1d Introducción tratamiento A residuales FHIS 2014 - 1793-HO

Taller “Operación y Mantenimiento de
Sistemas de Alcantarillado Sanitario y
Plantas de Tratamiento de Aguas
Residuales”
ASPECTOS BASICOS DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE
AGUAS
Ing. PEDRO E. ORTIZ BARDALES
ASESOR TECNICO SANAA
La Ceiba, Atlántida, 03 al 07 de Marzo de 2014
TRATAMIENTO
O
B
J
E
T
I
V
O
REMOCIÓN DE:
MATERIA ORGÁNICA
PARÁSITOS
BACTERIAS Y VIRUS
NUTRIENTES
TECNOLOGIA APROPIADA
PARA PAÍSES INDUSTRIALIZADOS
PATÓGENOS
LAGUNA DE
ESTABILIZACIÓN
COSTO: INVERSIÓN + OPERACIÓN + MANTENIMIENTO
CEPIS/OPS
Operaciones y procesos unitarios utilizados para el
tratamiento de aguas residuales
Contaminante
Operación o proceso utilizado
Sólidos Suspendidos
 Desbaste y dilaceración
 Desarenado
 Sedimentación
 Filtración
 Flotación
 Adición de polímeros
 Coagulación / sedimentación
 Sistemas naturales
Materia orgánica
Biodegradable
 Variante de fangos activos
 Película fija, filtros percoladores,
biodiscos
 Lagunas de estabilización
 Filtración intermitente en arena
 Sistema físico químico
 Sistemas naturales
Operaciones y procesos unitarios utilizados para
el tratamiento de aguas residuales
Contaminante
Operación o proceso utilizado
Compuestos Orgánicos
Volátiles
 Arrastre por aire
 Tratamiento de gases
 Adsorción en carbón
Patógenos
 Cloración
 Hipo cloración
 Cloruro de bromo
 Ozonación
 Radiación ultra violeta
 Sistemas naturales
Metales pesados
 Precipitación química
 Intercambio iónico
 Sistemas de tratamiento evacuación al terreno
Sólidos Inorgánicos
Disueltos
 Intercambio iónico
 Osmosis inversa
 Electrodiálisis
Sistema de Tratamiento de aguas residuales
TRATAMIENTO
PRELIMINAR
Remoción de
materiales
gruesos
y arena
PRIMARIO
Remoción de
materiales
Sedimentables
SECUNDARIO
Degradación
de compuestos
Carbonosos
Recirculación Lodo
secundario
Arena y sólidos
gruesos
Lodo primario
Remoción
de lodo
biológico
TERCIARIO
Remoción de
nutrientes y
materiales no
biodegradables
Espesamiento
digestión
acondicionamiento
deshidratación
Disposición
adecuada
Desinfección
Lodo
Pretratamiento
Tratamiento Primario de las Aguas Residuales
Elimina una fracción de los Sólidos Suspendidos y de la Materia Orgánica del agua
residual.- Esta eliminación suele llevarse acabo mediante operaciones físicas tales
como:
 Tamizado
 Sedimentación
El efluente resultante contiene una cantidad considerable de: Materia Orgánica y alta
DBO
Tratamiento Secundario Convencional
Está principalmente
encaminado a la eliminación
de:
 Sólidos en Suspensión
 y Compuestos Orgánicos
Biodegradables
Aunque a menudo se incluye
la Desinfección como parte
del tratamiento secundario.
Tratamiento Terciario o Avanzado
Es el nivel de tratamiento necesario, después del tratamiento Secundario
Convencional, para la eliminación de: Nutrientes, Compuestos no biodegradables,
metales pesados, Sólidos inorgánicos disueltos, sólidos suspendidos remanentes y
organismos patógenos
Ejemplo de estos procesos son:
 Eliminación de nutrientes
 Coagulación Química, Floculación, Sedimentación y Filtración y carbón activado
 Intercambio Iónico
 Osmosis Inversa
Tratamiento de Residuos Tóxicos
Las concentraciones de contaminantes Tóxicos suelen eliminarse mediante
tratamientos específicos antes de su vertido a la red de alcantarillados.
Los Metales Pesados.
Tratamiento Físico Químico como la: Coagulación, Floculación, Sedimentación y
Filtración.
Los Compuestos Volátiles
Adsorción Carbónica o arrastre con Aire
Procesos Biológicos Unitarios
Eliminan la contaminación por medio de la actividad biológica, su principal aplicación
es la eliminación de matera orgánica biodegradable, que se convierte en gas y en
tejido celular biológico. También se emplean para eliminación de nutrientes.
Procesos biológicos
Lagunas de estabilización, Anaerobias, Aerobias, Facultativas y de Maduración.
Lagunas aireadas
Filtros percoladores.
Filtros anaerobios.
Reactor anaerobio de flujo ascendente (UASB).
Contactores Biológicos Rotativos (RBC).
Reactor intermitente secuencial (SBR)
Aireación prolongada.
Lodos activados.
Fundamentos de Microbiología
Para poder realizar sus funciones vitales los
microorganismos necesitan:
 Una fuente de energía = Sol (fotosíntesis) y Reacción orgánica de
oxidación - reducción
 Una fuente de Carbono = Materia Orgánica y CO2
 Nutrientes inorgánicos = Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Potasio,
y orgánicos
Calcio, Magnesio, Aminoácidos, Purinas
Clasificación de los microorganismos según la
fuente de Energía y de Carbono
Clasificación
Fuente de Energía
Fuente de Carbono
Celular
Autótrofos
a)
Fotoautótrofos
