS.
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
Y COMERCIALES.
FÓSFORO
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
Y COMERCIALES; AGUAS DE ESCORRENTÍA.
9
CARACTERÍSTICAS
CONTAMINANTES
PRIORITARIOS
AZUFRE
PROCEDENCIA
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES
Y COMERCIALES.
AGUAS DE SUMINISTRO; AGUAS RESIDUALES
DOMÉSTICA, COMERCIALES E INDUSTRIALES.
GASES:
SULFURO DE
DESCOMPOSICIÓN DE RESIDUOS DOMÉSTICOS.
HIDRÓGENO
METANO
DESCOMPOSICIÓN DE RESIDUOS DOMÉSTICOS.
OXÍGENO
AGUA DE SUMINISTRO; INFILTRACIÓN DE AGUA
SUPERFICIAL.
CONSTITUYENTES
BIOLÓGICOS:
ANIMALES
CURSOS DE AGUA Y PLANTAS DE TRATAMIENTO.
PLANTAS
CURSOS DE AGUA Y PLANTAS DE TRATAMIENTO.
PROTISTAS:
EUBACTERIAS
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INFILTRACIÓN
DE AGUA SUPERFICIAL, PLANTAS DE
TRATAMIENTO.
ARQUEOBACTERIAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INFILTRACIÓN
DE AGUA SUPERFICIAL, PLANTAS DE TRATAMIENTO.
VIRUS
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS.
CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA EN EL TRATAMIENTO
DE AGUA RESIDUAL.
En la siguiente tabla se describen los contaminantes de interés en el
tratamiento del agua residual. Las normas que regulan los tratamientos
secundarios están basadas en la tasa de eliminación de la materia orgánica,
sólidos en suspensión y patógenos presentes en el agua residual. Gran parte
de las normas implementadas recientemente, mas exigentes, incluyen el
10
control de eliminación de nutrientes y de los contaminantes prioritarios.
Cuando se pretende reutilizar el agua residual, las exigencias normativas
incluyen también la eliminación de compuestos orgánicos refractarios,
metales pesados y, en algunos casos, solidos inorgánicos disueltos.
TABLA 3. Contaminantes de importancia en el tratamiento del agua residual.
CONTAMINANTES
RAZON DE LA IMPORTANCIA
Sólidos en
Los sólidos en suspensión pueden dar lugar al desarrollo
Suspensión.
de depósitos de fango y de condiciones anaerobias
cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno
Acu-ático.
Materia orgánica
Compuesta principalmente por proteínas, carbohidratos,
Biodegradable.
grasas animales, la materia orgánica biodegradable se
mide, en la mayoría de las ocasiones, en función de la
DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno) y de la DQO
(Demanda Química de Oxigeno). Si se descarga al entorno
sin tratar, su estabilización biológica puede llevar al
agotamiento de los recursos naturales de oxigeno y al
desarrollo de condiciones sépticas.
Patógenos.
Pueden transmitirse enfermedades contagiosas por medio
de los organismos patógenos presentes en el agua
residual.
Nutrientes.
Tanto el nitrógeno como el fosforo y el carbono son
nutrientes esenciales para el crecimiento. Cuando se
vierten al entorno acuático, estos nutrientes pueden
favorecer el crecimiento de vida acuática no deseada.
Cuando se vierten al terreno en cantidades excesivas,
pueden provocar la contaminación del agua subterránea.
11
Contaminantes
Son compuestos orgánicos o inorgánicos determinados en
Prioritarios.
base a su carcinogenicidad, mutagenisidad, teratogenicidad
O toxicidad aguda conocida o sospechada. Muchos de
Estos compuestos se hallan presentes en el agua residual.
Materia orgánica
Esta materia tiende a resistir los métodos convencionales
de tratamiento, ejemplos típicos son los agentes
tensoactivos, y puede ser necesario eliminarlos si se
pretende reutilizar el agua residual.
Sólidos
Los constituyentes inorgánicos tales como el calcio, sodio
Inorgánicos
y los sulfatos se añaden al agua de suministros como
Disueltos.
consecuencia del uso del agua, y se deben eliminar si se va
a reutilizar el agua residual.
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS.
En el agua residual se transportan los residuos de las viviendas, escuelas,
establecimientos comerciales e industriales. Las aguas residuales se
clasifican como de origen domestico o industrial.
Las aguas residuales que se descargan en el sistema de alcantarillado
provenientes de las fuentes industriales tienen una amplia variación y; en
general, la mayoría contiene una alta concentración de carga orgánica [1].
Las aguas residuales domesticas son muy parecidas en todo el país. Todos
cocinamos, comemos y lavamos en forma muy parecida y a las mismas
horas. Estos hábitos generales crean una forma de carga a través del día.
Las aguas residuales domesticas con alcantarillados bien construidos dan
flujos de 100 a 250 litros por persona y contiene de 0.040 a 0.060 Kg de DBO
por habitante por día.
12
El agua residual es generalmente de color gris, similar al agua de lavado de
platos, con un olor a musgo. Si se hace séptica, se vuelve negra con un olor
fuerte y nauseabundo y el Ph es bajo.
Los sólidos se clasifican de acuerdo a sus características físicas. Los sólidos
constituyen cerca del 40% de los sólidos totales y están disueltos en el agua
como el azúcar se disuelve en el café. Los sólidos suspendidos forman el
remanente de los sólidos totales.
La porción orgánica de sólidos está sujeta al decaimiento (descomposición
bacteriana). Esta porción contiene proteínas, carbohidratos y grasas. Los
elementos químicos importantes son el carbono, el hidrógeno y el oxígeno,
los cuales se encuentran combinados con nitrógeno, azufre y fósforo.
La contaminación proviene de una porción orgánica de las aguas residuales.
Si las aguas residuales se dejaran sin tratar, le robarían a los cuerpos de
agua el oxigeno necesario para las formas de vida primarias. La
contaminación ocurre por que las aguas contaminadas transportan gérmenes
y bacterias que causan enfermedades. Por lo tanto, desde el punto de vista
de Salud Publica, es absolutamente necesario reducir la contaminación a
niveles aceptables. Estos niveles se miden en términos de Demanda
Bioquímica de Oxigeno (DBO), Oxigeno Disuelto (OD), Ph, solidos
suspendidos, nitrógeno, grasas y aceites y coliformes residuales.
13
CAPITULO II
PROCESO DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES.
14
PROCESO DE TRATAMIENTO.
En el tratamiento de aguas residuales se pueden distinguir hasta cuatro
etapas que comprenden procesos químicos, físicos y biológicos:
.Tratamiento preliminar, destinado a la eliminación de residuos fácilmente
separables y en algunos casos un proceso de pre-aireación.
.Tratamiento primario que comprende procesos de sedimentación y
tamizado.
.Tratamiento secundario que comprende procesos bilógicos aerobios
anaerobios y fisicoquímicos (floculación) para reducir la mayor parte de la
DBO.
.Tratamiento terciario o avanzado que está dirigida a la reducción final de la
DBO, metales pesados y/o contaminantes químicos específicos y la
eliminación de patógenos y parásitos [2].
SISTEMAS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO.
Los objetivos del tratamiento biológico son tres: (1º) reducir el contenido en
materia orgánica de las aguas, (2º) reducir su contenido en nutrientes y (3º)
eliminar los patógenos y parásitos. Estos objetivos se logran por medio de
procesos aeróbicos y anaeróbicos, en los cuales la materia orgánica se
metaboliza por diferentes cepas bacterianas, lo que lleva consigo
condiciones de fotosíntesis, movilidad o estabilidad de los microorganismos,
etc. La siguiente tabla presenta los principales procesos biológicos básicos
de tratamiento [3].
15
TABLA 4. Procesos biológicos básicos.
AEROBIOS
SISTEMAS FOTOSINTETICOS
Lodos activados.
Escorrentía superficial sobre
Lechos bacterianos.
cubierta vegetal.
Lagunaje.
Estanques aireados.
Lagunas de oxidación.
Estanques de oxidación rápida.
Humedales artificiales.
Humedales artificiales.
CRECIMIENTO SUSPENDIDO
CRECIMIENTO ADHERENTE
Lodos activados.
Lechos bacterianos.
Estanques aireados.
Contadores biológicos giratorios.
Digestores mixtos.
Filtros anaerobios.
Estanques de oxidación rápida. Columnas de desnitrificación.
ANAEROBIOS
SITEMAS MIXTOS
Estanques anaerobios.
Lagunaje natural:
Digestores.
. Con microfitos
Filtros anaerobios.
. Con macrofitos
. Mixto
Lagunaje aireado:
. Lagunas de aireación
. Lagunas de decantación
Lagunaje anaerobio.
Lagunaje de alto rendimiento.
Lechos de macrofitas.
Lechos de turba.
Infiltración controlada.
Lagunaje de producción:
. Producción de acuicultura
16
ANAEROBIOS
SISTEMAS MIXTOS
. Producción general de biomasa
. Producción de metabolitos para
la industria
.
Producción
de
alimentos
ganaderos
. Producción de compost.
TRATAMIENTO AEROBIO.
El tratamiento se proporciona mediante difusión de aire por medios
mecánicos
en
el
interior
de
tanques.
