UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA SANITARIA TEMA “LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN” CURSO: GESTIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS II DOCENTE: Ing. HUAMAN CARRANZA, Martin Miguel INTEGRANTES: HERRERA CERNA, Teotimo. LEÓN ALEJO, Adrián HUARAZ – ANCASH – PERÚ SETIEMBRE – 2020 ÍNDICE I. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1 II. RESUMEN .................................................................................................................................... 1 III. OBJETIVOS ............................................................................................................................... 2 3.1. Objetivo General ................................................................................................................. 2 3.2. Objetivo Especifico .............................................................................................................. 2 IV. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................................. 2 4.1. Clasificación Y Funcionamiento De lagunas De Estabilización ............................................ 2 4.2. Clasificación De Acuerdo Con La Secuencia De Las Unidades De Tratamiento .................. 2 4.3. Lagunas Anaerobias ............................................................................................................ 3 4.4. Lagunas Facultativas............................................................................................................ 3 4.5. Lagunas De Maduración o Pulimiento ................................................................................ 4 V. METODOLOGÍA............................................................................................................................ 5 5.1. Localización Laguna De Estabilización. ................................................................................ 5 5.2. Diseño Lagunas De Estabilización. ...................................................................................... 5 5.3. Diseño Rejillas. .................................................................................................................... 6 5.4. Parámetros De Diseño......................................................................................................... 6 5.4.1. 5.5. Calculo Población ........................................................................................................ 6 Diseño Lagunas De Estabilización........................................................................................ 7 5.5.1. Diseño Laguna Anaerobia ................................................................................................. 7 5.1.2. Diseño Laguna Facultativa ........................................................................................... 8 5.1.3. Diseño Laguna Maduración ......................................................................................... 8 5.6. Utilización Agua Tratada ..................................................................................................... 8 VI. CÁLCULOS, DISEÑO Y RESULTADOS ........................................................................................ 9 VII. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 10 VIII. RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 10 I. INTRODUCCIÓN El tratamiento de aguas residuales, para su disposición apropiada, constituye uno de los problemas de salud inherente a la actividad humana diaria. Los procesos de tratamiento suponen inversiones de capital elevadas y costos de operación altos que la mayoría de las comunidades no están en capacidad de asumir ni de financiar. Este trabajo de investigación presenta los procedimientos y metodologías del diseño mediante el tratamiento de Lagunas de Estabilización (Lagunas Anaeróbicas, Lagunas Facultativas, Lagunas de Maduración), sistema natural de tratamiento de costo mínimo de operación las capacidades económicas de las poblaciones reconocidos mundialmente como mas adaptable a todas las capacidades de la población de pocos recursos financieros. Además, se incluye la metodología para diseño de lagunas aireadas, las cuales sirven como solución de optimización para sistemas de lagunas de estabilización naturales, sin necesidad de recurrir a la utilización de terreno adicional ni a obras civiles de gran costo. II. RESUMEN El presente diseño de PTAR, es realizado con el propósito de entender el funcionamiento biológico que se lleva a cabo en las lagunas de estabilización, en el diseño de estas lagunas se tienen que ver mucho con los siguientes apartados (Demanda bioquímica de oxígeno (DBO), Demanda química de oxígeno (DQO), Nutrientes, Anaerobio, Aerobio, Proceso biológico, Facultativo, Coliformes fecales, Bacteria, Huevos de