Luz
CO2
b)
Quimiautótrofos
Reacción de oxidación
reducción inorgánica
CO2
Heterótrofos
a)
Quimioeterótrofos
Reacción de oxidación
reducción orgánica
Carbono Orgánico
a)
Fotoheterótrofos
Luz
Carbono Orgánico
Microorganismos más importantes en los procesos
biológicos
 Bacterias = Protistas unicelulares, heterótrofos que metabolizan materia orgánica soluble,
tamaño de 1 a 15 μm, fórmula aproximada C5H7O2N, clasificación : Criófilas (030ºC), mesófilas (20 - 45ºC), termófilas (45 – 70ºC)
 Hongos = Protistas heterótrofas, no fotosintéticas, multicelulares, y la mayoría aeróbicos
estrictos, crecen con poca humedad y toleran un rango amplio de pH( 2 a 4),
compiten con las bacterias.
 Algas = Son protistas unicelulares o multicelulares, autótrofos, y fotosintéticos producen
Oxígeno mediante el mecanismo de fotosíntesis.
 Protozoos = Son protistas móviles microscópicos y por lo general unicelulares la mayoría son
heterótrofos aeróbicos, suelen consumir bacterias
como
fuente de energía y partículas orgánicas
 Rotíferos = Son animales aeróbicos, heterótrofos y multicelulares, consumen bacterias
dispersas y floculadas y pequeñas partículas de materia orgánica.
 Crustáceos = Son animales aeróbicos, heterótrofos, multicelulares, sirven de alimento a
los peces y su presencia indica que el efluente esta bajo contenido de
materia orgánica y oxígeno disuelto
Fundamentos de los procesos biológicos
Procesos de Oxidación biológica
1. Reacciones de Síntesis
CHON + O2 + Bacterias + Energía → C5H7O2N
2. Reacciones de Oxidación
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Energía
En caso de Nitrificación
C5H7O2N + 7O2 → 5CO2 + 3H2O + NH3- + H+ + Energía
Conversión biológica en los sistemas
Aerobios y Anaerobios
Biogás
70-90%
CO2 4050%
DQO
100%
Reactor
Aeróbio
Lodo
50-60%
Efluente
5-10%
DQO
100%
Reactor
Anaeróbio
Lodo 515%
Efluente
10-30%
ELIMINACIÓN ESPERADA DE
MICROORGANISMOS
Reducción de órdenes de magnitud o
Reducción de unidades logarítmicas
Proceso de tratamiento
Bacterias
Helminos
Virus
Quistes
Sedimentación primaria
simple
Con coagulación previa
0-1
0-2
0-1
0-1
1-2
1-3
0-1
0-1
Lodos activados
0-2
0-2
0-1
0-1
Biofiltros
0-2
0-2
0-1
0-1
Zanja de oxidación
1-2
0-2
1-2
0-1
Desinfección
2-6
0-1
0-4
0-3
Laguna aireada
1-2
1-3
1-2
0-1
Lagunas de
estabilización
1-6
1-3
1-4
1-4
OPS/CEPIS
Fuente: Feachem et al (1983)
Eficiencia de remoción de los sistemas de tratamiento
de aguas residuales, en porcentaje
SS
DBO
DQO
Bacterias
C. Log10
Helmintos
C. Log10
Sedimentación primaria
60 - 90
30 - 35
30 - 35
0-1
0-1
Tratamiento químico
C+F+D
90 - 95
30 - 50
30 - 50
TP + Lodos activados
90 - 97
85 - 97
85 - 90
0-2
0-1
TP + Filtro percolador
87 – 95
80 – 90
80 - 90
0-2
0-1
T. Primario + Biodiscos
90 - 95
85 - 90
85 - 90
TP + FP + lodos activados
95 - 99
95 - 99.5
95 - 98.5
TP + BD + lodos activados
97 - 99
97 - 99.3
97 - 98.5
1-6
1-4
Tipo de tratamiento
Tratamiento
Primario
Tratamiento
Secundario
Lagunas de estabilización
70 - 85
Superficie necesaria por tipo de Tratamiento
(Collado 1991)
Tipo de tratamiento
Superficie necesaria (m2/Hab.)
Fosa Séptica
0.1 – 0.5
Tanque Imhoff
0.05 – 0.1
Zanja filtrante
6 – 66
Lecho filtrante
2 – 25
Pozo filtrante
1 – 14
Lecho de juncos
2–8
Lag. aireada
1–3
Lag. aeróbica
4–8
Lag. facultativa
2 – 20
Lag. anaeróbica
1–3
Lag. Anaeróbica + facultativa
2 – 12
Filtro percolador
0.5 – 0.7
Aireación prolongada
0.2 – 1.0
Canal de oxidación
1.2 – 1.8
Cantidad y concentración de fangos
(Collado 1990)
Proceso
Cantidad
(l/m3A.R.)
Concentración
(%)
Primario
2.0 – 3.0
4-6
Tratamiento previo
Fosa séptica
Tanque Imhoff
0.9 – 2.0
1.5 – 2.0
10
10 – 12
Procesos de biopelícula
Lechos bacterianos
Biodiscos
1.0 – 3.0
1.0 – 3.0
2–4
2–6
Aireación prolongada
3.0 – 7.0
1.5 – 2.0
Lagunaje natural
1.0 – 2.0
10
Lagunaje aireado
1.0 – 2.5
-
Aplicación al terreno
Físico químico
Los del tratamiento previo
6.0 – 25.0
0.5 – 10.0
Fosa Séptica
Introducción
Es uno de los más útiles y satisfactorios
procedimientos para la disposición de excretas y
residuos líquidos provenientes de viviendas
individuales, pequeños grupos de casas o
instituciones situados en zonas rurales donde no
existe sistema de alcantarillado.
Descripción
Mientras las aguas residuales se mantienen en reposo,
los sólidos más pesados se depositan en el fondo
formando lodo o fango, la mayoría de los sólidos
ligeros, como las grasas, permanecen en el agua en la
parte superior de la fosa formando una capa de
espuma, mientras el efluente se lleva los sólidos no
sedimentables al final del sistema de evacuación. Que
se puede limitar empleando Fosas de dos
compartimientos o instalando una cámara de filtración.