Durante
el
tratamiento
los
microorganismos forman flóculos que, posteriormente, se dejan sedimentar
en un tanque, denominado tanque de clerificacion. El sistema básico
comprende, pues, un tanque de aireación y un tanque de clarificación por los
que se hace pasar los lodos varias veces. Los dos objetivos principales del
sistema de lodos activados son: (1º) la oxidación de la materia biodegradable
en el tanque de aireación y (2º) la floculación que permita la separación de la
biomasa nueva del efluente tratado. Este sistema permite una remoción de
hasta un 90% de la carga orgánica, pero tiene algunas desventajas: en
primer lugar requiere de instalaciones costosas y la instalación de equipos
electromecánicos que consumen un alto costo energético. Por otra parte
produce un mayor volumen de lodos que requieren de un tratamiento
posterior por medio de reactores anaeróbicos y/o su disposición en rellenos
sanitarios bien instalados.
17
TRATAMIENTO ANAEROBIO.
Consiste en una serie de procesos microbiológicos, dentro de un recipiente
hermético, dirigidos a la digestión de la materia orgánica con producción de
metano. Es un proceso en el que pueden intervenir diferentes tipos de
microorganismos pero que esta dirigido principalmente por bacterias.
Presenta una serie de ventajas frente a la digestión aerobia: generalmente
requiere de instalaciones menos costosas, no hay necesidad de suministrar
oxigeno por lo que el proceso es más barato y el requerimiento energético es
menor. Por otra parte se produce una menor cantidad de lodo (el 20% en
comparación con un sistema de lodos activos), y además este último se
puede disponer como abono y mejorador de suelos; además es posible
producir un gas útil. Para el tratamiento anaerobio a gran escala, se utilizan
reactores de flujo ascendente o U.S.B. con un pulimiento aerobio a base de
filtros percoladores y humedales.
PROCESOS BIOLÓGICOS.
Los procesos biológicos (secundarios), tienen como principal objetivo,
remover las sustancias coloidales y estabilizar la materia orgánica presente
en las aguas residuales. Dichos procesos pueden usarse conjuntamente con
tratamientos físicos y químicos, dependiendo del nivel de tratamiento, de la
calidad deseada del agua residual, del uso o disposición que se le pretende
dar y de la disponibilidad del terreno para desplantar la obra.
Los procesos biológicos mas comúnmente usados son: Lagunas de
estabilización, lodos activados y filtros percoladores; sin embargo, existen
otras variantes de estos procesos que pueden ser utilizados para lograr
requerimientos específicos de tratamiento.
El tipo de tratamiento que se diseño para acondicionar las aguas residuales
de Minatitlán es el de: Lagunas de Estabilización.
18
Desde el punto de vista de calidad del efluente, las lagunas de estabilización
compiten con las plantas mecanizadas en cuanto a remoción de DBO y de
bacterias, no así en cuanto a color y turbiedad [4].
ANTECEDENTES DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.
El uso de lagunas de estabilización para tratar aguas residuales o desechos
orgánicos ya sea casual o deliberadamente es bastante antigua. Sin
embargo, el empleo de lagunas como un recurso técnico, o como un medio
aceptado con este propósito, se ha desarrollado en la segunda mitad del
siglo XX (IMAGEN 1).
Las primeras experiencias que se tuvieron en el uso de lagunas d e
estabilización, se dieron en Estados Unidos de Norteamérica, principalmente
en el suroeste donde hay sol todo el año y nunca se congelan las capas
superficiales de las aguas, siendo pionera la ciudad de San Antonio, Texas.
Posteriormente se construyeron lagunas de estabilización en otros estados,
tales como Dakota y Missouri.
19
IMAGEN 1. Laguna de estabilización para tratar aguas residuales.
Hacia los años sesenta había en los Estados Unidos cerca de 2000 lagunas
y en 1984 se usaban más de 7000 lagunas de estabilización para el
tratamiento de aguas residuales.
La experiencia en América Latina, inicia en el año de 1957 y en nuestro país
las primeras lagunas se construyeron después de 1960. Los principales
sistemas empleados fueron en Durango, Durango; La Paz, Baja California
Sur; Mexicali, Baja California Norte; y en varias poblaciones pequeñas. Las
lagunas de estabilización siempre surgen como una alternativa posible de
tratamiento por considerarse con operación casi nula y sin necesidad de
consumo de energía para su funcionamiento.
Su principal desventaja es la utilización de grandes extensiones de terreno
para la formación de las lagunas y el costo creciente de los terrenos,
especialmente los utilizados por la agricultura.
20
TIPOS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.
El contenido de oxígeno disuelto determina el tipo de laguna que se tiene.
Las de tipo aeróbico tienen oxigeno disuelto distribuido en toda el agua. Las
lagunas anaerobias no tienen oxigeno disuelto. Las lagunas facultativas
tienen una capa superficial aerobia y una capa en el fondo anaerobia.
Las aguas residuales se tratan en varios tipos de lagunas las cuales se
denominan de acuerdo al tipo de tratamiento que proporcionan. Las lagunas
pueden ser cuerpos de aguas con límites naturales o formarse por
excavaciones y bordos hechos por el hombre. El tratamiento generalmente
ocurre en dos lagunas más llamadas celdas. Estas celdas se arreglan en
serie y el agua fluye de una celda a la otra. Por ejemplo en una laguna de
estabilización el agua entra a una celda primaria, después sigue a una celda
secundaria y luego a una celda de pulimiento.
LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.
Estas reciben las aguas residuales crudas y consisten generalmente en dos
o más celdas (lagunas individuales). La primera laguna que recibe las aguas
residuales sin tratar se le llama celda primaria. La siguiente celda es la
secundaria la cual es seguida algunas veces por una celda de pulimiento
(celda terciaria). Las lagunas de estabilización se diseñan con dos o mas
celdas primarias de manera que puedan operarse en paralelo para evitar
problemas de sobrecarga, además las celdas primarias son los que retienen
la mayor parte de los sólidos suspendidos por los que son las que requieren
limpieza mas frecuentemente, por tanto por este concepto también es
conveniente que sean varias.
21
LAGUNAS DE OXIDACIÓN.
Las lagunas que reciben aguas residuales y que se operan en serie se
denominan lagunas de oxidación. Estas pueden servir como tratamiento
secundario después de una planta de tratamiento primario convencional. La
mayoría de las lagunas de oxidación y de estabilización, estabilizan los
compuestos orgánicos a través de un complejo proceso natural que incluye
la luz solar, el oxigeno, las corrientes de agua y las acciones de las algas y
las bacterias. Las lagunas de oxidación y de estabilización requieren de
grandes áreas superficiales, bajas profundidades y tiempos de retención
largos para que ocurra el proceso natural de estabilización.
LAGUNAS FACULTATIVAS.
Las lagunas facultativas son el tipo más común de lagunas que se usa para
las lagunas de oxidación y estabilización. Tiene dos zonas para el
tratamiento: una capa superficial aerobia y una capa en el fondo anaerobia.
Las lagunas facultativas operan con una profundidad de 1 a 2.4 mts. Y
reciben una carga de 100 a 400 kg/ha por día de DBO. El oxigeno para la
estabilización aerobia en la capa superficial se obtiene de las algas y de la
acción del viento. La descomposición de los lodos en el fondo ocurre en
forma anaerobia (IMAGEN 2).
Una laguna de estabilización o de oxidación existente se puede mejorar
incrementándose su tiempo de retención o diminuyendo su carga superficial
de DBO. Otro método es el profundizar la laguna e instalar aireación
mecánica. En términos generales, en los climas fríos es mejor usar aire
comprimido. La operación intermitente por estaciones o altos requerimientos
de oxigeno favorecen generalmente a la aireación mecánica o por difusión.
22
IMAGEN 2.
Laguna facultativa común que se usa para las lagunas de
oxidación y estabilización.
23
CAPITULO III
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES.
24
FACTORES
INDISPENSABLES
PARA
GENERAR
EL
PROCESO EN LAS LAGUNAS.
LUZ SOLAR.
La luz solar es indispensable para la operación efectiva de las lagunas de
estabilización a través de la fotosíntesis de las algas para producir oxigeno.
El porcentaje de insolación disponible varía en diferentes partes del país
debido a la latitud (la cual gobierna las estaciones), la elevación y la cubierta
de nubes.
La profundidad de penetración de la luz solar determina que parte del
volumen de la laguna participa en la producción de oxigeno y por lo tanto, la
profundidad de operación de la laguna. La perdida de luz por la reflexión se
incrementa hasta un 30% cuando la superficie de la laguna se disturba por la
acción del viento.
La densidad de las algas, la cual varía de estación a estación y de laguna a
laguna, determina la penetración e intensidad de la luz. En general, con buen
crecimiento y dispersión de algas, la producción de oxígeno será buena
hasta una profundidad de 60 cm. La producción de oxígeno no alcanza la
demanda de oxígeno mas bajo de este punto sin el mezclado vertical
producido por la acción de las olas.
PROFUNDIDAD DEL AGUA.
El mantenimiento de un nivel mínimo es necesario para evitar descubrir los
mantos de lodos en el fondo a la atmosfera y prevenir olores, y para evitar
que el fondo de la laguna se seque y se fracture.
25
OXÍGENO.
El oxígeno es necesario para mantener la vida en una laguna aeróbica, lo
usan las bacterias para vivir. El oxígeno se combina con muchas substancias
para formar óxidos y romper muchas moléculas orgánicas complejas en
moléculas simples a disposición de las bacterias. Ya que el oxigeno se usa
para oxidar estos compuestos orgánicos, el oxigeno disuelto (OD) disminuirá
en proporción a la cantidad de materia orgánica presente. Esto se conoce
como demanda de oxígeno de las aguas residuales.