helminto, Cinética de primer orden, Organismos patógenos). Son estanques excavados con el propósito de embalsar agua residual con largos periodos de retención. En estas se realiza un tratamiento por medio de la actividad bacteriana con acciones simbióticas de algas y otros organismos, los parámetros en el afluente par el diseño mediante estas lagunas de estabilización son: (DQO=900.00 mg/l, DBO=600.00 mg/l, SS=860.00 mg/l, CF=1.00E+08NMP/100ml, Fe=12.00 mg/l, Mn=8.00 mg/l, PH=6.80, T°=18.00 °C,) para un QP=75.00 l/s. Los sistemas lagunares son una excelente opción para el tratamiento de aguas residuales. Además, el agua tratada puede reusarse, o bien, intercambiar el agua tratada por agua potable. Esta última acción es considerada como una estrategia pues se reducen costos, favorece la disminución del abatimiento de aguas subterráneas, se mejora la calidad de vida y, finalmente, se promueve la cultura ambiental. 1 III. OBJETIVOS 3.1.Objetivo General Diseñar planta de tratamiento de aguas residuales mediante Lagunas De Estabilización para mejorar la calidad del agua en el afluente, conociendo las características y parámetros del agua como (DBO, ST, CF, Fe, Mn) con el fin de recuperar la calidad del agua para riegos y cultivos 3.2.Objetivo Especifico Remoción de la materia orgánica de las aguas residuales y sólidos totales. Remoción de nutrientes Eliminación de microorganismos patógenos. IV. MARCO CONCEPTUAL 4.1.Clasificación Y Funcionamiento De lagunas De Estabilización Rolim (2000) clasifica las lagunas de estabilización en cuatro tipos: anaerobias, facultativas, de maduración o pulimiento y aerobias de alta tasa. El citado autor también clasifica las lagunas de estabilización de acuerdo con la función del lugar que ocupan, al propósito del tratamiento y a la secuencia de unidades del proceso.(Artunduaga et al., 2017) 4.2.Clasificación De Acuerdo Con La Secuencia De Las Unidades De Tratamiento Lagunas en serie. En esta categoría se incluyen sistemas de tratamiento seguidos; es decir: anaerobia, facultativa y maduración, también aunque puede considerarse una laguna facultativa seguida de otra facultativa y luego una de maduración. Cuando se diseñe solo una laguna, debe considerarse la facultativa. Lagunas en paralelo. Con el propósito de llevar a cabo un adecuado mantenimiento del sistema lagunar, se series de lagunas en paralelo recomienda incluir en la construcción (Conagua/IMTA,2007b). 2 Según Metcalf eliminación y Eddy (1991), cuando se requiera una eficiencia mayor en la de contaminantes, en el diseño debe considerarse un arreglo de tres lagunas: anaerobia, facultativa y maduración. En las Figura 2.1 y Figura 2.2 se muestran algunas configuraciones en paralelo. (Artunduaga et al., 2017) 4.3. Lagunas Anaerobias Este tipo de estaques requieren pequeñas áreas, no se generan algas y tampoco existe un proceso fotosintético; decir, oxígeno Las no es existe disuelto. bacterias, huevos de helminto y protozoarios son depositados en el fondo. Luego, son removidos por el proceso anaeróbico que se realiza. La eficiencia en la eliminación de los organismos indicados depende principalmente del tiempo de retención hidráulico (de uno a cinco días). 4.4. Lagunas Facultativas El tratamiento del agua residual en lagunas facultativas considera tres zonas: a) se establecen condiciones aerobias en la parte superior; es decir, existe oxígeno disuelto, b) una parte facultativa intermedia en donde las bacterias aerobias, anaerobias y facultativas (las bacterias facultativas pueden vivir tanto en condiciones anaerobias como aerobias) llevan a cabo la descomposición de la materia orgánica (DBO), y c) una zona anaerobia en la parte inferior de la laguna, donde los sólidos que sedimentan se descomponen de manera fermentativa. Los factores ambientales que favorecen el adecuado proceso son: radiación solar, sedimentación, elevado potencial de hidrógeno (pH), altas disuelto y tiempo de retención hidráulico, entre otros. 3 concentraciones de oxígeno 4.5.Lagunas De Maduración o Pulimiento Las condiciones del tratamiento son totalmente aerobias en toda la laguna. El propósito es reducir los coliformes fecales hasta cumplir con la norma de descarga del agua residual tratada a los cuerpos receptores. Los factores que intervienen para el tratamiento son: potencial de hidrogeno alto, rayos ultravioletas del sol, existencia de depreda dores, existencia de disuelto y oxígeno carencia de nutrientes. Las lagunas maduración pulimiento de o pueden recibir aguas residuales previamente tratadas por otros sistemas de tratamiento secundario: lodos activados o biofiltros (Gloyna, 1971; Feachem et ál., 1977; Metcalf y Eddy, 1991; Conagua/IMTA, 2007b). Fuente: (Artunduaga et al., 2017) 4 V. METODOLOGÍA La metodología aplicada para el diseño de la laguna de estabilización se basa en los conocimientos adquiridos en las clases virtuales 2020-I en el curso de LIQUIDOS II dictado por el Ing. Martin Huamán Carranza - UNASAM, también en el Reglamento OS.090 (RNE) el cual es que indica los parámetros de diseño para el tratamiento de aguas residuales y finalmente los documentos consultados para los marcos de esta monografía. 