Capitulo1

Tratamiento de Aguas Residuales en Pequeas Comunidades.

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CAPTULO I. FOSAS SPTICAS.

1.1 GENERALIDADES.

Las fosas spticas se utilizan por lo comn para el tratamiento de las aguas

residuales de familias que habitan en localidades que no cuentan con servicio de

alcantarillado o que la conexin al sistema de alcantarillado les resulta costosa por

su lejana. El uso de tanques spticos se permite en localidades rurales, urbanas y

urbano-marginales.

Uno de los principales objetivos del diseo de la fosa sptica es crear dentro de esta

una situacin de estabilidad hidrulica, que permita la sedimentacin por gravedad

de las partculas pesadas. Los slidos sedimentables que se encuentren en el agua

residual cruda forman una capa de lodo en el fondo del tanque sptico.

Las grasas, aceites y dems material ligero tienden a acumularse en la superficie

donde forman una capa flotante de espuma en la parte superior y la capa de lodo

sedimentado en el fondo. El lquido pasa por el tanque sptico entre dos capas

constituidas por la espuma y los lodos.

La materia orgnica contenida en las capas de lodo y espuma es descompuesta por

bacterias anaerobias, y una parte considerable de ella se convierte en agua y gases

ms estables como dixido de carbono, metano y sulfuro de hidrgeno. El lodo que

se acumula en el fondo del tanque sptico esta compuesto sobre todo de hilachas

provenientes del lavado de prendas y de lignina, la cual hace parte de la

composicin del papel higinico, aunque estos materiales lleguen a degradarse

biolgicamente, la velocidad de descomposicin es tan baja que stas ltimas se

acumulan.


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Las burbujas de gas que suben a la superficie crean cierta perturbacin en la

corriente del lquido. La velocidad del proceso de digestin aumenta con la

temperatura, con el mximo alrededor de los 35C.

El lquido contenido en el tanque sptico experimenta transformaciones bioqumicas,

pero se tiene pocos datos sobre la destruccin de los agentes patgenos. Como el

efluente de los tanques spticos es anaerobio y contiene probablemente un nmero

elevado de agentes patgenos, que son una fuente potencial de infeccin, no debe

usarse para regar cultivos, no descargarse en canales o aguas superficiales sin

permiso de la autoridad sanitaria de acuerdo al reglamento nacional vigente.

Los elementos bsicos de una fosa sptica son: el tanque sptico y el campo de

Oxidacin; en el primero se sedimentan los lodos y se estabiliza la materia orgnica

mediante la accin de bacterias anaerobias, en el segundo las aguas se oxidan y se

eliminan por infiltracin en el suelo.

1.2. UNIDADES DE LAS FOSAS SPTICAS.

Las unidades de una fosa sptica son:

o Trampa de grasa

o Tanque sptico

o Caja de distribucin

o Campo de oxidacin o infiltracin

o Pozo de absorcin

1.2.1 Trampa de grasas.

Se instalan nicamente cuando se eliminan grasas en gran cantidad, como es el

caso de hoteles restaurantes, cuarteles en zonas rurales. Se colocan antes de los

tanques spticos, debern disearse con una tapa liviana para hacer limpieza, la

misma que debe ser frecuente; en lo posible deben ubicarse en zonas sombreadas

para mantener bajas temperaturas en su interior. Para controlar su capacidad se


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considera un gasto de 8 litros por persona y nunca esta capacidad ser menor de

120 litros.

1.2.2. Tanque sptico.

El tanque sptico es la unidad fundamental del sistema de fosa sptica ya que en

este se separa la parte slida de las aguas servidas por un proceso de

sedimentacin simple; adems se realiza en su interior lo que se conoce como

PROCESO SPTICO, que es la estabilizacin de la materia orgnica por accin de

las bacterias anaerobias, convirtindola entonces en lodo inofensivo.