Desventajas de la fosa Séptica
• Malos olores.
• Acumulación de grasas y flotantes.
• Por ser un tratamiento primario se
necesita tratar su efluente.
• Limitada remoción de patógenos
Ventajas
• Fácil de operar
• Es aplicable donde no existe alcantarillado
• No requiere equipamiento
• Fácil de construir
• Se tiene que vaciar cuando se llena.
El proceso que se desarrolla en el interior de la fosa
constituye el tratamiento primario de los residuos
brutos y el que se efectúa en la zona de evacuación es
el tratamiento secundario.
Pozo de absorción
Dimensionamiento del pozo de absorción
Parámetros de diseño
Area de infiltración
• A=V/Ci
• V=PxD
• Profundidad 2 <h< 4.0m
• Diámetro 1< D <2.5 m
Prueba de
Infiltración
Tasa de aplicación en función del tipo de
terreno (EPA 1980)
Textura del suelo
Tasa infiltración
(min/cm)
Tasa aplicación
(m3/m2.d)
Arena gruesa – grava
< 0.40
No utilizable
Arena media - gruesa
0.40 - 2
0.048
Arena fina - margosa
2–6
0.030
Marga arenosa – marga
6 – 12
0.024
Marga – marga porosa
12 – 24
0.018
Marga arcillosa
24 – 48
0.008
> 48
No utilizable
Terreno impermeable
Zanjas de Infiltración
Descripción
Consisten en aberturas hechas en
el terreno, con profundidades
que varían entre 0.60 a 1.0 m y
un ancho de 0.50 a 1.0 m. En
estas Zanjas se debe instalar
tubería perforada, con un
diámetro mínimo de 0.10 m, que
debe estar recubierta con
material
granular
correspondiente al tamiz No 3 ,
la cama de piedra bajo la tubería
debe tener un espesor que varié
entre 0.30 a 0.60 m. Además de
lo anterior se deben seguir las
recomendaciones siguientes:
Zanjas de Filtración
Parámetros de Diseño
Coef. Infiltración = 38 l/m2
Longitud L < 30 m
Profundidad 1.20 < h < 1.50 m
Diámetro de tubería < 100 mm
Separación s < 1.0m
lecho Filtrante 0.25 < de < 0.5 mm
Espesor > 0.50 m
material grueso 0.30 m
0.30
0.30
0.70
0.50
Desbaste
Consiste en la separación del agua residual de sólidos tales como: Piedras, ramas,
plásticos, trapos etc. mediante rejas o tamices.
Tiene como objeto:
 Eliminar los objetos capaces de provocar obstrucciones en las distintas unidades
de la planta.
 Separar y evacuar fácilmente las materias voluminosas arrastradas por el agua
bruta, que podrían disminuir la eficiencia de los tratamientos siguientes, o
complicar la realización de los mismos.
Rejas
En las rejas, la separación de los
sólidos
se
realiza
mediante
barrotes, su limpieza se hace en
forma manual empleando un
rastrillo, esta labor se realiza en
forma periódica y los objetos
rastrillados previamente a su
eliminación se escurren sobre
una placa perforada situada
sobre el canal, posteriormente
se
depositan
en
un
hoyo
excavado en el terreno y ubicado
las inmediaciones a la reja.
Desarenador
Tiene por objeto eliminar las
materias más pesadas que el
agua y mayores que 2
milímetros.
Con el fin de evitar que se
produzcan sedimentos en los
canales y tuberías, proteger las
bombas del desgaste y evitar
sobrecargas en las fases de
tratamiento siguientes.
El mantenimiento tiene que ser
por lo menos semanal y cada
dos días debe hacerse un
barrido o limpieza de fondo
para liberar el material orgánico
retenido entre el material
granular
para
evitar
su
descomposición.
Desarenador – Rejilla en planta
Digestión Anaerobia
Es un proceso que se realiza en ausencia de oxígeno, en el cual la materia orgánica
compleja es convertida en : Metano(CH4), Dióxido de carbono(CO2), agua, sulfuro de
hidrógeno(H2O) y amónia(NH3 ) además de nuevas células bacterianas.
CH4
CO2
Materia orgánica
Bacterias Anaerobias
H2O
H2S
NH3
NUEVAS CELULAS
Fases del proceso
 Hidrólisis de compuesto orgánicos complejos
 Producción de ácidos
 Producción de metano (CH4)
Secuencia metabólica y grupos microbianos envueltos en la Digestión Anaerobia
Orgánicos complejos
Carbohidratos, proteínas, lípidos
Bacterias fermentativas(hidrólisis)
Orgánicos simples
Azúcares, aminoacidos, peptídos
Bacterias fermentativas
acidogénesis
Acidos orgánicos
Propano y buriatico, etc
Bacterias acetogénicas
acetogenesis
Bacterias acetogénicas productoras de Hidrógeno
H2 + CO2
ACETATO
Bacterias acetogénicas consumidoras de H
Bacterias metanogénicas
CH4 + CO2
Metanogénicas hidrogenotróficas
Metanogénicas acetoclásticas
Reactor Anaerobio de flujo ascendente y manto de lodos
Consiste en un flujo de aguas residuales que pasa a través de un lecho de lodo denso y de elevada actividad.
El perfil de sólidos en el reactor varia de muy denso y con partículas granulares de elevada capacidad de
sedimentación , próximas al fondo (lecho de lodos), hasta un lodo más disperso y leve en la parte superior
del reactor( manto de lodos).