El agua puede mantener una cierta cantidad de oxígeno disuelto, cuando la
cantidad de aire/oxígeno que entra al agua es igual a la cantidad que
abandona el agua, se dice que esta saturada, en lagunas que contienen
algas, el agua puede estar supersaturada con oxigeno (mas oxigeno entra al
agua que el que se usa).
El viento tiende a remover el oxígeno disuelto del agua cuando esta
saturada. Cuando el oxigeno disuelto es menor que la saturación, la acción
del viento ayuda a empujar oxigeno hacia el agua.
La concentración de materia orgánica en las aguas residuales se puede
medir directamente con la prueba de la demanda bioquímica de oxigeno
(DBO). Esta prueba mide la cantidad de oxigeno que usan las bacterias en
un periodo de 5 días. Si la demanda de oxigeno es mayor que la oferta, las
bacterias aeróbicas morirán y se desarrollaran condiciones anaeróbicas que
acarrearan problemas operacionales. Las concentraciones bajas de oxigeno
disuelto resultan en efluentes turbios, malos olores y crecimiento de bacterias
del tipo filamentoso.
26
NUTRIENTES.
Sin un abastecimiento suficiente de nutrientes, las bacterias no son capaces
de crecer y multiplicarse. A pesar de que se requieren varios elementos, el
nitrógeno y el fosforo son los principales. Las aguas residuales domesticas
generalmente contienen suficiente cantidad de ambos. El nitrógeno esta
presente en la forma de amoniaco.
El color de la laguna se relaciona con el Ph de la laguna. El verde muestra un
Ph alto (alcalino). El color amarillo verdoso indica un Ph descendente (acido).
El color puede no relacionarse con el Ph cuando un viento fuerte remueve el
lodo del fondo o cuando aguas residuales industriales coloreadas influyen en
el color de la laguna (IMAGEN 3).
IMAGEN 3. Color en la laguna relacionado con el Ph.
27
FACTORES QUE PRODUCEN CAMBIOS EN LA LAGUNA.
TEMPERATURA.
Los cambios lentos de temperatura normales producen los cambios a largo
plazo estacionales.
Los cambios bruscos o repentinos producen problemas de corta duración.
Por ejemplo, una subida repentina de la temperatura causa la multiplicación
de las bacterias a una tasa rápida provocando una demanda de oxigeno por
las algas, esto puede resultar en un efluente mas turbio que de costumbre.
Una baja repentina de temperatura puede causar el aclaramiento de una
laguna, esto ocurre debido a que la actividad de las algas se reducen y
sedimentan.
La concentración de fósforo es mayor durante los meses fríos. Por otro lado
los sólidos suspendidos durante los meses fríos son bajos debido a la baja
actividad de las algas. El clima cálido trae un incremento en el crecimiento de
las algas. El incremento en el crecimiento de algas también causa un
incremento en los sólidos suspendidos más un incremento en la DBO en el
efluente entre las lagunas.
El clima cálido incrementa la tasa de evaporación lo cual cambia el tiempo de
retención y puede afectar la cantidad de efluente que se descarga.
La llegada de la primavera también atrae consigo un crecimiento de malezas
acuáticas la cuales pueden cambiar la forma del movimiento del agua. En la
superficie se forman plastas de natas. Las natas y las malezas acuáticas
forman excelentes sitios para el crecimiento de mosquitos y de otros
insectos.
Los periodos de lluvias fuertes afectan la operación de la laguna ya que el
incremento en el volumen del agua diluye la concentración de materia
orgánica, puede cambiar la temperatura de la laguna, puede causar un
28
cambio repentino en la profundidad de la laguna y reduce el tiempo de
retención.
DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO.
Las lagunas de estabilización son estructuras muy simples en las que se
lleva a cabo procesos de depuración natural altamente eficientes y muy
complejos. En las lagunas se lleva a cabo simultáneamente procesos de
sedimentación, digestión y estabilización aeróbica de parte de la carga
orgánica
suspendida
y
disuelta;
fotosíntesis,
floculación
biológica;
destrucción de bacterias y de otros patógenos, etc.
La planta de tratamiento proyectada consta de dos lagunas facultativas
(trabajando en paralelo) y una de maduración que será común a las
anteriores.
El proceso que se sucede en las lagunas es sumamente complejo e
interesante ya que se trata de un ciclo natural, continuo, con situaciones
siempre cambiantes. Los cambios se pueden deber a la temperatura, al
clima, al cambio en el tipo de algas, y otros organismos vivos, así como en el
cambio de tipo de aguas residuales.
La vida en una laguna comprende millones de plantas y de animales
microscópicos que coexisten y dependen uno de otros. De hecho, son estas
relaciones lo que hace que la laguna trabaje. Las plantas están constituidas
de diferentes formas de bacterias y algas, las cuales pueden usar las
substancias disueltas en el agua como comida absorbiéndolas a través de su
piel o membrana. Las formas de vida animal son especies mas altas de
criaturas que utilizan la materia solida y las bacterias y las algas como
comida, ingiriéndolas a través de sus bocas.
29
La mayor parte del trabajo en la laguna lo realizan las materias
microscópicas que utilizan las substancias orgánicas como comida y las
cuales bajo las condiciones correctas se agrupan, forman flóculos y al
hacerlo aumentan tanto de peso que sedimentan. Las algas verdes de la
especie Chlorella son deseables ya que son móviles y se mantienen cerca de
la superficie. Las algas filamentosas tienen color azul-verde y son
indeseables. Varias otras algas y con diferentes colores se pueden encontrar
en las lagunas, tales como: Pyrrophyta de color café verdoso a café dorado,
Paeophyta de color café, Rhodophyta de color rojo, entre otros.
Las bacterias se pueden clasificar en aquellas que requieren oxigeno para
vivir (aerobias) y aquellas que viven en un ambiente sin oxigeno
(anaerobias). Ambos tipos reducen substancias orgánicas complejas a
materia soluble la cual pasa a través de las paredes celulares y se convierte
en energía, protoplasma y otros productos finales los cuales se difunden
afuera de la célula hacia el líquido que las rodea. Los productos típicos
producidos por las bacterias aerobias son el bióxido de carbono, el amoniaco
y los fosfatos. Estos son elementos esenciales para las algas que producen
oxigeno. Las bacterias anaeróbicas que viven en la parte inferior de la laguna
donde falta el oxigeno, producen bióxido de carbono, sulfuro de hidrogeno,
amoniaco y otros materiales solubles los cuales se difunden en el agua como
gases o son utilizados por las bacterias aeróbicas como comida.
El uso de oxigeno se llama demanda de oxigeno y el oxigeno remanente se
mide como oxigeno disuelto (OD) libre. El agua puede mantener solo una
cierta cantidad de oxigeno disuelto, hasta que se satura.
La demanda de oxigeno se incrementa a medida que las bacterias y las
algas se incrementan. Y las bacterias y las algas se incrementan a medida
que la fuente de alimento se incrementa, es decir cuando aumenta la carga
orgánica.
30
Existen dos fuentes de oxigeno, una fuente es la difusión de aire de la
atmosfera hacia el agua y la otra fuente son las algas. El papel mas
importante que las algas realizan en la laguna es la producción de la mayor
parte del oxigeno.
Ya que las algas requieren de la luz del sol, se encuentran cerca de la
superficie de la laguna. Este lugar se denomina la capa aeróbica. La
profundidad de esta capa depende del clima y de la densidad de las algas.
La profundidad es normalmente de 15 a45 cm, pero la capa se puede
extender hasta los 125cm en una laguna bien mezclada. Durante la noche,
las algas requieren oxigeno para su sistema respiratorio. Por lo tanto, cuando
el sol se oculta, las algas no mueren, sino que continúan funcionando y
consumen oxigeno. Esto explica por que el oxigeno disuelto se encuentra en
su punto mas bajo inmediatamente después del amanecer.
Uno de los más grandes problemas o deficiencias de las lagunas de
oxidación o de estabilización es la cantidad de algas que contiene la
descarga de la laguna, las algas en este caso aumentan significativamente
los sólidos suspendidos que se descargan al cuerpo receptor. Existen
algunos métodos disponibles para reducir la concentración de algas, tales
como la filtración rápida en arena, los filtros de roca sumergidos, la
coagulación con sulfato de aluminio, y la cloración lo cual añade un costo
adicional y un trabajo extra para la remoción de algas. La cloración puede
matar efectivamente las algas, pero las células muertas sueltan los
compuestos orgánicos que mantenían almacenados y contribuyen a la
descarga de DBO que se presenta en la descarga.
Los subproductos de la descomposición anaerobia son solubles en agua y se
convierten en material alimenticio para las materias aeróbicas y para las
algas.
Independientemente de las instalaciones que se utilicen los procesos de
tratamiento usan una línea similar. Si los sólidos crudos entran a la laguna,
31
los sólidos sedimentables se sedimentarían cerca de la entrada y se verán
sujetos a una descomposición anaerobia como la que existe en un digestor
anaerobio. Esta es una de las razones por las que la primera laguna o celda
en una serie se le denomina celda primaria.
El siguiente paso en el tratamiento de las aguas residuales se llama
tratamiento secundario. Este es un paso de reacciones biológicas en el cual
la materia orgánica disuelta y suspendida es oxidada (convertida) por las
bacterias en productos estables, reduciendo en el proceso la DBO y los
sólidos suspendidos. En las lagunas este paso se logra generalmente en las
celdas primarias y secundarias. Un tercer paso en el tratamiento incluye el
pulimiento de las aguas residuales tratadas. Estas lagunas están cargadas
ligeramente y se usan para remover DBO adicional y solidos suspendidos.
