CURSO ONLINE Sistemas de Tratamiento de Efluentes Líquidos Año: 2019 MÓDULO II Tratamientos primarios de efluentes líquidos y lagunas de estabilización. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -1- 1. INTRODUCCIÓN El vertido de las aguas residuales sin tratar ocasiona daños irreversibles en el medio ambiente, en particular en los ecosistemas acuáticos en donde se realiza su vertido final. Así mismo, dichas aguas residuales suponen un riesgo para la salud pública, como fuente de diversas enfermedades. Por esto es necesaria la realización de tratamiento de las aguas residuales antes de su vertido. En el tratamiento de las aguas residuales éstas son sometidas a una serie de procesos físicos, químicos y biológicos. Dichos tratamientos tienen por objetivo reducir la concentración de los contaminantes y permitir el vertido de los efluentes depurados, minimizando los riesgos tanto para el medio ambiente, como para salud de la población. Los tratamientos inicial o primario son comunes a casi todos los efluentes de origen antrópico. Posteriormente son seguidos de un tratamiento secundario o avanzado, más específico, de acuerdo al tipo de efluente según su fuente de generación. 2. TRATAMIENTOS PRIMARIOS DE EFLUENTES LÍQUIDOS Estos tratamientos tienen como objetivo eliminar, mediante procedimientos físico-químicos o biológicos, del 40 al 60% de los sólidos suspendidos presentes en las aguas residuales, y es el paso previo a los tratamientos biológicos. De esta forma, es posible disminuir de un 30 a un 60% de la DBO inicialmente presente en el agua residual. Los tratamientos primarios pueden ser parte del inicio de un tratamiento más complejo, cuando se trata de un efluente con alta carga de contaminantes, o puede ser el único tratamiento, cuando el efluente es de baja carga contaminante. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -2- 2.1. CRIBADO Es la primera etapa del pretratamiento, mediante el cual se remueven materiales como trozos de tela, ramas, pedazos de lámina, vidrios, latas, bolsas de plástico, pedazos de madera, trozos de plástico, etc. Estos materiales son retenidos cuando el agua pasa a través de equipos o maquinarias que tienen barras espaciadas entre sí, con un cierto patrón o configuración similar. Los materiales de gran tamaño son retenidos en estas barras y se deben remover mecánica o manualmente en forma periódica o continua (Figura 1). Figura 1. Materiales retenidos mediante cribado El cribado evita la acumulación de materiales no degradables en las obras hidráulicas. Además, reduce el riesgo de obstrucción de los impulsores de equipos de bombeo y el riesgo de saturación de los pozos de descarga. Este mecanismo se lleva a cabo mediante la instalación de rejas y cribas de barra; y de tamices o cribas de malla fina, con el objetivo de retener elementos de diversa granulometría. 2.1.1. Rejas y cribas de barras Su finalidad es retener sólidos gruesos, de dimensiones relativamente grandes que estén en suspensión o flotantes. Las rejas, por lo general, son la primera unidad de una planta de tratamiento, y está conformado por barras metálicas con una separación entre sí de 20 a 60 mm (Figura 2). CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -3- Figura 2. Tratamiento primario con rejas. Las rejas y cribas son empleadas para proteger contra obstrucciones las válvulas, bombas, equipo de aeración, tuberías y otras partes de los posteriores sistemas de tratamiento. La limpieza de los residuos puede ser manual o automática, según sea su volumen. Las rejas sencillas de limpieza manual son empleadas en instalaciones pequeñas (Figura 3). En estos casos no se destinan a la remoción de grandes volúmenes de detritos, sino a la retención de objetos de grandes dimensiones que podrían dañar los equipos. Figura 3. Esquema de una reja manual. Las barras de las rejillas de limpieza manual suelen tener de 25 a 50 mm de paso y la inclinación de las barras suele estar entre 30 y 45 grados respecto a la vertical para facilitar la limpieza. Las rejillas se rastrillan manualmente hacia una placa perforada CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -4- donde drenan los desechos antes de ser retirados para su eliminación. Si las rejillas se limpian con poca frecuencia, cuando el remanso causado por la acumulación de sólidos finalmente se libera por la limpieza, puede provocar oscilaciones bruscas de flujo. Estas oleadas de alta velocidad pueden reducir la eficiencia de captura de sólidos, los cuales pasan a las unidades de los