La estabilización de la materia orgánica
ocurre en todas las zonas de reacción(
lecho y manto) siendo la mezcla del
sistema generada por el flujo ascensional
de las aguas residuales y las burbujas de
gas.
El agua residual entra en el fondo y sale del
reactor a través de un decantador interno
colocado en la parte superior, un
dispositivo de separación de gases y
sólidos, localizado abajo del decantador,
garantiza la condiciones óptimas para la
sedimentación de las partículas que se
desprenden del manto de lodos,
permitiendo que retornen a la cámara de
digestión.
Filtros Anaerobios
Introducción
Se utiliza cuando no es posible infiltrar en el suelo el efluente de la fosa
séptica o hay necesidad de una tratamiento adicional, porque se quiere
disponer el efluente en un cuerpo de agua,
Filtro Anaerobio
El filtro anaerobio ascendente es básicamente una unidad de contacto, en la cual el agua
residual pasa a través de una masa biológica contenida dentro del reactor. La biomasa
(microorganismos) retenida en el reactor se puede presentar en tres formas:
 Película biológica fina adherida al material
 Biomasa dispersa retenida en los vacíos (poros) del material granular.
 Flóculos o granos retenidos en el falso fondo, bajo el material de soporte.
Los compuestos orgánicos solubles contenidos en el agua residual afluente entran en contacto
con la biomasa, difundiéndose a través de la superficie del biofilme o el lodo granular ,donde es
convertido en productos intermediarios( ácidos grasos volátiles) y finales específicamente
metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2)
Componentes del filtro Anaerobio
Tuberías de ventilación
Canales de recolección
• Tubería de Entrada
• Falso fondo
Material filtrante
• Tubería de Limpieza
• Material filtrante
Falso fondo
• Canales de recolección
Tubería de Limpieza
• Tuberías de Ventilación.
Tanque Imhoff
Introducción
Es un tanque de dos pisos, que combina en el
compartimiento superior la Sedimentación y
en el inferior la Digestión. Sus características
peculiares son la abertura protegida que
impide que los gases de la digestión pasen a la
cámara de sedimentación y la ausencia de
una corriente en movimiento en el
compartimiento de digestión.
Su adopción se ha limitado a poblaciones
menores de 2,000 hab.
Descripción
El tanque está
compartimentos:
compuesto
 Cámara de sedimentación
 Cámara de digestión
 Cámara de espumas
por
tres
Componentes del Tanque Imhoff
• Compuertas de control
• Canales para distribución de flujo
• Bafles o pantallas deflectoras
• Sedimentador
• Tolvas y digestor
• Ventilas para gases
• Tubería para recolección de gases
• Tubería para extracción de gases y
licuefacción de lodos
• Válvulas para extracción de lodos
Diagrama de flujo básico Tanque imhoff
Desbaste
Desarenado
Desengrasado
Tanque
imhoff
Desinfección
Lechos de secado de fangos
Ventajas
 Bajo costo de inversión inicial
 No requiere de energía
Desventajas
 Bajo rendimiento en reducción de
materia orgánica y patógenos
 bajo costo de mantenimiento
 Poca estabilidad frente a
incrementos de caudal.
 No depende de condiciones
atmosféricas
 Generación de malos olores.
 No requiere personal especializado
para su operación.
 Proliferación de moscas en eras de
secado
Tanque Imhoff
Parámetros de diseño
Tiempo de retención 2 - 3 horas
Carga Superficial 24.4 - 36.6 m3/m2/d
Velocidad Horizontal 0.30 m/s
Relación L/B 5:1 y 3:1
Profundidad de cámara de sedimentación 1.5 - 4.5 m
Pendiente Sedimentador > 5V a 4H
Longitud < 30 m
Profundidad Tanque 7.0 - 10.5 m
Abertura fondo Sedimentador > 15 cm
Area cámara de espumas 25 - 30 %
Proyección borde inferior Sedimentador 20 cm
2
3
1
4
Llenado de Tolvas, A
- Cerrar compuerta, 1
- Abrir compuerta, 2
Tolvas
A
- Cerrar compuerta, 3
Tolvas
B
- Abrir compuerta, 4
- Abrir compuerta, 5
- Cerrar compuerta, 6
6
5
LLENADO DE TOLVAS, A
Lechos bacterianos (Filtro percolador)
Descripción
Consiste en un proceso en el cual la biomasa bacteriana forma una biopelícula sobre
un medio de soporte fijo. El agua residual y el aire circulan libremente a través de los
huecos que existen en el material soporte . Los organismos presentes en la biopelícula
oxidan la materia orgánica que toman del agua residual, valiéndose del aire que circula
por el medio.
Diagrama
de flujo
Lecho
Desbaste
Decantador
primario
bacteriano
Decantador
secundario
Desinfección
Lechos de secado
Digestor
Espesador
Aplicabilidad lechos bacterianos
Se puede aplicar en poblaciones de tamaño mediano grande, solo o como primera fase de
otro tratamiento biológico, como por ejemplo lodos activados. Debido a su gran