Se les conoce como lagunas terciarias o de pulimiento y pueden ser la última
celda de un sistema o una sola laguna que sigue el tratamiento secundario
convencional.
DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS EN
LAS LAGUNAS.
A continuación se presenta una descripción de los elementos que
caracterizan a las lagunas biológicas.
TEMPERATURA CARACTERÍSTICA EN LA LAGUNA.
La temperatura de las aguas residuales crudas puede servir para detectar
infiltraciones y algunas aguas residuales industriales. Un incremento rápido
de la temperatura puede indicar la descarga de aguas residuales industriales
calientes, en particular esta situación difícilmente se presentara en Minatitlán
puesto que las zonas industriales no deberán conectar sus descargas a la
red municipal.
32
GASTO.
La medición del gasto es necesaria para todas las lagunas. La medida del
gasto determina la carga hidráulica e indica cuando una laguna a alcanzado
o
excedido
su
capacidad
hidráulica.
Una
laguna
hidráulicamente
sobrecargada puede no proporcionar el tratamiento completo ya que la
actividad biológica puede no completarse antes de que el agua abandone la
laguna.
Cuando se relaciona con las reducciones en la DBO, y los SS, describe su
efecto en el tratamiento completo.
Da los datos básicos para determinar el modo de operación, tales como en
serie o en paralelo, el tiempo de retención, y que profundidad de operación
se debe usar.
Los gastos se necesitan para traducir los resultados de las determinaciones
de DBO y SS en kilos por día. Esto se convierte en seguida en carga como
kilogramos por hectárea por día.
PH.
El Ph del influente y del efluente varía aun entre las lagunas vecinas y
durante el día en la misma laguna. Esta variabilidad se debe a varias causas,
a la alcalinidad natural y la dureza del agua, al tipo y volumen de las aguas
residuales comerciales e industriales y de la laguna en sí misma. El Ph de las
aguas residuales que recibe la laguna normalmente está entre 6.8 y 7.6. Las
reacciones de las algas en las lagunas pueden elevar el Ph a los valores de
9.5 o más altos. El Ph está relacionado a la producción de oxigeno por las
algas mientras convierten el carbón inorgánico a carbón orgánico. Otros
cambios pueden ocurrir tales como la desaparición de algas verdes y el
cambio de color de la laguna de verde a azul verde.
33
OXÍGENO DISUELTO.
El oxígeno disuelto (OD) es un indicador de la actividad de una laguna
aerobia. Observando las tendencias de los niveles de oxigeno en el influente
se puede saber algo de la concentración de las aguas residuales que llegan
a la planta. Si el promedio del OD en una laguna se reduce cuando se mide
el mismo día, es una indicación de que la carga de DBO se está
incrementando y se deben tomar acciones correctivas. Esto puede incluir el
distribuir el influente a otras lagunas, la aireación mecánica o la adición de
nitrato de sodio.
DBO5.
La DBO5 es una medida de la cantidad de oxigeno requerida, en un periodo
de 5 días, por los microorganismos para consumir la materia orgánica de las
aguas residuales. Es importante medir la cantidad de materia orgánica de las
aguas residuales para determinar la carga de la laguna en términos de kg de
DBO por ha por día y compararla con el diseño de la laguna y determinar
cambios operacionales. Otro uso es la medida del impacto de la materia
orgánica en el cuerpo receptor y también para determinar la cantidad de
materia orgánica que se recibió para ser tratada.
SÓLIDOS SUSPENDIDOS.
La determinación de los sólidos suspendidos (SS), mide el peso seco de los
sólidos que se retiene en un filtro de asbesto, fibra de vidrio o millipore y se
expresa en miligramos por litro. La remoción de los sólidos suspendidos
previene la contaminación de los cuerpos receptores como lo es la DBO. En
las aguas residuales domesticas las concentraciones de DBO y de SS son
34
casi iguales. Los sólidos suspendidos son difíciles de remover de los
efluentes de las lagunas debido a su alta concentración de algas. Las
determinaciones se realizan en muestras compuestas tanto del influente
como del efluente.
COLIFORMES FECALES.
La determinación de los coliformes fecales indica la presencia posible o
ausencia de patógenos (organismos que causan enfermedades). La fuente
de este grupo de organismos son el hombre, los mamíferos y los pájaros. Las
determinaciones se llevan a cabo en muestras individuales dentro de las
siguientes 6 horas el muestreo [5].
NITRÓGENO.
La determinación de nitrógeno se puede requerir de aquellas plantas que
descargan a un lago, presa o cuerpo grande de agua. Las aguas residuales
contienen nitrógeno orgánico amoniacal el cual es un nutriente esencial de
las algas. El nitrógeno amoniacal es oxidado a nitritos y nitratos por las
bacterias nitrificantes. El oxigeno se remueve bajo condiciones anaerobias y
el nitrato se reduce a nitrógeno gas.
Como un indicador de la contaminación la presencia de nitrógeno amoniacal
indica aguas contaminadas, la presencia de nitratos muestra que aun existe
contaminación, pero los nitratos indican que la nitrificación ha avanzado lo
suficiente para producir un efluente estable [6].
35
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO).
La determinación de la DBO se ha definido como un método de medir la
cantidad de oxigeno disuelto consumido por los organismos aerobios vivos
mientras se alimentan de las materias orgánicas de la muestra. La
determinación requiere de:
1. 300 ml de la muestra. Esta puede ser muestra diluida o sin diluir.
2. Una temperatura controlada de 20º C.
3. Exclusión de la luz solar.
4. Exclusión de agua (tapada).
5. Un abastecimiento inicial de OD, suficiente para 5 días, más un 40 a 60 %
de exceso.
6. Un grupo representativo de organismos aerobios.
La prueba intenta medir la demanda de oxigeno disuelto en el cuerpo
receptor si las aguas residuales se descargan sin ningún tratamiento o la
demanda del efluente tratado. De los resultados de estas determinaciones,
se puede definir la efectividad del tratamiento en la laguna.
Como ejemplo, se supone que se han complementado dos determinaciones
de DBO. Los resultados en las aguas residuales crudas y en efluente de la
planta son de 200 m/l y 27 mg/l respectivamente.
Primero se observa que paso durante los 5 días que las muestras se
incubaron y que representan realmente los números 200 y 27.
200 m/l indica que las aguas residuales crudas arrastraban una demanda
potencial de 200 kilos de oxigeno por cada millón de kilos de aguas
residuales, el efluente 27 kilos. La pregunta se convierte ahora en: cual fue
36
las diferencias en las muestras de agua cruda y tratada para producir la
amplia diferencia en la demanda de oxigeno, si los requisitos de las
determinaciones se revisan se verá que los puntos anteriores se controlan
igualmente, así que la diferencia en los números se debe asociar con lo
desconocido. Lo desconocido es el material orgánico (comida) en las dos
muestras. Los organismos crecieron, vivieron y se reprodujeron en
proporción a su abastecimiento de comida. También usaron oxigeno disuelto
en proporción directa a su número y su tasa de actividad.
Ya que su tasa de crecimiento se vio aparentemente limitada por la cantidad
de alimento, se notara que la DBO está en relación directa a los materiales
orgánicos (comida) que contenía la muestra. El tratamiento de las aguas
residuales en la laguna se convierte en un método de reducir los materiales
orgánicos (comida) y deja el efluente con una demanda bioquímica de
oxigeno menor.
Ahora, considere el cuerpo receptor. Cada planta de tratamiento tiene sus
condiciones particulares de descarga donde se establecen los kilos de DBO
que se pueden descargar por día. Cada planta produce una demanda de
oxigeno en el cuerpo receptor al descargar su efluente y en el mismo cuerpo
receptor existen otras plantas que también descargan sus efluentes. El limite
dice que si al cuerpo receptor se le da oportunidad de recobrarse antes de
que llegue el siguiente contribuyente conocido, no se le puede añadir más
kilos de DBO que los que dicen las condiciones particulares de descarga.
El comprender el efecto de una descarga de DBO, requiere el cálculo de los
kilos totales de DBO descargados:
EJEMPLO:
Gasto: 200 m³/día.
DBO del efluente: 27 mg/l
1.- 200 m³/día x 1,000 kg/m³ = 200,000 kg de agua/día.
37
2.- 200,000 kg de agua por día descargada x 27 mg/l de DBO = 5.4 kilos de
DBO descargada.
Kilos de DBO descargados: 5.4
Mg/l de OD en la corriente: 7.5 mg/l
7.5 mg/l de OD significan 7.5 kilos de OD/millón de litros de flujo en la
Corriente.
5.4 de DBO divididos por 7.5 = 0.72 millones de litros de gasto en la
Corriente.
Esto significa que 5.4 kilos de DBO que se descargan en la corriente que
tiene 7.5 mg/l, de oxigeno disuelto acabaría con el oxigeno disuelto de 0.72
millones de litro de gasto. Realmente la corriente por la acción de la
turbulencia
y
de
las
olas,
mas
las
algas
está
continuamente
reabasteciéndose de oxigeno pero a una tasa limitada.
Por último, es de utilidad calcular la eficiencia de remoción de DBO por
laguna:
EJEMPLO:
DBO del agua cruda: 200 mg/l.
DBO del efluente: 27 mg/l.
DBO removida: 173 mg/l,
Eficiencia = DBO removida / DBO del agua cruda x 100.
Eficiencia = 173/200 x 100 = 86.5 %
La laguna a reducido la DBO del agua cruda en un 86.5 %.