Para calcular la capacidad del tanque sptico se debe conocer el nmero de

usuarios del sistema, luego se adopta un gasto de aguas servidas en trminos de

volumen por persona y por da sugiriendo como una medida un gasto de 150

litros/persona/da y un periodo de recepcin de 24 horas, debindose tomar la

proporcin de esta en caso de no utilizar el sistema el otro da, como es el caso de

escuelas rurales donde el lapso de utilizacin es de 6 a 8 horas diarias. Para

determinar el volumen del tanque sptico se multiplica en nmero de usuarios por el

gasto que

V=nq

Frmula en la que q es el gasto proporcional con relacin a las 24 horas, as si la

escuela rural trabaja 8 horas diarias q ser igual a 8/24 del gasto diario.

1.2.3. Caja de distribucin. Este implemento de la fosa sptica tiene por objeto distribuir el agua servida

procedente del tanque sptico proporcionalmente a cada uno de los ramales del

campo de oxidacin, para lo cual se colocan todas las tuberas de salida a la misma

altura. Se recomienda localizar la tubera de entrada a 5 cm del fondo de la caja y

las tuberas de salida 1 cm del mismo fondo. La forma que se adopte para la caja

depende del terreno que se obtenga para la oxidacin y del nmero de salidas que

se adopten.


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En lo posible el ancho de la caja no exhereda de 45 cm. y la distancia mnima de los

ejes de la tuberas de salida ser 25 cm. Todas las cajas debern estar provistas de

una caja liviana apropiada para realizar limpieza

1.2.4. Campo de oxidacin o infiltracin. En esta unidad de la fosa sptica se consigue oxidar el agua servida y eliminar por

infiltracin. Para lograr un optimo funcionamiento del campo de oxidacin, debe

escogerse el camino, con este objeto realizando una prueba de infiltracin, consiste

en hacer variar excavaciones en el rea determinada, todas estas de 30 x 30 cm. de

seccin por la profundidad proyectada para las zanjas de absorcin (ser menor que

90 cm.). En estos fosos as abiertos se deposita grava fina al fondo de una altura de

5 cm, procedindose luego a llenar con agua hasta una altura de 30 cm. sobre la

grava; 24 horas despus si el agua permanece o no se infiltro totalmente el terreno

es inapropiado para campo de infiltracin, en caso contrario se proceder a llenar el

hoyo hasta 15 cm. de altura midindose el tiempo que demora en infiltrarse este

dividido para 6 nos da la velocidad de absorcin por .0.025m de profundidad, con la

cual se determina la longitud de las tuberas del campo.

1.2.5. Pozo de absorcin. Los pozos de absorcin pueden sustituir o ser complementarios al campo de

oxidacin. Un pozo de absorcin consiste en excavaciones de ms o menos un

dimetro y profundidad variable. En estos el agua se infiltra por paredes y piso que

debern ser tomados permeables, se recomienda llenar de grava a la altura

aproximada de 1m para lograr una buena distribucin de agua al fondo.


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1.3. CARACTERSTICAS DEL TANQUE SPTICO.

1) La relacin largo-ancho del rea superficial del tanque sptico deber estar

comprendida entre 2:1 a 5:1.

2) El espacio libre entre la capa superior de nata o espuma y la parte inferior de

la losa de techo el tanque sptico no ser menor a 0.30m. se deber

considerar que un tercio de la altura de la nata se encontrara por encima del

nivel del agua.

3) El ancho del tanque sptico no deber ser menor de 0.60m y la profundidad

neta menor a 0.75m.

4) El dimetro mnimo de las tuberas de entrada y salida del tanque sptico

ser de 0.10m y 0.75m respectivamente.

5) El nivel de al tubera de salida del tanque sptico deber estar situado a

0.05m por debajo de la tubera de entrada del tanque sptico.

6) Los dispositivos de entrada y salida del agua residual al tanque sptico

estarn constituidos por tees o pantallas.

7) Cuando se usen pantallas, estas debern estar distanciados de las paredes

del tanque a no menos de 0.20m ni mayor a 0.30m.

8) Cuando el tanque tenga ms de una cmara, las interconexiones entre las

cmaras consecutivas se proyectaran de tal forma que evite el paso de natas

y lodos al ao horizonte del proyecto.

9) El fondo de los tanques spticos tendr pendiente de 2% orientada hacia el

punto de ingreso de los lquidos.