estabilidad frente a las variaciones de la carga orgánica, se emplea en numerosas
ocasiones previo a un tratamiento biológico.
Ventajas
Desventajas
Alto rendimiento en eliminación de
materia orgánica
Utilización de gran cantidad de equipo susceptible
de averías.
Instalación compacta
Menor costo energético que un
tratamiento convencional.
Versatilidad, ya que los parámetros
pueden ser controlados.
Posibilidad de utilizarlo como proceso
de afino
Alta inversión inicial
Necesidad de material de soporte especial.
Elevado costo de mantenimiento electromecánico.
Contactor Biológico Rotativo (C.B.R.)
Introducción
El proceso consiste en una
serie de discos que giran
entorno
a
un
eje
horizontal,
colocados
dentro de un recipiente de
agua residual. Los discos
giran
lentamente
,
manteniendo el 40% de su
superficie sumergida.
Cuando la superficie del
disco se encuentra en
contacto con el aire, la
biomasa adherida al mismo
toma el Oxígeno necesario
para que durante el
período de inmersión se
produzca la degradación de
la materia orgánica.
Parámetros de Diseño
Carga Hidráulica
0.08 < Ch < 0.16 m3/m2.h
Carga orgánica 3.70 < CO < 9.80 g DBOs/m2.d
9.8 < CO < 17.15 g DBOt/m2.d
Tiempo de retención hidráulica 0.7 < TR < 1.5 h
Longitud de Ejes 1.52 < L < 8.23 m
Superficie de medio(8.23) 9,290 11,150 16,750 m2
Volumen óptimo de Tanques = 0.0049 m3/m2 de medio
Aplicabilidad.
Utilizado en pequeños núcleos poblacionales, pudiendo emplearse en lugar de
otros sistemas biológicos secundarios, con resultados similares. Tiene la
posibilidad de utilizarse solo o en combinación de otros procesos
Ventajas C.B.R.
Sencillez de funcionamiento.
Buena respuesta a sobrecargas de materia orgánica.
Buena respuesta ante tóxicos.
Menor coste energético.
Bajo costo de mantenimiento
Bajo nivel de ruidos.
Construcción modular, fácil de ampliar.
Desventajas.
 Alto gasto de inversión inicial.
 Necesidad de material de soporte especial.
 Necesidad de diseño mecánico riguroso.
Humedales
Consisten en excavaciones de baja profundidad que
se hacen en el terreno, y se rellenan de grava o
material de alta permeabilidad, donde se siembran
plantas que degradan la materia orgánica del agua
residual aplicada
Desventajas
 Requiere tratamiento previo
 Requiere área considerable 2- 8 m2
 Son afectados por contaminantes tóxicos
Ventajas
 Sencilla de construir y operar
 No es afectado por las variaciones climáticas
 No hay producción de malos olores
 Soporta la variaciones de caudal
 Buena integración con el ambiente
 Eliminación de nutrientes
 No hay proliferación de mosquitos
 Buena eficiencia en eliminación de DBO y
coliformes
 Puede proveer ingresos con venta de plantas
Tipos de humedales
De flujo Sub superficial
Con Macrofitas
De flujo libre
Lagunas de estabilización
Son estanques construidos de tierra, de profundidad reducida(< 5 m) utilizados para el
tratamiento de aguas residuales, por medio de la interacción de la biomasa(algas,
bacteria, protozoarios, etc.) la materia orgánica del desecho y otros procesos
naturales(factores físico químicos y meteorológicos).
Aplicación
Se recomiendan especialmente donde se
requiera un alto grado de remoción de
organismos patógenos, en casos en los
cuales la biomasa de algas y los nutrientes
que contiene el efluente , pueden ser
asimilados sin problemas por el cuerpo
receptor.
No son recomendadas cuando su efluente
descargue en un lago o embalse porque
aceleraran el proceso de eutrofización, en
vista que son ineficientes para remover
nitrógeno y fósforo. Pero son sumamente
atractivas desde el punto de vista de reuso
agrícola.
Lagunas de estabilización
El tratamiento con lagunas consiste en el almacenamiento de las aguas residuales durante un
tiempo variable, en función de la carga aplicada y de las condiciones climáticas, de manera que
la materia orgánica resulte degradada mediante la actividad de las bacterias heterótrofas
presentes en el medio.
Diagrama de flujo básico
Desbaste
Desarenado
Laguna
anaerobica
Laguna
facultativa
Laguna de
maduración
Desengrasado
Ventajas
Desventajas
• Alta reducción de contaminación orgánica
 Requiere gran superficie
• Alta reducción bacteriológica
• Estabilidad frente a variaciones de caudal
 Elevada concentración de sólidos en el efluente
debido al fitoplancton
• Mínimo costo de mantenimiento
 Es afectada por los cambios de temperatura
• No requiere personal especializado
 Puede haber proliferación de mosquitos
• Mínima producción de lodos
 Se necesita terreno impermeable
• Posibilidad de utilizar el efluente
 Inestabilidad ante vertidos industriales
• Buena integración con el medio
Objetivos de una laguna de estabilización