38
ZONA DE ESTUDIO.
LOCALIZACIÓN.
El municipio de Minatitlán se localiza en la zona ístmica del estado, entre los
paralelos 17 06' y 18 02' de latitud norte y los meridianos 94 07' y 94 36' de
longitud oeste, ocupando una superficie de 3092.64 km², altitud promedio es
de 20 m.s.n.m.
Limita con los siguientes municipios; al norte con Coatzacoalcos, Ixhuatlán
del sureste y Moloacán, al sur con el estado de Oaxaca, al este con el
municipio de las Choapas, al oeste con Hidalgotitlán y al noroeste con
Cosoleacaque.
GEOLOGÍA.
El territorio municipal de Minatitlán está constituido en su mayor parte por
depósitos recientes, formados por suelos, que cubren gran parte de la
secuencia sedimentaria depositados en cuencas marinas del periodo
terciario.
Las rocas que afloran cubren un lapso cronológico que va del jurásico
superior al cuaternario reciente. En la parte norte del municipio se localizan
depósitos aluviales de época reciente.
De la parte central hacia el norte, existen rocas sedimentarias (areniscas) del
mioceno del periodo terciario superior.
En la parte centro, existen rocas sedimentarias (lutitas y areniscas) del
oligoceno de terciario inferior.
En el sureste, en los límites con el municipio de las Choapas se localizan
rocas sedimentarias calizas del periodo cretáceo superior.
La parte sur presenta un mosaico de tipo de rocas sedimentarias entre las
que se encuentran: limonita y arenisca del eoceno del periodo triásico
39
jurásico; al sur, en los límites con el estado de Oaxaca, se localizan rocas
ígneas, (acidas intrusitas) del paleozoico.
HIDROLOGÍA.
El municipio de Minatitlán está conformado por una importante red
hidrológica integrada por los ríos Coatzacoalcos, Uxpanapa, Nanchital y
Cuichapa. Existen arroyos de menor importancia; además, dentro de su
territorio se localiza la laguna Macalapa.
EDAFOLOGÍA.
La unidad de suelo predominante es el acrisol, que se caracteriza por
presentar una acumulación de arcilla en el subsuelo, es ácido y muy pobre
en nutrientes, en condiciones naturales tiene vegetación de selva o bosque y
es susceptible a la erosión, se localiza desde la parte central del municipio
hasta la zona sur y sureste.
Hacia el suroeste, existen unidades de suelo litosol, que son suelos delgados
de menos de 10 cm de profundidad, de bajo desarrollo con fases rocosas y
por tanto no aptas para cultivos tradicionales. Son altamente susceptibles a
la erosión.
Al norte del municipio, se localizan unidades de suelo gleysol, comunes en la
zona donde se acumula y estanca el agua, en la capta saturada con este
líquido, presentan colores azulosos, verdosos o gris; su vegetación natural
en lugares con acumulación de aguas, es papal y/o tular. Esta unidad de
suelo comúnmente presenta acumulación de sales y es poco susceptible a la
erosión.
En la parte noroeste se encuentran los cambisoles, que son suelos jóvenes,
de escaso desarrollo; en el subsuelo se encuentra una capa de terrones, que
pre4sentan un cambio con respecto al tipo de rocas subyacentes y cuentan
con alguna acumulación de arcilla, calcio, etc. Su susceptibilidad a la erosión
va de moderada a alta.
40
FLORA Y FAUNA.
En el territorio municipal la vegetación que se encuentra en el manglar, tular,
selva alta perennifolia, selva baja perennifolia, palmar, bosque de encino de
climas tropicales (o encino tropical), pastizal cultivado y vegetación
secundaria derivada de los tipos de vegetación citados.
CLIMA.
De acuerdo a la clasificación climática koppen, le corresponde un tipo de
clima cálido-húmedo.
La temperatura media anual es de 26.3 °C, con una temperatura mensual
más alta en mayo con 28.8 °C y más baja en el mes de febrero con 22.6°C.
Los vientos dominantes soplan del norte durante todo el año con variantes
del noroeste de mayo a agosto.
La precipitación media anual es de 2306.4 mm/año, con mese más lluviosos
de junio a octubre y diciembre, y menos lluviosos de febrero a abril.
CARACTERÍSTICAS DE LAS LAGUNAS.
La planta de tratamiento de aguas residuales de Minatitlán se construyó con
la finalidad de mejorar la calidad de las aguas residuales crudas que se han
venido vertiendo principalmente al río Coatzacoalcos y zonas pantanosas
aledañas a la ciudad.
La planta se diseñó partiendo de los siguientes datos:
41
TABLA 5. Datos de proyecto:
COLF. 100
POBLACIÓN
APORTACIÓN
CAUDAL
DBO
ML
Hab
l/h/d
l/s
mg/l
NMP
55,296
187.5
120
200
2.40E+07
En el diseño cinético se determinaron las siguientes características de las
lagunas:
TABLA 6. Características de las lagunas:
LAGUNA
HT
H
Bl
Área med. Volumen
M
M
M
FACULTATIVA
2.7
2
0.7
35,228.60 70,457.20 13.59
MADURACIÓN
2.2
1.5
0.7
21,331.30 31,996.91
m²
m³
R
días
3.2
Las lagunas se forman excavando el terreno y construyendo bordos para
alcanzar las alturas proyectadas (2.7 y 2.2), se delimitan con bordos de
sección trapecial, de 3.5 m de ancho en la corona y taludes 2:1. Puesto que
se esperan asentamientos graduales en los bordos se deberán sobreelevar
las coronas conforme lo necesiten.
Las aguas residuales llegan a presión (de la planta de bombeo No. 3) a las
estructuras de Pretratamiento (IMAGEN 4).
42
IMAGEN 4. Aguas residuales llegando a las estructuras de Pretratamiento.
Una vez que el agua pasó por el desarenador llega a la caja de salida
(IMAGEN 5). Y de ésta a la caja repartidora.
IMAGEN 5. Caja de salida.
43
De aquí sigue por 2 tuberías que las conduce a los canales de alimentación
de las lagunas facultativas, que cuentan con tres estructuras de entrada por
laguna (IMAGEN 6).
IMAGEN 6. Estructura por donde entra el agua a la laguna.
El agua sale (de cada laguna) por tres estructuras que descargan al canal de
alimentación de la laguna de maduración (IMAGEN 7).
IMAGEN 7. Estructura por donde descarga el agua al canal de alimentación.
44
Al final de este canal se tienen 4 estructuras de entrada a la laguna (IMAGEN
8 y 9).
IMAGEN 8. Estructuras de entrada a la laguna.
IMAGEN 9. Estructura de entrada a la laguna.
45
El gasto sale de esta laguna por 4 estructuras de descarga que se conectan
al canal recolector de agua tratada (IMAGEN 10).
IMAGEN 10. Estructuras de descarga.
Este canal se conecta con el emisor de alejamiento de agua tratada que
descarga al canal labrado en terreno natural, para finalmente incorporarse al
pantano (IMAGEN 11 Y 12).
En general la trayectoria del flujo por estas estructuras (a partir del
pretratamiento) se da por gravedad.
46
IMAGEN 11. Canal recolector de agua tratada.
IMAGEN 12. Incorporación del agua tratada al pantano.
47
CAPITULO IV
DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS Y
LOS CAUDALES DE DISEÑO EN EL
DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO.
48
DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA.
El emisor descargará el caudal a la estructura de pretratamiento, inicialmente
pasara por las rejillas en las que se retienen objetos flotantes y de otro tipo,
enseguida pasara por el desarenador en donde sedimentaran las partículas
inertes de 0.20 mm de diámetro como arenas, rebabas, vidrios y otros
materiales de este tipo. Puesto que es preciso mantener la velocidad de
sedimentación, al final del desarenador, se instalara un vertedor proporcional
que adicionalmente estará graduado para determinar el caudal que llegue al
cárcamo de bombeo y que será tratado. Las rejillas y el desarenador se
proyectaron en paralelo para un gasto medio de 120.0 l/s y un máximo
instantáneo de 267.0 l/s; se usara un sistema de rejilla-desarenador y se
dará mantenimiento al otro.
Los materiales que sedimentan en los desarenadores se captaran en
contenedores para posteriormente depositarlos en un relleno sanitario, antes
e la evacuación del desarenador, se drenara parte del agua que junto con las
arenas se retuvo y se conducirá por medio de una tubería hacia la caja de
salida.
Los gastos máximos extraordinarios se desfogaran por la tubería de
excedencias (de 51 cm (20”) Ø de acero) que se ubicara en la caja de salida
(al final del desarenador), cuando se presente el caudal en exceso el nivel en
la caja subirá, y una vez que se alcance el nivel de desfogue será derivado al
pantano.
De la caja de salida el caudal pasara a la caja distribuidora que cuenta con
dos cámaras y dos vertedores rectangulares (uno por cámara), mediante los
cuales se podrá determinar y regular el gasto que entra a las lagunas
facultativas.
Una vez que el caudal salga de las cámaras distribuidoras se conducirá por
tuberías de acero de 20 pulgadas de diámetro a los canales de alimentación
49
y por medio de las estructuras de entrada (3 por cada laguna) pasara a las
lagunas facultativas; cada una de las entradas se diseño para un gasto
máximo de 43.16 l/s, y se reviso para 86.32 l/s esto significa que por una sola
laguna podrá pasar el gasto total cuando por alguna razón se tenga que
sacar de operación una de las dos lagunas facultativas.