sistemas siguientes. En cuanto a la disposición del material retenido, generalmente es material es enterrado en un microrelleno ubicado en las cercanías de las rejas. Para evitar el problema de malos olores y presencia de moscas, al material extraído en cada limpieza se le debe aplicar cal. Por otro lado, las rejas mecanizadas requieren una labor de mantenimiento muy cuidadosa, motivo por el cual solo deben ser empleadas cuando es estrictamente necesario (Figura 4). Figura 4. Reja mecanizada. Las rejillas de limpieza mecánica tienen aperturas que normalmente oscilan entre 6 y 38 mm, con barras establecidas en ángulos de 0 a 30 grados respecto a la vertical. La limpieza mecánica, en comparación con la limpieza manual, tiende a reducir los costos laborales, mejorar las condiciones de flujo y de captura de cribado y reducir las molestias de malos olores. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -5- 2.1.2. Tamices o cribas de malla fina Su funcionamiento se basa en la retención de materiales de dimensiones entre 0,5 y 5 mm (Figura 5). Estos sistemas pueden ser de banda, de disco o de tambor; son de acción rápida y se utilizan principalmente con aguas muy diluidas. Figura 5. Tratamiento primario con tamiz. En la Tabla 1 se especifican las diferencias entre el uso de rejas y de cribas. Tabla 1. Características de rejas y cribas. Rejas Cribas - Es parte de la captación o de la entrada del - Debe ser usado en toda la planta de tratamiento. desarenador. - Diseñado en función del tamaño de los - Preferentemente se diseñan cribas de limpieza manual a menos que se necesite sólidos que se desea retener. limpieza mecanizada. - La seperación de los barrotes es de 50 a 100 mm cuando son sólidos muy grandes. - Para el diseño se incluye: una plataforma y Separación de 10 a 25 mm desbaste medio. drenaje del material con barandas de Separación de 3 a 10 mm; desbaste fino. seguridad. La iluminación. Espacio para el alamcenamiento del material cribado en - La limpieza puede ser manual o mecánica. condiciones sanitarias adecuadas. Solución Dependiendo del tamaño e importancia de la técnica para la disposición del material planta o la llegada de un matrial que puede cribado. Compuertas para poner fuera de producir el atascamiento de las rejas en funcionamiento cualquiera de las unidades. pocos minutos. - Para el diseño de canales: considerar el - La velocidad de paso es entre 0,60 a 1 m/s. caudal máximo diario; tres canales con cribas llegando a 1,40 m/s con caudal máximo. (uno by pass en caso de emergencia mantenimiento y otros dos para conducir el - Debe preveerse los medios para retirar los caudal máximo horario); dos canales con sólidos extraídos y se adecuada disposición. cribas (caudal mpaximo horario); un caudal con criba con by pass en instalaciones pequeñas. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -6- 2.2. DESARENADORES Son unidades destinadas a retener grava, arena y demás partículas gruesas y de alta densidad que sedimentan fácilmente (Figura 6). Figura 6. Desarenador. La remoción de las partículas tiene como finalidad, además de disminuir la DBO, proteger las bombas contra desgaste, evitar obstrucciones de tuberías e impedir la formación de depósitos de material inerte en el interior de sedimentadores y digestores. Los desarenadores consisten en canales largos en los que, al descender la velocidad del agua residual por ensanchamiento, se depositan los sólidos inorgánicos más pesados. Estos sistemas pueden tener dispositivos como cribas o mallas de diferentes diámetros para remover en mayor proporción las partículas medianas y de tamaño grande. Además, se puede inyectar oxígeno, con la finalidad de evitar que en el sistema se presenten condiciones sépticas no óptimas. Existen dos tipos de desarenadores, los estáticos y los dinámicos. Los primeros ejercen una extracción de las arenas de los canales y suele combinarse con lavadores, con el objetivo de evitar la contención de materia orgánica produciendo fermentaciones y olores desagradables. Mientras que, los desarenadores dinámicos se basan en la centrifugación y suelen combinarse con lavadores de arena. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -7- Los residuos retenidos en los pasos anteriores (rejas y desarenador), son esencialmente basura, por lo que éstos se juntan, y periódicamente son enviados a un relleno sanitario o planta de clasificación de residuos. 