Primaria

Reducción de compuestos orgánicos ( DBO y DQO ) tanto soluble como total

Reducción de sólidos suspendidos

Reducción de parásitos

Reducción de costos de construcción

Secundaria

Reducción de Coliformes fecales al nivel deseado

Complementar reducción de nematodos

Reducir a los niveles requeridos la concentración de otros contaminantes ( DBO,
Nemátodos > 10 días
> cargas superficiales
nutrientes y algas )

Minimizar la influencia de la estratificación termal
Clasificación de las de lagunas
Por el contenido de oxígeno
 Anaerobia

Aerobio

Facultativa

Aireada
--- Aireación artificial
Por su ubicación con otros procesos

Primarias

Secundarias

Maduración
Por su secuencia

En paralelo

En serie
Lagunas Anaerobias
Operan bajo una condición de ausencia de Aire u Oxígeno libre y se caracterizan por el
empleo de una alta carga orgánica y por consiguiente un corto período de retención.
Su aspecto físico es de coloración negra o gris, cuando por efecto de una carga
adecuada, presentan condiciones de fermentación del metano.
Se utilizan como una primera etapa en el tratamiento de aguas residuales domésticas
e industriales.
CO2
CH4
Lagunas facultativas
Son aquellas donde la estabilización de las aguas residuales se lleva a cabo mediante una
combinación de bacterias aerobias, facultativas y anaerobias. Estas lagunas se excavan en el
terreno y se alimentan con agua residual procedente de un proceso previo de desbaste o con el
efluente de un tratamiento primario.
Los sólidos de gran tamaño sedimentan, para formar una capa de fango anaerobio, los
materiales orgánicos sólidos y coloidales se oxidan por la acción de las bacterias aerobias y
facultativas, empleando el oxígeno generado por las abundantes algas presentes en la
superficie.
El dióxido de carbono ( CO2) que se produce en el proceso de oxidación orgánica, sirve como
fuente de carbono para las algas.
La descomposición anaerobia de los sólidos de la capa de fango permite la producción de
compuestos orgánicos disueltos y de gases como el CO2, H2S, CH4 y el NH3 que se oxidan por las
bacterias aerobias o se liberan a la atmósfera.
Reacciones en lagunas facultativas
Lagunas de Maduración
Son frecuentes como tratamiento terciario después de una secuencia de lagunaje anaerobio +
facultativo, con el objeto de mejorar la calidad del efluente principalmente reduciendo la
concentración de patógenos, para lo cual su colocación en serie o con flujo pistón es más
efectiva .
Los factores que intervienen en el proceso son: Sedimentación, escasez de alimento, rayos
ultravioletas, predadores, competencia y toxinas producidas por algunas especies en el medio,
altas temperaturas y valores de pH.
Los principales parámetros de diseño para una carga dada son el régimen hidráulico adoptado y
el tiempo de retención.
El régimen hidráulico tiene una gran eficiencia en la remoción de coliformes, en orden
descendente la eficiencia es la siguiente:
 Flujo pistón
 Lagunas en serie
 Flujo disperso
 Mezcla completa
Lagunas Aireadas
Son empleadas generalmente como primera unidad de un sistema, en casos donde la
disponibilidad de terreno es limitada o para el tratamiento de desechos domésticos
con altas concentraciones y desechos industriales, son muy utilizadas en climas fríos.
El efluente es de buena calidad si se coloca seguidamente una laguna de decantación.
Tipos de lagunas
 Lagunas aireadas de mezcla completa.
 Lagunas aireadas facultativas.
 Laguna facultativa con agitación mecánica.
 Laguna de oxidación aireada.
Los dos primeros tipos de lagunas, deben ser complementadas con lagunas facultativas
diseñadas con la finalidad de tratar el efluente de la laguna primaria, asimilando una gran
cantidad de sólidos en suspensión.
Lagunas aireadas de mezcla completa
En estas lagunas se mantiene la biomasa en suspensión, con un alta densidad de energía
instalada( >15 W/m3). Son consideradas como un procesos incipiente de lodos activados sin
eliminación y recirculación de lodos y la presencia de algas no es aparente.
la profundidad en este tipo de lagunas varia entre 3 y 5 m y el período de retención entre 2 y 5
días. Se recomienda el uso de aireadores de baja velocidad de rotación.
Lagunas Aireadas
Rejas
Laguna Aereación
Laguna decantación
TR. = 1.0 día
Profundidad = 1.5 m
Parámetros de Diseño
 TR M. Completa 2-7 d ,
Facultativa 3-10d
 Densidad de Potencia M. C. 5- 10 W/m3,Facul. 1-1.5 W/m3
 Profundidad 3 < h < 5.0 m
 Ef. Remoción DBO M.C. = 70-85% Facul. = 75- 90%
 Aireador más utilizado = tipo Superficial
Lagunas aireadas de mezcla
completa y laguna de decantación
Ventajas
• Construcción, Operación y manutención simples
en comparación con aireación extendida o lodos
activados.
• Menores requisitos de área que todos los