El canal de alimentación es de sección rectangular de 130 cm de ancho y 90
cm de altura; se localizara en el bordo frontal de las lagunas.
El caudal ingresa a las lagunas facultativas por las estructuras de entrada,
después de recorrerlas sale por las estructuras de salida y pasa al canal de
alimentación de la laguna de maduración. Este canal es de características
similares al anterior y será común a las tres lagunas localizándose en los
bordes posteriores de las lagunas facultativas y continuando por el bordo
frontal de la maduración; en la parte final del canal se encuentran 4
estructuras de entrada por la que ingresa el agua a la laguna de maduración.
Después de pasar por la laguna el caudal sale por cuatro estructuras de
descarga que se conectan al canal recolector de agua tratada.
El canal recolector de agua tratada se encuentra en el bordo posterior de la
laguna de maduración y se conecta al emisor de alojamiento de agua tratada
(tubería de 51 cm (20”) Ø de acero) que vierte al canal que finalmente
conduce al caudal tratado hasta su incorporación al pantano.
Las estructuras de entrada, salida y descarga son muy parecidas puesto que
se proyectaron siguiendo el mismo patrón. En general las entradas se forman
con una especie de canal rectangular de 75 cm de ancho en el que se
integra una mampara para evitar la salida de algas y natas; en las salidas se
tiene un vertedor rectangular para controlar el caudal, al final de estas
estructuras se tienen los canales de alimentación que llevaran el caudal a la
siguiente laguna o a la línea y canal de descarga. Puesto que se esperan
asentamientos en los bordos, el vertedor se puede convertir en ajustable
para nivelar las crestas y mantener el tirante del agua en la laguna.
50
UBICACIÓN DE ELEMENTOS DE CONTROL.
La operación de la planta es muy simple, básicamente se reduce a sacar de
operación una de las unidades rejilla-desarenado, darle mantenimiento y
mientras utilizar la otra (IMAGEN 13). Además se debe disponer de las
arenas desecadas, vigilar el proceso en las lagunas, tomar muestras para
análisis de calidad del agua y realizar otras actividades consistentes en
cuidar jardines, estructuras e instalaciones.
IMAGEN 13. Unidad rejilla-desarenado fuera de operación.
En el siguiente cuadro se detallan los elementos de control y de
seccionamiento que se tienen en las estructuras de la planta.
51
TABLA 7. Localización de elementos de control.
ESTRUCTURA
PRETRATAMIENTO
N°
2
CONTROL
CLAVE
N°
Rejilla
Desarenador
Vaciado de arenas
2
2
2
rejilla
vert. Sutro
valvula
PR-1
PV-1
VV-1
2
2
2
Caja de salida
1
CAMARA
DISTRIBUIDORA
1
vertedor
VCD-1
2
LINEA DE
ALIMENTACION
2
tuberia de acero de 20"
Ø, conduce el caudal a
los canales de
alimentacion
CANAL DE
ALIMENTACION A
LA LAGUNA
FACULTATIVA
Estructura de entrada
2
alimenta las lagunas
facultativas
6
vertedor
Estructura de salida
6
vertedor
CANAL DE
ALIMENTACION A LA
LAGUNA DE
MADURACION
Estructura de entrada
Estructura de descarga
1
CANAL RECOLECTOR
DE AGUA TRATADA
1
capta el agua que
descargan las lagunas
de maduracion
EMISOR DE
ALEJAMIENTO DE
AGUA TRATADA
1
se une con el canal
recolector de agua
tratada y la conduce
hasta el canal de
descarga
4
4
VEF-1A
VEF-1B
VSF-1A
VSF-1B
3
3
3
3
SECCION
CLAVE
compuerta CP-1
metalica
N°
FUNCION
2 aisla las unidades
rejilla-desarenador
controla la descarga
de las arenas
capta el agua de los
desarenadores
agujas
agujas
agujas
CCD-1
CEF-1A
CEF-1B
CSF-1A
CSF-1B
2
reparte gastos iguales
a las laguna y las aisla
3
3
3
3
alimenta las lagunas
de maduracion
vertedor
vertedor
VEM-1A
VDM-1A
4
4
agujas
agujas
CEM-1A
CSM-1A
4
4
Para sacar de operación la planta se deberá evitar el bombeo del agua cruda
a partir de la planta de bombeo No. 3.
Como ejemplo: Las dos unidades de rejilla y desarenado no se usan
simultáneamente, de tal forma que para aislar alguna y desalojar las arenas
se debe seccionar el flujo operando una de las compuertas metálicas con
volante CP-1. Para sacar de operación alguna de las lagunas facultativas, se
52
deberá colocar en la caja distribuidora algunas de las compuertas de aguja
CCD-1.
DATOS DE DISEÑO Y DATOS DE PROYECTO.
La planta de tratamiento se diseño considerando los datos de proyecto que
se consignan en el siguiente cuadro, de igual forma se incluyen
características del caudal crudo y tratado que se tendrá en cada una de las
etapas del proceso.
TABLA 8. DATOS DE PROYECTO.
CONCEPTO
CANTIDAD
UNIDAD
55,296.00
Hab
187.5
l/h/d
Gasto mínimo
60
l/s
Gasto medio
120
l/s
Gasto máximo instantáneo
267
l/s
Población de proyecto
Aportación
TABLA 9. REJILLAS MANUALES
CONCEPTO
Numero de rejillas
CANTIDAD
UNIDAD
2
Gasto de diseño
267
l/s
Velocidad de aproximación
0.6
m/s
Inclinación
60
grados
53
TABLA 10. DESARENADOR
CONCEPTO
Numero de tanque
CANTIDAD
UNIDAD
2
Gasto de diseño
267
l/s
Diámetro de partícula retenida
0.2
mm
Velocidad horizontal
0.22
m/s
Tiempo de retención
30
seg
TABLA 11. LAGUNAS FACULTATIVAS
CONCEPTO
CANTIDAD
UNIDAD
Numero de lagunas
2
Caudal de diseño
60
l/s
DBO influente
200
mg/l
Tiempo de retención
13.59
Días
DBO efluente
61.9
mg/l
Carga orgánica
1,036.80
kg/d
Coliformes fecales en influente
2.40E+07
NMP col/100 ml
Coliformes fecales en efluente
1.05E+04
NMP col/100 ml
TABLA 12. LAGUNAS DE MADURACIÓN
CONCEPTO
Numero de lagunas
CANTIDAD
UNIDAD
1
Caudal de diseño
120
l/s
DBO influente
61.9
mg/l
Tiempo de retención
3.2
días
40.28
mg/l
Coliformes fecales en influente
1.05E+04
NMP col/100 ml
Coliformes fecales en efluente
1,000.00
NMP col/100 ml
DBO efluente
54
OPERACIÓN NORMAL DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO.
Para conseguir y mantener el nivel de tratamiento apropiado, conjugando los
diferentes componentes y factores que involucra el sistema, será necesario
efectuar una operación y mantenimiento adecuados.
ACTIVIDADES PREVIAS AL ARRANQUE.
Antes de la puesta en marcha, se debe verificar que la planta tenga todas las
unidades y equipos que señala el proyecto ejecutivo, preferentemente
levantando un inventario donde se incluyan todas las partes constitutivas del
sistema, con sus características particulares; con la finalidad de obtener la
información condensada de la planta.
Una vez realizado el inventario, se verifica que las unidades funcionen
hidráulicamente y que no haya fugas. Para ello se recomienda alimentar
agua potable o de pozo a la planta, para que de existir problemas, proceder a
resolverlos.
Una vez que se ha corroborado que el agua fluye libremente, que no existen
fugas y que todo esta debidamente instalado, se procederá a alimentar las
aguas residuales para poner en marcha el sistema de tratamiento. En este
caso se sugiere probar con agua potable, desde la planta de bombeo hasta
la entrada a las lagunas facultativas.
55
PRETRATAMIENTO.
CRIBADO.
En la planta de Pretratamiento (IMAGEN 14) se debe verificar la inclinación
de las rejas con la horizontal, de acuerdo con el dato de diseño, y se
observara el flujo de agua a través de las barras. Mediante la observación, se
determinaran los periodos para la remoción de los sólidos retenidos y la
eficiencia del dispositivo [7].
Se debe verificar que las rejas estén bien apoyadas y que el material de
estas sean resistentes o haya recibido algún tratamiento para su protección
contra las características propias del agua residual (IMAGEN 15).
IMAGEN 14. Planta de Pretratamiento.
56
IMAGEN 15. Inclinación y flujo de agua a través de las rejas o cribas.
DESARENACIÓN.
Dos aspectos, además de su dimensionamiento, son importantes en las
cámaras de desarenado (IMAGEN 16): la velocidad del flujo para que exista
una acumulación apropiada de arenas, y las características de los vertedores
proporcionales para el control de dicha velocidad [8].
Los vertedores deberán estar bien ajustados y tener las mismas
características dimensionales. El material de estos tendrá que ser resistente
a la agresividad de los elementos contenidos en el agua residual.
Las unidades de desarenación deben estar limpias de cualquier material
residual de construcción.
57
Es necesario hacer observaciones constantes para determinar la cantidad de
arena depositada y definir los periodos de remoción de arena o de limpieza
de las cámaras. Se deben anotar los datos observados, tanto del gasto y de
la cantidad de arena depositada como de la velocidad del flujo a través de la
cámara.
IMAGEN 16. Cámaras de desarenado.
LAGUNAS.
Se debe retirar cualquier tipo de maleza y de desechos de la obra de
construcción de las lagunas, es decir, del fondo y taludes y de las obras de
arte para que se facilite su funcionamiento (IMAGEN 17).