2.3. DESENGRASADORES Los líquidos, pastas y demás cuerpos no miscibles con el agua, pero que tienen un peso específico menor y por lo tanto tienden a flotar en superficie, pueden ser retenidos en dispositivos denominados tanques desengrasadores (Figura 7). Figura 7. Desengrasador. Los desengrasadores deben propiciar una permanencia tranquila del agua residual durante el tiempo suficiente para que una partícula a ser removida pueda recorrer la trayectoria entre el fondo y la superficie (Figura 8). Figura 8. Funcionamiento de desengrasador. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -8- Se suele utilizar aire comprimido para el arrastre de aceites y grasas hacia la superficie, donde luego se eliminan periódicamente las espumas formadas. El rendimiento en aguas residuales urbanas se aumenta si al aire comprimido se añaden de 1 a 1,5 mg de cloro/L de agua residual. Los aceites una vez recogidos, se vierten sobre filtros de aserrines de madera que, luego se gestionan apropiadamente como residuos sólidos. Mientras que las grasas se canalizan directamente hacia los digestores, donde aportan materia orgánica que facilita los procesos que allí se efectúan. 2.4. TANQUES DE PREAIREACIÓN En algunas situaciones, es necesaria la inyección de aire comprimido en las aguas residuales, aproximadamente 0,75 L de aire/L de agua residual (Figura 9). Esto tiene como objetivo la disminución inicial de la DBO, refrescar los efluentes líquidos antes del tratamiento y facilitar la eliminación de los sólidos suspendidos. Figura 9. Tanques de preaireación. 2.5. TANQUES DE SEDIMENTACIÓN Los tanques de sedimentación primaria, cuando se utilizan como único medio de tratamiento, su objetivo principal es la eliminación de: sólidos sedimentables capaces CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS -9- de formar depósitos de fango en los cursos de agua, aceite libre, grasas y otros materiales flotantes, y parte de la carga orgánica. Por otro lado, cuando los tanques se utilizan como paso previo de los tratamientos biológicos, su objetivo es la reducción de la carga del afluente a los reactores biológicos. Estos tanques pueden diseñarse de forma tal que el tiempo de retención hidráulica sea menor y tenga una carga de superficie más alta que los utilizados como único medio de tratamiento (Figura 10). Figura 10. Tanques de sedimentación. Este tipo de tratamiento primario, puede eliminar entre el 50% y el 70% de los sólidos suspendidos, y entre el 25% y 40% de la DBO, mientras que su período de retención es de unas dos horas como mínimo Generalmente se utilizan tanques de sedimentación de diseño normalizado, rectangulares o circulares, con dispositivos mecánicos para la recolección y desalojo de lodos. El flujo horizontal predomina en los sedimentadores horizontales (Figura 11), a diferencia del flujo radial que ocurre en sedimentadores circulares (Figura 12). Figura 11. Sedimentador horizontal. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 10 - Figura 12. Sedimentador circular. Las espumas que se generan en los tanques de sedimentación son recolectadas por medio de desnatadores que se mueven sobre la superficie del líquido. En caso de que la cantidad de espuma sea considerable, los pozos para espuma están equipados con agitadores que promueven una mezcla homogénea antes del bombeo. 2.6. FILTRACIÓN Este proceso se basa en el paso del efluente por elementos que retienen partículas inertes y microorganismos, mediante procesos físicos o biológicos (Figura 13). Figura 13. Proceso de filtración. Según sea el material y funcionamiento, existen diferentes tipos de filtros: CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 11 - Filtros de arena Estos filtros pueden ser verticales u horizontales. Los primeros no se sumergen y se intercalan con otras sustancias; mientras que los horizontales pueden ser filtros normales o galerías filtrantes. Filtros de otras sustancias Estos filtros pueden ser de filtración mecánica o mediante hormigón, carbón, porcelana u otros productos. En el caso de los filtros no mecánicos, los elementos que lo conforman se encuentran recubiertos de películas de seres vivos, cuya composición varía según la estación del año, con un predominio de diatomeas en invierno y de algas verdes en primavera. El funcionamiento de estos filtros es semejante al de los lechos bacterianos. 2.7. ALIVIADORES Las aguas procedentes de lluvias son eliminadas mediante canales que vierten directamente a cursos de agua o a tanques de sedimentación simple, ya que no requieren de un tratamiento específico. 