10) En los casos en que el terreno lo permita, se colocara una tubera de 0.15m

de dimetro para el drenaje de lodos, cuyo extremo se ubicara a 0.10m por

encima de la seccin mas profunda del tanque sptico. La tubera estar

provista de vlvula de tipo compuerta y la carga de agua sobre el mismo no

deber ser menos a 1.80m.


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1.4. CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA.

El ingeniero responsable del proyecto, debe tener en claro las ventajas y

desventajas que tiene el emplear el tanque sptico par el tratamiento de las aguas

residuales domesticas, antes de decidir emplear esta unidad en una determinada

localidad.

1.4.1. Ventajas.

Apropiado para comunidades rurales, edificaciones, parques y moteles. Limpieza no frecuente. Tiene un bajo costo de construccin y operacin. Mnimo grado de dificultad en operacin y mantenimiento si se cuenta con

infraestructura de remocin de lodos.

1.4.2. Desventajas.

Uso limitado para un mximo de 350 habitantes. Tambin de uso limitado a la capacidad de infiltracin del terreno que permita

disponer adecuadamente los efluentes en el suelo.

Requiere facilidades para la remocin de lodos (bombas, camiones con bombas de vaco).

1.5. PRINCIPIOS DE DISEO DE UN TANQUE SPTICO. Los principios que han de orientar el diseo de un tanque sptico son los siguientes:

1. Prever un tiempo de retencin de las aguas servidas, en el tanque sptico,

suficiente para la separacin de los slidos y la estabilizacin de los lquidos.

2. Prever condiciones de estabilidad hidrulica para una eficiente sedimentacin

y flotacin de slidos.


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3. Asegurar que el tanque sea lo bastante grande para la acumulacin de los

lodos y espuma.

4. prevenir las obstrucciones y asegurar la adecuada ventilacin de los gases.

1.6. DISEO DE UN TANQUE SPTICO. Para el diseo del tanque sptico es necesario dominar los siguientes aspectos:

1) Tiempo de retencin hidrulica del volumen de sedimentacin.

2) Volumen de sedimentacin.

3) Volumen de almacenamiento de lodos.

4) Volumen de natas.

5) Espacio de seguridad.

1.6.1. Tiempo de retencin hidrulica del volumen de sedimentacin: Ser calculado mediante la siguiente formula.

Pr = 1.5 0.3*log (P*q)

Donde:

PR= tiempo promedio de retencin en das.

P = poblacin.

q = caudal de aporte unitario de aguas residuales en lts/hab.dia

En ningn caso, el tiempo de retencin deber ser menor a seis horas.

1.6.2. Volumen de sedimentacin Ser calculado mediante la formula siguiente:

Vs = 10-3 x (P*q) x Pr

Donde:

Vs = volumen de sedimentacin en m3


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1.6.3. Volumen de almacenamiento de lodos Ser calculado mediante el empleo de la formula siguiente:

Vd= G x P x N x 10-3

Donde:

Vd= volumen de almacenamiento de lodos en m3

G= volumen de lodos producidos por persona y por ao en lts.

N= intervalo de limpieza o retiro de lodos en aos.

1.6.4. Volumen de natas.

Como valor normal se considera un volumen mnimo de 0.7 m3

1.6.5. Espacio de seguridad: Las distancia entre la parte inferior del ramal de la tee de salida y la superficie

inferior de la capa de natas no deber ser menor a 0.10 m

1.7. CONSIDERACIONES DE DISEO.

Las principales consideraciones que se deben tener en cuenta para el diseo y

operacin de tanques spticos son:

1. Su configuracin.

2. Su integridad estructural.

3. Su impermeabilizacin

4. Su tamao.

5. El empleo de grandes tanques spticos.

6. La programacin de inspecciones.

7. La limpieza del tanque sptico (Crites, 2000).


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1.7.1. Configuracin del tanque. La mayora de los tanques spticos construidos en concreto son rectangulares,

cuentan de un deflector que divide el tanque y con puntos de acceso que permiten la

inspeccin y limpieza. La primera cmara ocupa aproximadamente las dos terceras

partes del volumen total del tanque. No obstante, el uso de tabiques divisores en

tanques spticos es ms de carcter histrico que cientfico. La ubicacin de

tabiques divisores limita el rea superficial disponible para la acumulacin de lodos y

espuma. Una forma ms racional para usar el tabique divisor consiste en ubicarlo

longitudinalmente para mejorar la remocin de slidos y nos permite aumentar la

integridad estructural del tanque (Crites, 2000).