sistemas de lagunas.
• Mayor independencia
climáticas.
de
las
condiciones
Desventajas
• No es eficiente para remover patógenos
• Necesidad de equipamiento
• Requisitos de energía relativamente altos
• Requisitos de área todavía elevados
• Buena eficiencia para remoción de DBO.
• Operación más complicada que en lagunas
anaeróbicas y facultativas.
• Satisfactoria resistencia a las variaciones de
carga.
• Necesidad de remover el lodo en forma
continua o periódica.
• Reducidas posibilidades de malos olores
Parámetros de diseño
Un tiempo de retención mayor de 1 día,
para sedimentación de sólidos en
suspensión.
El volumen para acumulación de lodos
debe calcularse separadamente. Los
dispositivos de entrada y salida deben
evitar al máximo el aparecimiento de zonas
muertas.
Para evitar el crecimiento de algas, se
recomienda un tiempo de detención menor
de 2 días.
En lugares calientes debe tener la
posibilidad de trabajar a nivel variable, de
modo de mantener un tiempo de retención
próximo a un día.
Para el control de olores una altura entre 1
y 2 m de agua debe mantenerse sobre el
lodo.
La profundidad de la laguna
normalmente entre 3 y 5 m.
varia
Se estima que entre el 40 y 60 % de los
sólidos volátiles son degradados cada año
Remoción de sólidos en
lagunas aireadas
La remoción de sólidos en suspensión de las
lagunas aireadas debe hacerse con decantación ,
generalmente se utilizan lagunas de decantación.
Lodos Activados
En este proceso pueden distinguirse dos operaciones diferenciadas: Oxidación biológica y la
separación sólido líquido. La primera tiene lugar en la cuba de aireación, donde se desarrolla un
cultivo biológico formado por un gran número de microorganismos agrupados en flóculos (fangos
activos), La segunda en un clarificador o decantador secundario , donde el licor mezcla se retiene
para separar el agua depurada y los fangos floculados.
Este proceso requiere para su desarrollo de un sistema de aireación y agitación, que suministre el
oxígeno necesario para que las bacterias aeróbicas realicen la acción depuradora,
evite la
sedimentación de los flóculos en el reactor y permita la homogenización de los fangos activos.
La población bacteriana se mantiene en un determinada concentración de sólidos( MLSS), para
llegar a un equilibrio entre la carga orgánica a eliminar y la cantidad de microorganismos existentes
en el reactor, el cual se alimenta con agua residual a depurar.
Parámetros de diseño para Lodos Activados, en Japón
Tipo de
proceso
MLSS(mg/l)
QA/Q(-)
T.
Retención
hrs
Carga de DBO
DBOkg/KgSS.d
DBO
Kg/m3.d
Qr/Q(-)
Convencional
0.2 - 0.4
0.3 – 0.8
1,500 – 2,000
3–7
6-8
0.2 – 0.4
Aireación
extendida
0.03 – 0.05
0.15 – 0.25
3,000 – 6,000
15
16 – 24
0.50 – 1.5
Aireación con
oxígeno
0.3 – 0.6
1.0 – 2.0
3,000 – 4,000
-
1–3
0.2 – 0.5
Canal de
oxidación
0.03 – 0.05
0.1 – 0.20
3,000 – 4,000
-
24 – 48
0.5 – 1.5
Q = Caudal afluente, m3/d
Qr = caudal de circulación, m3/d
Qa = caudal de aire, m3/d
Difusores de burbuja fina
Parámetros de diseño
Decantador Primario
Velocidad ascensional a Qm < 2.5 m/h
Tiempo de retención a Qm > 1hora
Carga sobre el vertedero a Qm < 40m3/ml* hora
Profundidad sobre el vertedero entre 2 y 3.5m
Tiempo de retención de fangos < 5.0 horas
Velocidad de rasquetas circular < 120 y rectangular < 60m/h
Parámetros de diseño Decantador Secundario
Parámetro
Convencional
Tiempo de retención
Carga superficial
Aereación extendida
6-12 hrs
20-30 m3/m2.d
8-12 m3/m2d
Carga sobre el vertedero <150 m3/m.d
25-30 m3/m.d
Profundidad (H)
3.0 – 4.0m
2.5 – 4.0 m
Longitud o diámetro
6 – 12 veces H
Ancho, m
1/5 – 1/3de L
Zanjas de oxidación
Son reactores donde la oxidación biológica se realiza en un canal cerrado, provisto de
aireadores superficiales horizontales, que provocan la aireación y circulación de los
fangos.
Se diseñan para baja carga, aunque pueden trabajar a carga media. El sistema es
flexible a las variaciones de carga y debido a su geometría es un proceso que
presenta ventajas para la nitrificación- desnitrificación.
Zanjas de oxidación
Aireador
Efluente
TS
Afluente
Exceso
Recirculación de
lodos
Cr(MLSS) = 8,000 mg/l
Parámetros de Diseño
MlSS(Ca)
2.500 < Ca < 5.000 mg/l
Carga DBO/SS (LS)
SS.día
0.03 < Ls < 0.07 Kg DBO/Kg
Relación lodo de retorno 1.0 < R < 2.0
Tiempo de retención < 24 h
Profundidad 1.0 < h < 3.0 m
Ancho B < 6.0 m
lodo
Proceso de Nitrificación
Es el proceso bacteriano en el cual el nitrógeno orgánico y amoniacal, se oxidan
transformándose en nitrito y posteriormente en nitrato Nitrificación:
NH3
NO-2
NH3 + O2 + Bacterias
NO-3
NO3 + Bacterias + nuevas bacterias
La aparición del proceso de nitrificación en el seno de los tratamientos biológicos
aerobios, requiere de los siguientes factores:

Edad de fango elevada, E = 12.0 X 1,12315-T
E = edad del fango en días
T = temperatura del licor mixto(°C)

Aportación de oxígeno suplementaria, el oxigeno disuelto como mínimo
debe ser 2.0 mg/l.

pH y Alcalinidad, el pH óptimo se sitúa entre 7.2 y 8.5. La alcalinidad
siempre debe
ser mayor de 40gr/l (expresado en CO3Ca),
preferiblemente mayor de 100.0gr/l.
Reactor Discontinuo Secuencial (S.B.R.)
Es un sistema de lodos activados cuyo funcionamiento se basa en
ciclos de llenado y vaciado. En ambos sistemas intervienen la
aireación y la sedimentación-clarificación la diferencia consiste en
que en los SBR, los procesos tiene lugar secuencialmente en el
mismo tanque.
Etapas del proceso
 Llenado
El objetivo es adición de sustrato
 Reacción.
Aireación para completar las reacciones iniciadas en el proceso de llenado.
 Sedimentación.
Separar los sólidos para obtener un sobrenadante clarificado
 Extracción.
Extraer el agua clarificada
 Fase inactiva
Realizar la purga de fangos y permitir que otro reactor termine la fase de llenado
Volumen
Máximo
25-100
Reactor
Duración
Llenado
Objetivo Operación
Adición
ciclo
25
Aire
substrato On/Off
Reacción
100 35
Tiempo
Aire
Reacción
On
Discontinuo
Aire
100 20
Secuencial
(SBR)
100-35 15
sedimentación
off
Clarificación
Evacuación
Aire
Efluente
off
Evacuación
Efluente
35-25
5
Fase
Inactiva
Purga
Fango
Reactor SBR
Aireación extendida
Consiste en una variación del
proceso de lodos activados, en la
cual el tratamiento de aguas se
realiza con una carga másica
suficientemente baja para que
pueda asegurarse
simultáneamente la estabilización
de los fangos.
Diagrama de flujo
Reactor de
aireación
Desbaste
Desarenado
Decantador
secundario
Desinfección
Lechos de secado
Espesador
Aplicación aireación extendida
Su principal campo de aplicación es en poblaciones con menos de 50.000
habitantes equivalentes, dado que necesita un mayor volumen de aireación que el
proceso de lodos activados.
Ventajas
Desventajas


Alto rendimiento en eliminación de
materia orgánica.
 Los fangos salen estabilizados
 Tiene la posibilidad de simultanear la
eliminación de nutrientes.
 Versatilidad, ya que los parámetros pueden
ser controlados.
 No fomenta la aparición de insectos.
 Mayor sencillez de explotación que el
proceso de lodos activados.
Alta inversión inicial
 Gran cantidad de equipos
 necesidad de personal especializado
 Mayor área que el proceso de lodos activados
 Mayor consumo de energía que los
tratamientos primarios y tecnologías blandas.
Objetivos de la deshidratación
Reducir los costos de transporte
 Facilitar su manipulación
 Es necesaria para aumentar su poder calorífico previo a su incineración
 Antes del compostaje para reducir la cantidad de material de enmienda o soporte
 Para evitar la generación de olores y que el lodo sea putrescible.
 Para reducir la producción de lixiviados previo a la evacuación a vertederos controlados.
Lechos de Secado
La deshidratación es una operación
unitaria física (Mecánica) utilizada para
reducir el contenido de humedad
generalmente de los lodos digeridos. El
lodo se deshidrata la mayor parte por
drenaje a través de la arena, y por
evaporación desde la superficie expuesta
al aire.
El lodo se puede extraer después de que
se haya secado y drenado suficientemente
para ser paleado, este lodo seco tiene una
textura gruesa y agrietada y es de color
negro o marrón oscuro. El contenido de
humedad después de 15 días en
condiciones favorables es del orden del 60
% . La extracción del fango se realiza
cargando
manualmente
con
palas
carretillas de mano.
El lodo seco se retira y se evacua a
vertederos controlados o se utiliza como
mejorador de suelos.
Componentes del Lecho de Secados
Solera de drenaje
Sistema de drenaje
Material filtrante
Camada de soporte
Corte Transversal, Lecho de secado
Corte longitudinal, Lecho de secado
Diagrama Esquemático de Centrífuga Decanter
Filtrado
Lodo
Acondicionado
Filtrado
Disposición de Lodos
Vertedero
Vertido al mar
Acondicionamiento
Uso agrícola
Incineración
Compost
Otros
de suelo
RECURSO HÍDRICO
AGRO
CIUDAD
Aguas
Residuales
TRATAMIENTO ADECUADO
CEPIS/OPS
MODULO DE TRATAMIENTO Y USO
100 l/s
(9 ha)
50,000 hab.
vvvvvvvvvvvvvvv
vvvvvvvvvvvvvvv
vvvvvvvvvvv
vvvvvvvvvvvvv
vvvvvvvvvvv
ACUICULTURA
(9 ha)
FORRAJES
(24 ha)
HORTALIZAS
(17 ha)
FORESTACIÓN
(40 ha)
CEPIS/OPS
INCREMENTO DE LA PRODUCCIÓN
(TACNA, PERÚ)
tm/ha
CULTIVO
AGUAS
NEGRAS
AGUAS
BLANCAS
Alfalfa
12
10
Maíz
5
2
Trigo
3
2
Cebada
4
2
Avena forraje
22
12
Tomate
35
18
Ají
12
7
CEPIS/OPS, 1997
PRODUCCIÓN DE TILAPIA DEL NILO
PROYECTO DE ACUICULTURA
SAN JUAN, LIMA, PERÚ
4,400 kg/ha
Sin alimentación
suplementaria
!!!!
CEPIS/OPS, 1991
ENTORNOS ECOLÓGICOS
PULMONES DE LA CIUDAD
CADA HECTÁREA DE BOSQUE :

PRODUCE 600 kg OXÍGENO/DÍA

ABSORBE 1,000 kg C02/DÍA

RETIENE 30 TM PARTÍCULAS/AÑO

APORTA AIRE PURO PARA 230
PERSONAS
CEPIS/OPS
COMPLEJO BIOECOLÓGICO DE SAN JUAN, LIMA , PERÚ (600 ha)
CEPIS/OPS
FRANJAS FORESTALES DE PLANTAS DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN
LAGUNAS DE PARANOÁ, BRASIL
LAGUNAS DE IBAGUÉ, COLOMBIA
CEPIS/OPS
Reflexión final
La globalización ha incrementado el acceso al
conocimiento, pero también nuestra dependencia
tecnológica.
Estamos promoviendo tecnologías no apropiadas ni
sostenibles.
Estamos profundizando la brecha de la inequidad
Tenemos una gran responsabilidad en este proceso de
deterioro.
Es necesario cambiar nuestra actitud, si realmente queremos
un futuro mejor para nuestros países.