58
IMAGEN 17. Área libre de maleza y de desechos.
ACTIVIDADES RUTINARIAS EN LA PLANTA OPERANDO.
Una vez aclimatados los microorganismos y trabajando en estado estable,
sin que existan cambios significativos en las condiciones de operación, se
procede a efectuar actividades operativas rutinarias para mantener la
eficiencia de tratamiento deseado.
59
PRETRATAMIENTO EN LA PLANTA OPERANDO.
CRIBAS EN LA PLANTA OPERANDO.
Las cribas o rejas se utilizan para retener sólidos gruesos y proteger las
tuberías y otros elementos contra posibles daños y para evitar que se
obturen por trapos, plásticos, maderas u objetos de gran tamaño (IMAGEN
18).
Las rejillas pueden ser de limpieza manual o automática. La rejilla de barras
de limpieza manual como la de esta planta requiere de atención frecuente.
A medida que se acumula la basura en las barras, bloquea el canal
causando que el flujo de agua residual no llegue al desarenador y rebose en
el canal y escurra por arriba de las rejillas, derramándose hacia afuera.
Las rejillas se deben mantener siempre libres de residuos, por lo cual, se
recomienda hacerles limpieza cada dos o tres horas, dependiendo del
material retenido. Cuando se estén limpiando, el área deberá estar libre de
objetos.
IMAGEN 18. Cribas o rejas utilizadas para retener los sólidos y para
protección de las tuberías.
60
DESARENADOR EN LA PLANTA OPERANDO.
El objetivo de los desarenadores es separar arenas, que incluyen a cualquier
sólido o materia pesada que tenga velocidad de sedimentación o peso
especifico superior al de los sólidos orgánicos en el agua.
Los desarenadores protegen, al remover dichos materiales, a los equipos
mecánicos de la abrasión y de desgastes normales, reduce la formación de
depósitos pesados en la tubería, canales y conductos, y la frecuencia de
limpieza de las unidades sucesivas de las acumulaciones de arena (IMAGEN
19).
IMAGEN 19. Desarenadores, encargados de separar arenas o sólidos y a la
protección de los equipos mecánicos de la abrasión.
El desarenador proyectado en la planta de tratamiento es de flujo horizontal,
en el cual se controla la sedimentación de las arenas por medio de la
velocidad.
61
Los desarenadores de limpieza manual, como son los de esta planta, deben
limpiarse después de cada temporal fuerte. En condiciones normales de
trabajo, estos desarenadores deben limpiarse
cuando las arenas
depositadas llenen del 70-80 % el espacio de almacenamiento. Esto deberá
vigilarse cuando menos por periodos de dos a diez días. El método mas
simple para remover las arenas sedimentadas es mediante el paleo manual
del fondo de la cámara. En este caso las arenas se removerán por la tubería
de fondo (acero de 6”) que se controla con la válvula de seccionamiento y
que las descarga a los contenedores o vehículos receptores (IMAGEN 20).
IMAGEN 20. Tubería de fondo por la cual la arena es removida hacia los
contenedores.
62
LAGUNAS EN LA PLANTA OPERANDO.
La operación de las lagunas de estabilización es bastante simple, por lo que
hay que seguir estas acciones sencillas:
 Verificar que no haya tendencia de las lagunas a secarse o rebalsarse.
 Medir, por lo menos, cuatro veces al día, las alturas del agua “h” en los
vertederos y demás estructuras de medición de caudales.
 Mantener bien segada la grima de los diques y demás áreas verdes del
predio de las lagunas, conservarlas libres de hierbas y malezas que
pueden dar un aspecto desagradable (IMAGEN 21).
IMAGEN 21. Área verde conservada, libre de hierbas y malezas.
63
 Mantener el borde de la laguna libre de hierba, malezas y otras plantas
que puedan facilitar la reproducción de mosquitos y otra clase de insectos.
 Verificar que se mantengan rigurosamente los niveles de agua y los
caudales.
 Cuidar las lagunas facultativas y de maduración para evitar que haya
acumulación de flotantes que eviten la acción beneficiosa de la luz solar.
Normalmente, el viento acumula los flotantes en las esquinas, de donde
pueden ser removidos con facilidad por medio de rastrillos. Muchos de los
flotantes son producidos en la propia laguna como consecuencia de los
procesos biológicos que sucede en ella, y suelen incluir algas
macroscópicas y aun plantas acuáticas [9].
 Al realizar la remoción periódica de los sedimentos acumulados en las
lagunas primarias, las demás lagunas (secundarias, terciarias, etc.)
acumulan tan pocos sedimentos que prácticamente se hace innecesaria
su limpieza durante el periodo de diseño (IMAGEN 22).
IMAGEN 22. Acumulación de pocos sedimentos en la laguna que facilitan su
limpieza.
64
CAPITULO V
MEDICIONES Y PRUEBAS DE
LABORATORIO.
65
PROGRAMA DE MEDICIONES Y DETERMINACIONES.
Con el propósito de tener un control de proceso se deben realizar
caracterizaciones de las aguas en diferentes puntos:
 Programa de mediciones y determinaciones: presenta las pruebas
necesarias y su periodicidad en el proceso.
 Tipo de muestreo y preservaciones para los diferentes análisis: se tienen
las recomendaciones de composición de las muestras y la preservación
que deben cumplir.
 Parámetros de control del proceso: con los resultados obtenidos en los
análisis realizados [10].
66
TABLA 13. PROGRAMA DE MEDICIÓN Y DETERMINACIONES.
PARAMETROS
DESECHO
FACULTATIVA
CRUDO LAGUNA
EFLUENTE
MADURACION
LAGUNA
EFLUENTE
A. METEREOLOGICOS
(en una estacion
metereologica)
1. Velocidad del viento
2. Direccion
3. Radiacion solar
4. Temperatura del aire
5. Precipitacion
6. Evaporacion
B. HIDRAULICOS
1. Caudal medio
2. Caudal maximo diario
3. Fluctuaciones de nivel
FACTORES FISICOQUIMICOS
1. Temperatura superficial
2. Perfil de temperatura
3.Color de la laguna
4. Olor
5. Natas y flotantes
6. Vegetacion en los diques
7. Aceite y grasa
8. Penetracion de luz
9. Conductividad
10. Solidos sedimentables
11. Solidos en suspension
12. DQO total
13. DQO soluble
RC
RC
Calculo
RC
EI
DS
DS
DS
DS
Calculo
RC
EI
EI
OB
OB
OB
OB
OB
EI
RC
Calculo
RC
EI EI
EI
OB
OB
OB
OB
OB
EI
DS
DS
DS
DM= Determinación mensual
RC= Registro continuo
DS= Determinación semanal
OB= Observaciones básicas
DS
DS
DS
cualitativas
DC= Determinación continua
DH= Determinación horaria
DE= Determinación esporádica
EI= Evaluación intensiva
67
TABLA
14.
(CONTINUACIÓN)
PROGRAMA
DE
MEDICIÓN
Y
DETERMINACIONES.
PARAMETROS
FACTORES QUIMICOS
INORGANICOS
1. Oxigeno disuelto superficial
2. Perfil de oxigeno
3. Ph
4. Alcalinidas
5. Calcio
6. Dureza total
7. Cloruros
8. Sulfatos
9. Salinidad
10. Nutrientes
Nitrogeno organico
Nitrogeno amoniacal
Nitratos
DESECHO
FACULTATIVA
MADURACION
CRUDO
LAGUNA
EFLUENTE LAGUNA
EFLUENTE
DC
EI
EI
EI
EI
EI
EI
DS
EI
EI
EI
DS
EI
DM
DM
DM
DM
DM
1. DBO total
2. DBO soluble
DS
DS
DS
DS
FACTRORES
MICROBIOLOGICOS
1. Coliforme total
2. Coliforme fecal
3. Conteo de parasitos
4. Tasa de fotosintesis
5. Mortalidad de colif.
DS
DS
DM
DS
DS
EI
EI
DM
DM
DM
DBO, 5 DIAS, 20°
DS
DS
DS
DS
DS
DS
EI
EI
EI
EI
FACTORES
MICROBIOLOGICOS
1. Conteo de lagas
2. Identificacion de plantas
3. Identificacion de insectos
DE
DE
EI
DE
DE
DM= Determinación mensual
RC= Registro continuo
DS= Determinación semanal
OB= Observaciones básicas
cualitativas
DC= Determinación continua
DH= Determinación horaria
DE= Determinación esporádica
EI= Evaluación intensiva
68
TABLA 15. TIPO DE MUESTREO Y PRESERVACIÓN PARA LOS
DIFERENTES ANÁLISIS.
PARAMETROS
MUESTREO
PRESERVACION
Puntual a una hora fija
NINGUNO
Compuesto en 24 horas
TIPO 1 *
Puntual a una hora fija
TIPO 1 *
Compuesto en 24 horas
TIPO 1 *
Puntual a una hora fija
TIPO 1 *
4. Oxigeno disuelto
Determinación in situ
NINGUNA
5. Ph
Determinación in situ
NINGUNA
6. Alcalinidad
Determinación in situ
NINGUNA
7. Calcio
Compuesto en 24 horas
TIPO 1 *
8. Dureza
Compuesto en 24 horas
TIPO 1 *
9. Cloruros en crudo
Compuesto en 24 horas
TIPO 1 *
10. Sulfatos
Compuesto en 24 horas
TIPO 1 *
Puntual
NINGUNA
Compuesto en 24 horas
TIPO 2*
-Efluentes
Puntual a una hora fija
TIPO 2*
13. Coliformes
Puntual a una hora fija
TIPO 1 *
14. Parásitos
Puntual a una hora fija
TIPO 1 *
1. Solidos sedimentables
2. Sólidos en suspensión
-Desecho crudo
-Efluentes
3. DBO Y DQO
-Desecho crudo
-Efluentes
11. Salinidad efluente
12. Nutrientes
-Desecho crudo
*TIPO 1= Enfriamiento a 4 °C se requieren 2 litros de muestra.