2.8. BOMBAS DOSIFICADORAS Mediante la inyección de pequeños caudales al efluente se puede regular el pH del mismo. De esta forma, se adiciona ácido clorhídrico, en caso que el pH se encuentre por encima de 7, o de hidróxido de sodio para pH menores a 7 (Figura 14). CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 12 - Figura 14. Bombas dosificadoras. 2.9. TORRES DE ENFRIAMIENTO La etapa final de los tratamientos primarios consiste en ajustar la temperatura a la temperatura ambiente. Para ello se utilizan estructuras con rellenos en su interior en los que se hace pasar el efluente líquido de arriba hacia abajo, y en contracorriente circula aire a temperatura ambiente que enfría el mismo. 2.10. TRATAMIENTOS QUÍMICOS En estos tipos de tratamientos, mediante acciones químicas, se trata de sustituir la sedimentación y la depuración biológica logrando una mejor separación del líquido residual de sus componentes. El tipo de efluente más óptimo para este tipo de tratamientos es el de origen industrial. Los tratamientos químicos actúan sobre la base de la coagulación y floculación asistida por agentes químicos adicionados. Así, se produce la formación de flóculos en los compuestos coloidales, por lo que la fase dispersa se separa del medio de dispersión y aparecen sedimentaciones. Así mismo, los productos químicos utilizados se ionizan y neutralizan la carga eléctrica de los coloides, formando con ellos grumos que sedimentan (Figura 15). CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 13 - Figura 15. Esquema con tratamientos químicos. Entre los coagulantes más utilizados se encuentran: Al2(SO4)3, FeCl3, Fe2(SO4)3, AlCl3 polimerizado. Entre los floculantes orgánicos se destacan polímeros cargados derivado de celulosa, poliaminas, almidones cuaternarios, Quitosan y taninos condensados. Lo ideal es la combinación de estaciones químicas de depuración con biológicas, debido a que se obtiene un agua más clarificada y se simplifica el procesado de los lodos. 3. TRATAMIENTOS SECUNDARIOS DE EFLUENTES LÍQUIDOS Los tratamientos secundarios se basan en métodos mecánicos y biológicos combinados para la depuración de las aguas residuales y se suelen utilizar a continuación de los tratamientos primarios. En general, los principales objetivos de los tratamientos secundarios es coagular y remover los sólidos coloidales no sedimentables, y estabilizar la materia orgánica. En estos tratamientos, además de la operación física de cribado y sedimentación, ocurren procesos biológicos que son los encargados de digerir el material orgánico y CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 14 - convertirlo en células o tejido celular, y obteniendo como subproducto dióxido de carbono y agua. Según la calidad y características del efluente a tratar, el proceso biológico de conversión presenta diferentes variantes con el objetivo de hacer más versátil dicho tratamiento. Así, es posible obtener una remoción de un 80-95% de la DBO original presente en el efluente. En la Figura 16 se muestra la disminución de la DBO en tres reactores anaerobios. Figura 16. Disminución de DBO en diferentes reactores anaerobios. En el caso particular de los efluentes de origen industrial, frecuentemente contienen sustancias que son tóxicas a los microorganismos que llevan a cabo el proceso biológico de estabilización de la materia orgánica. En este caso, se debe realizar un pretratamiento a dicho efluente, con el fin de remover las sustancias tóxicas. Los tratamientos biológicos se distinguen por su amplia capacidad y fiabilidad para la generación de un efluente de buena calidad. Sin embargo, se pueden nombrar las siguientes desventajas de la aplicación de estos tratamientos: CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 15 - - Posibilidad de afección o inhibición de la acción biológica por vertidos de origen industrial. - Baja flexibilidad para adaptación a condiciones de sobrecargas bruscas o transitorias, disminuyendo la calidad del efluente tratado. - Baja velocidad de respuesta. 