1.7.2. Integridad estructural del tanque.

El desempeo que puede lograrse con un tanque sptico a largo plazo depende

directamente de su integridad estructural. La integridad estructural de un tanque

sptico construido en concreto depende del mtodo de construccin, del tipo de

refuerzo en acero y de la composicin de la mezcla del concreto. Para lograr una

mxima integridad estructural, las paredes y el fondo del tanque deben ser fundidos

monolticamente, y la cubierta se debe fundir en el sitio, utilizando el refuerzo en

acero que sobresale de los muros. En algunos casos se utiliza un sello hidrulico

entre los muros y la cubierta. Se debe de evitar colocar la cubierta sobre el tanque

puesto que se pueden presentar separaciones cuando ocurren asentamientos

diferenciales (Crites, 2000).

1.7.3. Prueba de permeabilidad.

Los tanques impermeabilizados son necesarios para la proteccin tanto del medio

ambiente como de las instalaciones de tratamiento o vertido, dispuestas a

continuacin del tanque sptico.


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La comprobacin de impermeabilidad e integridad estructural se debe realizar para

cada uno de los tanques llenndolos con agua antes y despus de su instalacin, las

pruebas hidrostticas se realizan en el lugar de fabricacin llenando el tanque con

agua y aguardando 24 horas, si no presentan fugas de agua despus de dicho

tiempo, el tanque es aceptado. En el caso de que presenten prdidas totales

superiores a 1 galn de agua, el tanque es rechazado (Crites, 2000).

1.7.4. Tamao del tanque. Para calcular la capacidad del tanque sptico se deber conocer el numero de

personas que sern usuarios del sistema, adems se dan una serie de

recomendaciones para que stos alcancen un eficiente desempeo con respecto a

la remocin de DBO, SST y aceites y reduzcan la frecuencia de bombeo de los

contenidos del tanque al exterior.

Una o dos habitaciones 1000 gal

Tres habitaciones 1500 gal

Cuatro habitaciones 2000 gal

Mas de cuatro habitaciones pedir asesora

Otra razn para usar tanques grandes estriba en la dificultad de ampliar el tamao

del tanque existente cuando la vivienda cambia de propietario o es ampliada (Crites,

2000).

1.7.5. Empleo de grandes tanques spticos. A pesar de que los tanques spticos son usados principalmente para residencias y

dems instalaciones de comunidades aisladas, los tanques spticos de gran tamao

han servido tambin como sistemas de tratamiento de residuos lquidos

provenientes de grupos de hogares, e incluso pequeas comunidades. En general,

los tanques spticos de gran tamao se disean como reactores de flujo pistn.


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Una regla comn de diseo establece que la capacidad volumtrica de estos

tanques debe ser aproximadamente igual a 5 veces el caudal promedio (Crites,

2000).

1.7.6. Inspeccin. La inspeccin del tanque se realiza una o dos veces al ao y contempla lo siguiente:

Impermeabilidad del tanque. Revisin del ingreso de aguas extraas al tanque. Revisin de empaques en las conducciones, que conectan el tanque sptico

con el sistema de disposicin en campos de infiltracin.

Revisin de la acumulacin de lodo y espuma.

Las capas de lodo y espuma se pueden medir con ayuda de elementos. Para medir

el espesor de la capa de espuma se utiliza una vara en forma de L, la cual se

empuja a travs de la capa de espuma hasta alcanzar el fondo de la misma. El

espesor de la capa se determina al leer la escala de la vara. Para medir el espesor

de la capa de lodo se utiliza el ensayo de extincin de la luz. Tal prueba consiste en

sumergir una fuente luminosa en el interior del tanque, la fuente de luz se puede

observar mientras atraviesa la columna de agua, ya que cuando alcanza la capa de

lodo se extingue (Crites, 2000).