5.1. Localización Laguna De Estabilización. Inicialmente se determina la fuente hídrica para lo cual se ha guiado según los datos proporcionados de la caracterización de Aguas Residuales, y después se determina el lugar donde será construida la laguna de estabilización esto dependiendo de los factores especialmente de la temperatura (18°C),y tener en cuenta las características de las fuentes hídricas de la zona y posibles afectaciones en la zona de construcción para llegar a un diseño efectiva. 5.2. Diseño Lagunas De Estabilización. Como ya se mencionó en el marco teórico las lagunas de oxidación o estabilización son un tipo de tratamiento de aguas residuales las cuales tienen como finalidad conseguir que las aguas acumuladas en ellas lleguen a cumplir un conjunto de parámetros cuantitativos, fijados por ley, que permitan su descarga al ambiente receptor sin ocasionar problemas ambientales e inclusive, ser utilizadas para riego de cultivos en general. Para esta monografía se definen diferentes tipos de lagunas de oxidación de acuerdo a las características del agua a ser tratada. Para esto se define que el sistema de tratamiento por lagunas de oxidación se maneja en paralelas y consta de 12 lagunas de las cuales la los 4 son lagunas anaerobias, las segundas 4 son lagunas facultativas y las terceras 4 son lagunas de maduración las cuales se dejan como una opción para el tratamiento de los microorganismos presentes. Sin embargo, hay que implementar unas rejillas que reciban el agua y remuevan las partículas las partículas de gran tamaño, también la madera o cualquier elemento que dificulte la función de las lagunas; esto como parte de la etapa preliminar o pre tratamiento. 5 Teniendo esto como base el tratamiento con lagunas de estabilización quedaría de la siguiente manera: las rejillas, 4 lagunas anaerobias, 4 lagunas facultativas y finalmente 4 lagunas de maduración. Lo anterior se expresa en el siguiente esquema. Lagunas Anaeróbicas Lagunas Facultativas Lagunas de Maduración FUENTE Fuente: Elaboración Propia 5.3. Diseño Rejillas. a) Las rejillas son diseñadas de acuerdo a la norma OS.090 (RNE) y se sigue la siguiente metodología: b) Se asume un espaciamiento de barras entre 20 mm a 50 mm. Se asume de 25.4 mm. c) Se saca el coeficiente de Manning siendo n= o.013 c. Se asume un ancho de barra y se comparan los valores de acuerdo a la tabla de parámetros de diseño de rejillas para obtener el ángulo de la barra. d) Se calcula la perdida de acuerdo a la fórmula de perdida 5.4. Parámetros De Diseño. 5.4.1. Calculo Población La población es uno de los factores más importantes a la hora del diseño de cualquier obra de tratamiento de aguas ya que es de acuerdo al incremento de esta que las obras en este caso las lagunas de estabilización pueden garantizar su vida útil a lo largo del tiempo. Para el cálculo de 6 la población se hace conforme a los datos de censos (INEI), pero para nuestro diseño se ha calculado mediante los cálculos teóricos con poblaciones. Para calcular la población a futuro se utilizan 3 métodos; el método aritmético, método geométrico y método logarítmico, de tal manera para nuestro diseño se ha tomado el método geométrico. 5.5.Diseño Lagunas De Estabilización Para el diseño de las lagunas de estabilización se deben tener en cuenta algunos parámetros que ya fueron calculados como: población, periodo de diseño, caudal de diseño el cual es QMD, DBO5, y SST. Los datos de DBO5 y SST son proporcionados por el docente del curso. Para el cálculo y diseño de las lagunas es tomada la metodología aplicada algunas bibliografías relacionados al tema. 5.5.1. Diseño Laguna Anaerobia a. Para el diseño de la laguna anaerobia se procede de la siguiente manera: b. Se obtiene la carga volumétrica de acuerdo a la temperatura dada. c. Se procede a calcular el volumen de la laguna de acuerdo a la carga volumétrica, al caudal medio diario (QMD) y el DBO del afluente. d. Se procede a calcular el área de la laguna, la cual se calcula de acuerdo al volumen de la laguna dividida la profundidad de la misma la cual es un valor que se asume 2 m a 5 m. e. Se procede a calcular un volumen adicional por la acumulación de lodos generados por la población futura, a los 20 años que es el tiempo de diseño. f. Se procede a considerar una profundidad adicional para acumular el volumen de lodos generados por la laguna para esto se tiene en cuenta una profundidad no mayor a la de laguna g. Se procede a calcular las dimensiones de la laguna, para lo cual se asume una relación largo ancho y luego se despeja las fórmulas para obtener las dimensiones h. Se procede a calcular el tiempo de retención hidráulico de acuerdo al Volumen de laguna y el QMD. El cual cuyo objetivo es determinar cuánto tiempo estaré el agua dentro de la laguna. 