3.1. LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Estas lagunas reciben afluentes de diferentes tipos, entre los que se encuentran aguas residuales sin tratar: afluentes con previa sedimentación, procedentes de tratamientos secundarios, afluentes mixtos, con materia orgánica de origen industrial y aguas residuales domésticas. Se utilizan extensamente en comunidades rurales o pequeñas, debido a su flexibilidad, bajo costo de inversión, operación y mantenimiento. Una laguna de estabilización, es un espacio confinado, excavado e impermeabilizado, con dispositivos de entrada y de salida, donde se embalsa el agua residual con un flujo continuo y unos tiempos de retención variables en función del tipo de efluente. Estas lagunas se caracterizan por una profundidad entre 0,5 y 4 m, y tienen como finalidad estabilizar la materia orgánica presente en las aguas residuales. La depuración en las lagunas de estabilización se produce a través de la decantación y la actividad bacteriana con acciones simbióticas de algas y otros organismos, que permiten que se establezcan cadenas tróficas y redes de competencia que permiten la eliminación de gran cantidad de microorganismos patógenos que se encuentran presentes en las aguas residuales. Cuando el agua residual ingresa en la laguna de estabilización ocurre en forma espontánea un proceso de autopurificación o estabilización natural, en el que tienen lugar fenómenos de tipo físico, químico y biológico. Mediante los fenómenos físicos se produce remoción de materia suspendida. Los cambios químicos en el agua mantienen las condiciones adecuadas CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 16 - para que los organismos puedan realizar la estabilización, transformación y remoción de contaminantes orgánicos biodegradables y, en algunos casos, nutrientes. Para asegurarse el adecuado funcionamiento de la laguna de estabilización, se deben analizar parámetros de carga orgánica, contaminación microbiológica y sólidos totales sedimentables, en suspensión y disueltos. El parámetro utilizado para evaluar la carga orgánica es la DBO, mientras que se utiliza el número más probable de coliformes fecales (NMP CF/100 ml) para la contaminación microbiológica. Uno de los problemas a considerar en las lagunas de estabilización es la producción de algas, cuando dicho crecimiento es excesivo. Inclusive, se da el caso de que la gran producción de biomasa vegetal, causa una DBO mayor en el agua tratada que en el efluente, si se considera la biomasa de algas como parte integral del efluente de las aguas residuales procesadas. Por otra parte, los sólidos sedimentados se acumulan y reducen gradualmente la altura útil de la laguna, por ello es necesario construir lagunas en paralelo, para permitir que a la primera pueda realizarse mantenimiento, mientras que trabaja la segunda. A continuación, se detallan las ventajas y desventajas de este tipo de tratamiento de efluentes: Ventajas Desventajas Bajo consumo de energía y costo de Altos requerimientos de área. operación. Bajo capital de inversión, especialmente Efluente con elevado contenidos de algas en los costos de construcción. que al ser descargado en los cursos de agua disminuye la calidad de los mismos. Esquemas sencillos de flujo. Su funcionamiento depende de las condiciones ambientales tales como la temperatura, irradiación solar, velocidad del viento, etc., que son propiedades aleatorias. Equipo y accesorios simples y de uso Generación de olores desagradables y común. deterioro de la calidad del efluente por sobrecargas de contaminantes, bajo ciertas condiciones climáticas. Operación y mantenimiento simple. Contaminación de acuíferos por CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 17 - infiltración, particularmente en lagunas construidas sobre suelos arenosos. Remoción eficiente de bacterias Altos requerimientos de área. patógenas, protozoarios y huevos y larvas de invertebrados Disposición del efluente por evaporación, infiltración en el suelo o riego. Permite la remoción de nutrientes. Empleo como tanque de regulación de agua de lluvia o de almacenamiento del efluente para reúso. Las lagunas de estabilización pueden clasificarse como Primarias, cuando reciben el agua residual cruda; Secundarias, cuando reciben efluentes de otros procesos de tratamiento; o de Maduración, cuando su propósito fundamental es reducir el número de organismos patógenos o su empleo en cultivo de peces. De acuerdo con el contenido de oxígeno, las lagunas de estabilización pueden ser clasificadas como: Aeróbicas, Facultativas o Anaeróbicas. Cuando se utilizan lagunas anaeróbicas, luego el efluente debe ser tratado en lagunas aerobias o facultativas, para asegurarse que se alcanzan los niveles de vertidos permitidos. En la tabla 2 se resume la capacidad de tratamiento de cada una de las lagunas según la carga orgánica. Tabla 2. Capacidad de tratamiento de las diferentes tipos de lagunas. Tipo de laguna Carga orgánica Aeróbica <300 kg de DBO/ha/día Facultativa 300 y 500n kg de DBO/ha/día Anaeróbica >1000 kg de DBO/ha/día CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 