1.8. MANTENIMIENTO DEL TANQUE SPTICO. Dado que los tanques spticos se encuentran enterrados y por tanto no estn a la

vista, las personas olvidan que estos sistemas necesitan mantenimiento peridico.

Con frecuencia, los residentes de zonas pobladas que cuentan con red de

alcantarillado por gravedad se reubican en zonas que utilizan tanques spticos,

suponiendo entonces que pueden descargar cualquier material y cualquier cantidad


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de volumen de agua dentro del sistema, como lo hacan cuando contaban con la red

de alcantarillado. Sin embargo, los sistemas de tanque sptico sometidos a estas

condiciones se pueden ver afectados por la descarga de algunos constituyentes, ya

que su capacidad de manejo de caudal es finita.

El abuso de dichos sistemas ocasiona inevitables fallas, creando condiciones

indeseables y posibles riesgos para la salud (Crites, 2000).

Para que el sistema sptico siga tratando el agua residual eficazmente, necesitara

bombear el tanque peridicamente. Con el uso, el sistema sptico acumula lodo en

el fondo de la fosa sptica. A medida que el nivel de lodo aumenta, las aguas negras

permanecen en el tanque menos tiempo, y es ms probable que los slidos se

escapen al rea de absorcin.

Si el lodo se acumula por mucho tiempo, no se lleva acabo el asentamiento, el agua

residual se va directamente al rea del campo de absorcin, y muy poca se podr

tratar. Las fosas de buen tamao generalmente tienen suficiente espacio para

acumular lodo por lo menos 3 aos. La frecuencia con que hay que bombear la fosa

depende de:

La capacidad de la fosa sptica. La cantidad de aguas negras que entran a la fosa. La cantidad de slidos en las aguas negras.

Otra tarea de mantenimiento que debe realizar peridicamente para evitar que el

sistema se obstruya es limpiar el filtro de efluente. Ya que los campos de absorcin

deben estar protegidos contra los slidos y la lluvia. Si no bombea la fosa, los

slidos pueden entrar al campo de absorcin. El agua de lluvia que cae de los

techos o de las reas de concreto deben drenarse de alrededor del campo de

absorcin para evitar que el campo se llene de agua. Los campos de absorcin que

estn saturados de aguas de lluvia no pueden aceptar aguas negras. Si siembra

csped de clima fro sobre el campo de absorcin de en el invierno ayudara a

eliminar el agua de la tierra y a mantener es sistema funcionando apropiadamente.


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1.9. RECOMENDACIONES.

Utilice agua de manera conservadora para no saturar el sistema sptico.

Evitar tener compuestos como acetona, aceites, alcohol o lquidos en seco del tanque sptico, pues no se descomponen fcilmente.

Nunca utilizar cerillos o antorchas para inspeccionar un tanque sptico.

Cuando se haga la limpieza no se debe extraer la totalidad de los lodos, dejar un volumen que sirva de semilla.

No se debe de lavar ni desinfectar el tanque despus de la extraccin de lodos. La adicin de desinfectantes u otras sustancias

qumicas perjudican su funcionamiento, por lo que no se

recomienda su empleo.

Los lodos extrados deben ser con cal para su manejo, transportacin y ser dispuestos adecuadamente, pueden ser en

zanjas de unos 60 cms de profundidad).

Las fosas spticas que se abandonan o clausuren, deben rellenarse con tierra o piedra.

Tratamiento de Aguas Residuales en Pequeas comunidades.

CAPTULO III. HUMEDALES.

3.1 GENERALIDADES.

Los humedales son reas que se encuentran saturadas por aguas superficiales o

subterrneas con una frecuencia y duracin tales, que sean suficientes para

mantener condiciones saturadas. Suelen tener aguas con profundidades inferiores a

60 cm. con plantas emergentes como espadaas, carrizos y juncos. La figura 10

presenta un esquema de un humedal tpico. La vegetacin proporciona superficies

para la formacin de pelculas bacterianas, facilita la filtracin y la absorcin de los

constituyentes del agua residual, permite la transferencia de oxgeno a la columna

de agua y controla el crecimiento de algas al limitar la penetracin de luz solar.