7 5.1.2. Diseño Laguna Facultativa a. Para el diseño de la laguna facultativa se procede de la siguiente manera: b. Se obtiene la carga volumétrica de acuerdo a la temperatura mínima proporcionada. c. Se procede a calcular el área de la laguna facultativa, la cual se calcula de acuerdo a la carga volumétrica, el QMD y el DBO del afluente volumen. d. Se procede a calcular el volumen de la laguna para esto se asume una profundidad de entre 1m a 3m e. Se procede a calcular las dimensiones de la laguna, para lo cual se asume una relación largo ancho y luego se despeja en la fórmula para despejar. f. Se procede a calcular el tiempo de retención hidráulico de acuerdo al Volumen de laguna y el QMD. El cual cuyo objetivo es determinar cuánto tiempo estaré el agua dentro de la laguna. 5.1.3. Diseño Laguna Maduración a. Para el diseño de la laguna de maduración se procede de la siguiente manera: b. Se obtiene la carga volumétrica de acuerdo a la temperatura mínima. c. Se procede a calcular el área de la laguna de maduración, la cual se calcula de acuerdo a la carga volumétrica, el QMD y el DBO del afluente volumen. d. Se procede a calcular el tiempo de retención hidráulico de acuerdo al Área de laguna y el QMD. Para esto se asume una profundidad de la laguna de entre 1.5. a 3 m. e. Se procede a calcular las dimensiones de la laguna, para lo cual se asume una relación largo ancho y luego se despeja en la fórmula y se obtiene. 5.6. Utilización Agua Tratada Al realizar los diseños de las lagunas surge la pregunta que utilidad o que disposición se le dará al agua que ya fue tratada y este tema se centra principalmente en las características organolépticas con que salga la misma al finalizar el tratamiento. Entre los principales usos se puede encontrar la utilización del mismo para riego de cultivos, el agua tratada regrese a la fuente hídrica más abajo donde los niveles de contaminación ya hayan disminuido. 8 VI. CÁLCULOS, DISEÑO Y RESULTADOS De acuerdo a la metodología planteada en el capítulo anterior se procede a realizar los cálculos y diseño y de cada una de las lagunas de estabilización y los parámetros necesarios para calcularlas cada una. Lo anterior se hace de acuerdo a los conocimientos adquiridos en las clases y con la ayuda de algunos libros y plantillas en Excel. 9 VII. CONCLUSIONES Considerando que el tratamiento va a cumplir con los objetivos de eficiencia y remoción de cargas contaminantes, que conserve los niveles de operación, se diseñan las estructuras correspondientes a las lagunas de estabilización que tratan las aguas residuales domesticas municipales, considerando las condiciones propias del municipio en cuanto a población, clima, y demás con base en el RNE, OS.090. se elaboran los cálculos que arrojan las dimensiones de las lagunas, y cumpliendo con las condiciones se garantice la efectividad del tratamiento. En base a la funcionalidad de cada estructura, y cumpliendo con su objetivo se diseñan cada una de las lagunas para remover efectivamente los contaminantes y entregar las aguas a la fuente hídrica en buenas condiciones físicas y químicas principalmente. Los cálculos y diseños se realizan en un proceso de retro alimentación con lo aprendido en la Pasantía de las clases realizadas, así da como resultados unos datos confiables que aseguran la viabilidad de los diseños realizados. Los diseños realizados son para 20 años según el periodo de diseño, lo cual indica que si hoy se construyera este sistema de tratamiento la población tendría una herramienta de tratamiento de agua y unas estructuras que duran hasta el año 2040. Realizando un buen mantenimiento periódico. VIII. RECOMENDACIONES Se recomienda operar adecuadamente las lagunas y realizar un seguimiento permanente que permita corregir posibles falencias en el proceso. Se recomienda realizar los mantenimientos preventivos necesarios para el buen funcionamiento de las lagunas. Se recomienda realizar un plan y ruta de manejo eficiente en caso de presentarse una eventualidad de tipo humano, ambiental, o de infraestructura. Se recomienda ampliar este estudio a otros municipios o ríos que presenten problemas de contaminación de agua. En caso de un aumento de los contaminantes del rio se recomienda la realización nuevamente del diseño de las lagunas. Se recomienda la reutilización y/o reaprovechamiento del agua en procesos de riego de cultivos. 10 Es recomendable realizar un análisis del agua de las características de esta al finalizar el tratamiento con el fin de saber en que debe ser aprovechada. 11