18 - 3.1.1. Lagunas Aerobias Antes de ingresar a la laguna aerobia, el efluente debe haber sido previamente tratado mediante decantación primaria. El rendimiento de este sistema puede ser de hasta 75 gr DBO5/ día equivalente a 1.500.000 gr DBO5/día/ha. Estas lagunas consisten en estanques poco profundos, entre 0,5 y 1,5 m, donde los microorganismos se encuentran en suspensión y prevalecen condiciones aerobias, por lo que estas lagunas requieren gran aporte de oxígeno disuelto para la actividad bacteriana (Figura 16). En las lagunas aerobias es frecuente la adición de aire mediante aireadores superficiales o mediante turbos agitadores, con el objetivo de obtener valores de oxígeno disuelto mayor a 0,5 mg/L de líquido a tratar (Figura 17). Figura 16. Laguna Aerobia. Figura 17. Laguna Aerobia aireada. En los procesos aerobios participan bacterias aerobias o facultativas; el dióxido de carbono y los nutrientes liberados por las bacterias es utilizado por las algas para la fotosíntesis. Éstas, a su vez, producen más oxígeno que facilita la actividad de las bacterias aerobias. De esta forma, existe una simbiosis entre las bacterias y las algas, constituyendo el componente fundamental del proceso y facilitando la estabilización aerobia de la materia orgánica. Las bacterias que realizan la conversión de la materia orgánica en las lagunas pertenecen a los géneros Pseudomonas, Zoogloea, CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 19 - Achromobacter, Flavobacteria, Nocordia, Mycobacteria, Nitrosomas y Nitrobacter. Además, de las algas y las bacterias, también se encuentran protozoarios y rotíferos que ayudan a mejorar la calidad del efluente al alimentarse de las bacterias. 3.1.2. Lagunas Facultativas Las lagunas facultativas son la variación más importante en la depuración de aguas residuales en este tipo de tratamiento, caracterizándose por una profundidad entre 1,5 y 2 m. Maneja cargas orgánicas de entre 55 y 200 kg DBO/día/ha, con un tiempo de retención de entre 5 y 30 días. Estas lagunas pueden utilizarse como única etapa de depuración o como laguna de afinamiento del efluente ya tratado en pasos anteriores. En las lagunas facultativas se pueden distinguir tres zonas: la zona superficial, zona intermedia y zona del fondo (Figura 18). Figura 18. Laguna Facultativa. En la zona superficial las bacterias y algas coexisten simbióticamente como en las lagunas aerobias. Las bacterias utilizan el oxígeno disuelto en el agua para transformar la materia orgánica en CO2, para completar el proceso es necesario que el agua contenga nitrógeno amoniacal y fosfatos. Las bacterias se reproducen y se incorporan CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 20 - al proceso, las células muertas sedimentan y forman parte de los lodos que se degradan de forma anaerobia. El CO2 generado por las bacterias es utilizado por las algas en presencia de la luz solar para generar más algas y oxígeno molecular que será aprovechado por las bacterias aerobias. En la zona intermedia, parcialmente anaerobia, se produce la descomposición de la materia orgánica mediante bacterias aerobias, anaerobias y facultativas. Los sólidos presentes en el agua residual tienden a sedimentarse y acumularse en el fondo de la laguna donde se forma un estrato de lodo anaerobio. Esta zona se caracteriza por una degradación en ausencia de oxígeno; la materia orgánica es transformada, por acción de las bacterias anaerobias, en compuestos intermedios como ácidos orgánicos, y finalmente en compuestos más simples, como metano, dióxido de carbono, nitrógeno amoniacal y ácido sulfhídrico. El ácido sulfhídrico es uno de los gases más ofensivos que se producen en las aguas residuales en condiciones anaerobias, resultado de la reacción en condiciones reductoras del azufre presente en la materia orgánica. Para que este gas no se emita al medio ambiente y se presenten malos olores, el azufre se deberá oxidar a sulfato (SO 42 ) en la zona facultativa o aeróbica de la laguna. También, en esta región aerobia el amoníaco gaseoso, que se forma por descomposición de la materia orgánica, es convertido inicialmente a nitritos (NO2-) y posteriormente a nitratos (NO3-), evitando la emisión de gas amoníaco (NH3) que tiene como característica un olor desagradable. Estos sistemas facultativos aumentan su eficacia mediante reciclados de los efluentes y la instalación de cadena de lagunas, y presentan como desventajas la proliferación de olores y la necesidad de superficies extensas para su instalación. En la Tabla 3 se muestra la variación de parámetros medidos en el efluente bruto y posterior a su tratamiento. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 21 - Tabla 3. Resumen de valores medios de las características del efluente bruto y efluentes de lagunas. 3.1.2.1. Laguna facultativa aireada Dentro de las lagunas facultativas, se encuentra un caso particular en la que la laguna es oxigenada por medio de aireadores mecánicos superficiales, aunque tienen mayor costo de inversión. La aireación puede ser baja o intensa, por lo que se tendrá lagunas de mezclado parcial o de mezclado completo, según sea el caso. En las primeras, la agitación no es tan intensa, por lo que casi todos los sólidos se encuentran en el fondo del depósito y la aireación mecánica únicamente se efectúa en los estratos superiores de la laguna. En cambio, en las lagunas de mezclado completo, al suministrarle una agitación intensa, los sólidos que inicialmente sedimentan se encuentran en suspensión en el proceso de digestión microbiana. La mayor cantidad de sólidos suspendidos limita el crecimiento de bacterias y algas fotosintéticas, promoviendo un ambiente con mayor grado de anaerobiosis. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 22 - Al igual que en las lagunas facultativas convencionales, al paso del tiempo estas se llenan de sólidos sedimentados y deberán limpiarse o renovarse por nuevas lagunas después de cinco o diez años de operación. 3.1.3. Lagunas Anaerobias Las lagunas anaerobias son estanques profundos, entre 2 y 4 m, con baja relación de superficie/volumen (Figura 19). El rendimiento de depuración de este tipo de lagunas es del orden del 40% hasta el 50%. El tiempo de tratamiento se estima entre 2 y 30 días dependiendo de la climatología y condiciones del vertido. Este tipo de lagunas son recomendables y se emplean cuando la carga orgánica de las aguas residuales es muy alta y se dispone de superficie abundante para construir lagunas y mantenerlas alejadas de los centros de población. En general, se tienen condiciones aerobias en la superficie de la laguna, pero la mayor parte del tiempo las condiciones anaerobias persisten en toda la laguna. Estas reciben altas cargas orgánicas, por lo que la actividad fotosintética de las algas es suprimida. Figura 19. Laguna Anaerobia. En estas condiciones, el mecanismo de degradación se produce en dos etapas, simultáneas, que dependen del desarrollo de dos grupos específicos de bacterias. La primera etapa, de fermentación ácida, es llevada a cabo por bacterias formadoras de CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 23 - ácidos orgánicos, que convierten sustancias orgánicas en compuestos orgánicos más simples y ácidos orgánicos. Estos productos de degradación ácida son sustrato para las bacterias metanogénicas, que convierten el material a metano y dióxido de carbono, que arrastrarán la materia sólida hacia la superficie. Este último grupo de bacterias, son muy sensibles a variables como pH y temperatura. En este tratamiento, es común la formación de sulfuros que generan olores desagradables, y por ello deben mantenerse alejadas de las zonas urbanas. Como se mencionó al comienzo del apartado, es necesario acompañar a estas lagunas por un sistema de lagunas aeróbicas y facultativas, para asegurarse la calidad del efluente. En la Figura 20 se muestra un esquema del tratamiento de efluentes cloacales mediante sistemas de lagunas. Figura 20. Sistema de lagunas para el tratamiento de efluentes cloacales. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA - Buchanan, J. & Seabloom, R. 2004. Aerobic treatment of wastewater and aerobic treatment units.University Curriculum Development for Decentralized Wastewater Management.27 p. - Chobanoglous, G., Burton, F. L. &Stensel, H. D. 2003. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, 4a Edición. Metcalf& Eddy, Nueva York. pp. 890/930. - LotharHess, M. Tratamientos preliminares. CETESB. Brasil. CURSO SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS - 24 - - Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Diseño de lagunas de estabilización. 2007. Comisión Nacional del Agua. México. - Manual de depuración de aguas residuales urbanas. Alianza por el agua. Monográficos agua en Centroamérica. 264 p. - Moncagatta, A. Gestión Ambiental de los efluentes líquidos del agro y de la industria. - Peñuela, G. &Morató, J. 2014. Manual de tecnologías sostenibles en tratamiento de aguas. 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