Figura 10. Vegetacin de humedales.(2)

Los humedales tienen tres funciones bsicas que los hacen tener un atractivo

potencial para el tratamiento de aguas residuales; estas son:

Fijar fsicamente los contaminantes en la superficie del suelo y la materia orgnica.

Utilizar y transformar los elementos por intermedio de los microorganismos.

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Lograr niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de energa y bajo mantenimiento.

Existen dos tipos de sistemas de humedales artificiales desarrollados para el

tratamiento de agua residual; los sistemas de flujo libre (FWS) y sistemas de flujo

subsuperficial (SFS). En los casos en que se emplean para proporcionar tratamiento

secundario o avanzado, los sistemas de flujo libre suelen consistir en balsas o

canales paralelos con la superficie del agua expuesta a la atmsfera y el fondo

constituido por suelo relativamente impermeable o con una barrera subsupeficial,

vegetacin emergente, y niveles de agua poco profundos entre 0.1 y 0.6 m

3.1.1. Sistemas de flujo libre (FWS).

El nivel de agua est sobre la superficie del terreno, la vegetacin est sembrada y

fija y emerge sobre la superficie del agua, el flujo de agua es principalmente

superficial.

Figura 11. Vegetacin de sistema de flujo libre.(2)

El agua residual normalmente se alimenta en forma continua y el tratamiento se

produce durante la circulacin del agua a travs de los tallos y races de la

vegetacin emergente. Los sistemas de flujo libre tambin se pueden disear con el

objetivo de crear nuevos hbitats para la fauna y flora o para mejorar las condiciones

de pantanos naturales prximos. En esta clase de sistemas suelen incluir

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combinaciones de espacios abiertos y zonas vegetadas e islotes con la vegetacin

adecuada para proporcionar habitats de cra para aves acuticas.

3.1.2. Sistemas de flujo subsuperficial (SFS).

El nivel del agua esta por debajo de la superficie del terreno, el agua fluye a travs

de la cama de arena o grava, las races penetran hasta el fondo de la cama.

Figura 12. Vegetacin de sistema de flujo subsuperficial.(2)

Los sistemas sub-superficiales se disean con el objeto de proporcionar tratamiento

secundario a avanzado y consisten en canales o zanjas excavadas y rellenos de

material granular generalmente grava en donde el nivel de agua se mantiene por

debajo de la superficie de grava.

Figura 13. Seccin transversal de un sistema de flujo subsuperficial.(2)

El concepto de sistemas subsuperficiales tiene varias ventajas. Existe la creencia

que las relaciones biolgicas en ambos tipos de pantanos se deben al crecimiento

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de organismos. El lecho de grava tendr mayores tasas de reaccin y por lo tanto

puede tener un rea menor. Como el nivel del agua est por debajo de la superficie

del medio granular no est expuesto, con lo que se evitan posibles problemas de

mosquitos que pueden llegar a presentarse en sistemas de flujo libre en algunos

lugares. Tampoco representan inconvenientes con el acceso de pblico, as como se

evitan problemas en clima fros, ya que esta capa presta una mayor proteccin

trmica.

Es improbable que un sistema sub-superficial sea competitivo desde el punto de

vista de costos, frente a un sistema de flujo libre para pequeas comunidades y

caudales, pero ste siempre depender de los costos de la tierra, el tipo de

impermeabilizacin que se requiera y del material empleado.

Adems del tratamiento de las aguas residuales municipales, los humedales han

sido utilizados por una variedad de industrias, escorrenta de aguas agrcola y de

lluvias, lixiviados de vertederos, rebose de alcantarillados combinados, drenaje de

minas y aguas residuales domesticas en pequeos pantanos.

En cuanto a rendimiento de los pantanos, se puede decir que pueden tratar con

eficiencia de niveles altos de BDO5, slidos suspendidos y nitrgeno (rendimientos

superiores al 80%). En cambio el fsforo tiene una eliminacin mnima en estos

sistemas. Las mismas especies vegetales se usan en los dos tipos de pantanos

artificiales.