*TIPO 2= Enfriamiento a 4° C y acidificación a Ph=2, se requiere un litro de
muestra.
69
TABLA 16. PARÁMETROS DE CONTROL DE LOS PROCESOS DE
TRATAMIENTO
PARAMETRO DE CONTROL
FACULTATIVA
MADURACIÓN
1. Observaciones básicas
R
R
2. Carga orgánica, kg DBO/(ha·d)
R
R
kg/DBO/(m³·d)
3. Carga de solidos
R
4. Balance hídrico
I
I
5. Profundidad de lodos
I
I
6. Periodo de retención: nominal
R
R
I
I
-Oxígeno disuelto
I
I
-Temperatura
I
I
-Ph
I
I
-Alcalinidad
I
I
8. Fotoplancton
I
I
-Parásitos
R
R
-Coliformes fecales
R
R
-DBO Y DQO solubles
R
R
-DBO Y DQO totales
R
R
-Nutrientes
I
I
-Formas de solidos
I
I
real
7. Perfiles horarios de:
9. Eficiencias de remoción:
R= Observaciones de rutina
H= Medición horaria
C= Medición continua
I= Evaluación intensiva
70
PROBLEMAS ESPECIALES DE LAS LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN.
A continuación se presentan algunos problemas especiales en las lagunas
de estabilización:
TENDENCIA DE LA LAGUNA A SECARSE.
Se ha presentado, aunque con poca frecuencia debido a: sequía con la
siguiente merma en la lluvia y en el caudal de aguas residuales; deterioro en
algunos de los diques; condiciones meteorológicas que favorezcan una
evaporación excepcional; o la presencia simultanea de varios de los
fenómenos mencionados [11].
TENDENCIA DE LA LAGUNA A DESBORDARSE.
Al diseñarse la estructura de salida, se provee que durante un aguacero muy
intenso que siga a un periodo de lluvias prolongado (temporal), puede
presentarse un caudal mayor que la descarga regular de aguas servidas en
diez y hasta veinte veces. Por lo general una sobreelevacion moderada que
experimenta la laguna, aumenta la capacidad de descarga del vertedero de
salida, el cual logra descargar el caudal excesivo sin problemas. Las obras
de salida en la laguna de maduración cumplen con la condición que al
diseñar se calcula con un caudal máximo, usando curvas de intensidad
duración locales y diseñar la estructura de salida, para que pueda evacuar
sin que tenga sobreelevaciones del nivel de la laguna mayores de treinta
centímetros.
71
PRODUCCIÓN DE MALOS OLORES.
Las lagunas anaeróbicas producen un mal olor, propio de su naturaleza. Esta
es la razón por la cual, a pesar de sus ventajas, no se pueden usar en
lugares muy céntricos o poblados, lo cual obliga a emplear lagunas aireadas
si es que el terreno es caro, o lagunas facultativas si es de costo bajo o
moderado.
Normalmente, las lagunas facultativas no presentan malos olores. Cuando
estos ocurren, se pueden deber a sobrecarga. Para temperaturas entre 20 y
30º C y alturas menores de 1,000 metros, se encontró que el límite al cual
una laguna facultativa se torna anaeróbica, esta muy cerca de los 300
kg/ha./día de DBO, y que varía con la temperatura [12].
Otra causa de malos olores en una laguna facultativa es la presencia de
materias flotantes, las cuales al impedir el paso de la luz solar, interrumpen o
minimizan el proceso de fotosíntesis con la siguiente merma en la producción
de oxigeno por parte de las algas. Los malos olores también pueden ser
producidos por la ausencia de algas, debido a que estas han sido
perjudicadas por la presencia de materias toxicas o excesivamente acidas o
alcalinas. Lo anterior sucede cuando hay descargas de tipo industrial al
alcantarillado, sin los debidos controles.
PROBLEMAS CON LOS BORDOS.
Un mal diseño, o una mal construcción pueden hacer que los diques
presenten un problema de asentamientos o filtraciones. Cuando las
filtraciones arrastran partículas del material de que esta hecho el dique, hay
el peligro de que se este iniciando una falla por turificación. Los descensos
del nivel del dique por asentamiento puede causar la falla de toda la
estructura.
72
LABORATORIO.
Para mantener un control apropiado del proceso y dar cumplimiento a las
condiciones particulares de descarga establecidas por CMAS y cumplir con el
objetivo de saneamiento de los cuerpos de agua, se programa un análisis del
influente y efluente de la planta. Por lo tanto existen tres puntos importantes
de medición: el influente de la planta, la laguna y el efluente de la planta. Se
deben realizar varias determinaciones en las muestras de las aguas
residuales que se toman en cada uno de los puntos principales. Estos datos
son: gasto, temperatura, Ph, oxigeno disuelto (OD), demanda bioquímica de
oxigeno (DBO), solidos suspendidos (SS), coliformes fecales, coliformes
totales, nitrógeno en todas sus formas, fosfatos, contenidos de algas (solo en
el efluente) [13].
Este análisis, dada las características del sistema de tratamiento, se realiza
cada mes.
RECOLECCIÓN DE MUESTRAS.
La colecta de las muestras para las determinaciones es la base para obtener
resultados exactos.
Las muestras deben ser representativas de las aguas residuales por analizar.
Se escoge un punto donde se pueda obtener una muestra uniforme. Si la
muestra se debe guardar antes de realizarse, debe estar en refrigeración.
Las
determinaciones
de
temperatura,
Ph
y
OD
deben
realizarse
inmediatamente o en las 6 hrs después a al recolección; se debe medir a al
misma hr cada día.
73
TIPO DE MUESTRAS.
MUESTRA INDIVIDUAL.
Una muestra individual es una muestra unitaria que se toma en un tiempo o
flujo no establecido. Se usan para medir temperatura, Ph, coliformes fecales
y totales. Las muestras de las lagunas darán la mayor información si se
toman al amanecer y a media tarde.
MUESTRA COMPUESTA.
Las muestras compuestas se preparan reuniendo muestras individuales a
intervalos regulares en un periodo de tiempo seleccionado. Las muestras
individuales se mezclan en forma proporcional al gasto del momento de la
recolección. Las muestras compuestas se necesitan para realizar de
terminaciones de DBO, SS, Nitrógeno y Fosfato [14].
MANEJO Y PRESERVACIÓN DE LAS MUESTRAS.
Las muestras de aguas residuales se deterioran rápidamente si se sujetan a
temperaturas veraniegas y en algún grado a la congelación. La exclusión de
luz solar es recomendable. Por estas razones, las muestras colectadas se
deben transferir a un refrigerador donde se puedan guardar hasta que se
retiren para sus análisis. Una temperatura de 4º C evita el deterioro durante
24 horas. Las muestras se pueden obtener:
CAJA DE SALIDA: en la caja de salida (después del desarenador) las
muestras se toman antes de su ingreso a la cámara distribuidora [15].
LAGUNAS: las muestras de la laguna se deben componer y consisten en 4
porciones iguales de las 4 esquinas de la laguna. La muestra se debe
obtener a 2.5 m de la orilla y 30 cm bajo la superficie del agua [16].
74
EFLUENTE DE LA PLANTA: las muestras del efluente de la laguna se deben
tomar en la estructura de control de la salida o en un punto bien mezclado en
el emisor de descarga [17].
INDICADOR VISUAL.
COLOR.
El color de la laguna está directamente relacionado con el Ph y con el OD. A
continuación se indican las condiciones de color característicos [18]:
Verde oscuro brillante - bueno; Ph y OD alto (IMAGEN 23).
Verde apagado a amarillo - no muy bueno, el Ph y el OD están bajando; las
algas del tipo azul verde están predominando.
Gris a negro – muy malo; la laguna esta séptica con condiciones con
condiciones anaerobias prevalecientes.
Café pálido a café oscuro – bien si se sabe al predominio de un tipo de algas
café. No es bueno si se debe a la erosión de los bordos o al limo.
IMAGEN 23. Condición de color característico bueno en la laguna
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CONCLUSIÓN.
Los resultados de las determinaciones de control: gasto, temperatura, Ph,
oxígeno disuelto (OD), demanda bioquímica de oxígeno (DBO), sólidos
suspendidos (SS), coliformes fecales, coliformes totales, nitrógeno en todas
sus formas, fosfatos, contenidos de algas (solo en el efluente); se conocen
como parámetros de control y se usan para determinar el buen desempeño
progresivo en el tratamiento, predecir cambios operacionales y evaluar los
resultados del tratamiento. Como ejemplo de este resultado, se observa que
el color en la laguna, verde oscuro brillante, indica que el Ph y el oxígeno
disuelto es bueno y característico en ella. Y los resultados de las
determinaciones característicos en el color, se usan para operar la laguna,
mantenerla viva y saludable.
Cabe mencionar que después del proceso correcto en la laguna, el efluente
de agua tratada es incorporado a la zona de pantanos, localizada a unos
metros de la planta de tratamiento de aguas residuales de Minatitlán.
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