3.2. COMPONENTES DEL HUMEDAL.

Los humedales construidos consisten en agua, substrato, y la mayora normalmente,

plantas emergentes. Otros componentes importantes de los humedales, son las

comunidades de microorganismos y los invertebrados acuticos.


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3.2.1. Agua. Es probable que se formen pantanos en donde se acumule una pequea capa de

agua sobre la superficie del terreno y donde exista una capa de subsuelo

relativamente impermeable que prevenga la filtracin del agua en el subsuelo. Estas

condiciones pueden crearse para construir un pantano casi en cualquier parte,

modificando la superficie del terreno para que pueda recolectar agua y sellando la

cubeta para retener agua.

La hidrologa es el factor de diseo mas importante en un humedal construido

porque rene todas las funciones del humedal y porque es a menudo el factor

primario en el xito o fracaso del humedal. Mientras la hidrologa de un humedal

construido no es muy diferente que la de otras aguas superficiales y cercanas a

superficie, difiere en aspectos importantes:

Pequeos cambios en la hidrologa pueden tener efectos en un pantano y en la efectividad del tratamiento.

Debido a rea del agua y su poca profundidad, es sistema acta reciproca y fuertemente con la atmsfera a travs de la lluvia y la evapotranspiracin (la

perdida combinada de agua por evaporacin de la superficie de agua y

perdida a travs de la transpiracin de las plantas).

La densidad de la vegetacin e un pantano afecta fuertemente su hidrologa, primero, obstruyendo caminos de flujo siendo sinuoso el movimiento del agua

a travs de la red de tallos, hojas, races, y segundo, bloqueando la

exposicin al viento y al sol.

3.2.2 Sustratos, sedimentos y restos de vegetacin.

Los sustratos en los humedales construidos incluyen suelo, arena, grava, roca.

Sedimentos y restos de vegetacin se acumulan en el pantano debido a la baja

velocidad del agua y a la alta productividad tpica de estos sistemas. El sustrato,

sedimentos y los restos de vegetacin son importantes por varias razones:


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Soportan a muchos de los organismos vivientes en el pantano. La permeabilidad del substrato afecta el movimiento del agua a travs del

pantano.

Muchas transformaciones qumicas y biolgicas (sobre todo microbianas) tienen lugar dentro del substrato.

El substracto proporciona almacenamiento para muchos contaminantes. La acumulacin de restos de vegetacin aumenta la cantidad de materia

orgnica en el pantano. La materia orgnica da lugar al intercambio de

materia, la fijacin de microorganismos, y es una fuente de carbono, que es la

fuente de energa para algunas de las ms importantes reacciones biolgicas

en el pantano.

3.2.3. Vegetacin.

El mayor beneficio de las plantas es la transferencia de oxgeno a la zona de la raz.

Su presencia fsica en el sistema (los tallos, races, rizomas) permite la penetracin a

la tierra o medio de apoyo y transporta el oxigeno de manera mas profunda, de lo

que llegara naturalmente a travs de la sola difusin. Lo mas importante en los

pantanos de flujo libre es que las porciones sumergidas de las hojas y tallos muertos

se degradan y se convierten en lo que hemos llamado restos de vegetacin, que

sirven como substracto para el crecimiento de la pelcula microbiana fija que es la

responsable de gran parte del tratamiento que ocurre.

Las plantas emergentes contribuyen al tratamiento del agua residual y escorrenta

de varias maneras:

Estabilizan el substracto y limitan la canalizacin del flujo. Dan lugar a velocidades de agua bajas y permiten que los materiales

suspendidos se depositen.

Toman el carbono, nutrientes, y elementos de traza y los incorporan a los tejidos de la planta.


Transfieren gases entre la atmsfera y los sedimentos. El escape de oxgeno desde las estructuras subsuperficiales de las plantas,

oxigena otros espacios dentro del substracto.

El tallo y los sistemas de la raz dan lugar a sitios para la fijacin de microorganismos.

Cuando mueren y se deterioran dan lugar a restos de vegetacin.

Figura 14. Esquema tpico de una planta emergente.

Tabla 3. Especies mas utilizadas en depuracin de aguas residuales

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3.2.4. Microorganismos.

Una caracterstica fundamental de los pantanos es que sus funciones son

principalmente reguladas por los microorganismos y su metabolismo. Los

microorganismos incluyen bacterias, levaduras, hongos y protozoarios. La biomasa

microbiana consume gran parte del carbono orgnico y muchos nutrientes.

La actividad microbiana:

Transforma un gran nmero de sustancias orgnicas e inorgnicas en sustancias inocuas o insolubles.

Altera las condiciones de potencial redox del substrato y as afecta la capacidad del proceso del pantano.

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Esta involucrada en el reciclaje de nutrientes.

Algunas transformaciones microbianas son aerobias (es decir, requieren oxgeno

libre) mientras otras son anaerbicas (tienen lugar en ausencia de oxgeno libre).

Muchas especies bacterianas son facultativas, es decir, son capaces de funcionar

bajo condiciones aerbicas y anaerbicas en respuesta a los cambios en las

condiciones medioambientales.

Las poblaciones microbianas se ajustan a los cambios en el agua que les llega y se

pueden extender rpidamente cuando se tiene la suficiente energa. Cuando las

condiciones medioambientales no son convenientes, muchos microorganismos se

inactivan y pueden permanecer inactivos durante aos.

La comunidad microbiana de un pantano construido puede ser afectada por

sustancias txicas, como pesticidas y metales pesados y debe tenerse cuidado para

prevenir que tales sustancias se introduzcan en las cadenas trficas en

concentraciones perjudiciales.

3.3. CONSIDERACIONES DE CONSTRUCCIN.

Los aspectos mas importantes a tener en cuenta para la construccin de humedales

son, bsicamente:

1. La impermeabilizacin de la capa subsuperficial del terreno

2. Establecimiento de la vegetacin.

3. Las estructuras de entrada y salida

Las estaciones de bombeo, instalaciones de desinfeccin y tuberas de conduccin

pueden ser tambin necesarias.

3.3.1. Impermeabilizacin.


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Los dos tipos de humedales requieren generalmente que se le coloquen una barrera

impermeable para impedir que se contamine con agua residual el subsuelo o el agua

subterrnea. Algunas veces esta barrera esta presente naturalmente por una capa

de arcilla o por los materiales que se encuentra en in-situ y que pueden ser

compactados hasta un estado cercano al impermeable. Otras posibilidades son los

tratamientos qumicos, una capa de bentonita o de asfalto, o algn tipo de

membrana.

El fondo del humedal debe ser cuidadosamente alisado antes de la colocacin del

impermeabilizante, sobre todo si ste es del tipo de alguna fibra sinttica, que pueda

llegar a perforarse. El terreno que corresponde a la cubierta vegetal debe retirarse

de forma cuidadosa, para que pueda reservarse para ser utilizado en los pantanos

subsuperficiales como base para la vegetacin o usarse despus de la obra. El

fondo debe ser nivelado cuidadosamente de lado a lado del pantano y en la totalidad

de la longitud del lecho. Debe de tener una ligera pendiente para asegurar el

drenaje, de forma que se asegure que se proporcionan las condiciones hidrulicas

necesarias para el flujo del sistema. El gradiente hidrulico que se requiere y el

control del nivel de agua en cada celda se realizan con el dispositivo de salida, que

debe ser regulable. Para este efecto en la figura 5 se ilustra un tipo de dispositivo de

salida.

Durante las operaciones finales de afinacin de la rasante, el fondo del pantano

debera ser compactado de forma similar a como se hace con el subrasente de una

carretera. El propsito es mantener la superficie de diseo durante las subsecuentes

actividades de construccin. Muchos sistemas de pantanos construidos de ambos

tipos, han tenido flujos preferenciales debidos a errores en esta parte de la

construccin. En el caso particular de los pantanos subsuperficiales, los camiones

que transportan la grava pueden ser un problema. Las huellas de los neumticos

sobre el fondo del lecho pueden inducir flujos preferentes permanentes en la

totalidad del sistema. Por tanto, no debe de estar permitido el trfico pesado por el

fondo de las celdas cuando se tengan condiciones climticas de humedad.


41

La membrana impermeabilizante, si se usa, debe de colocarse directamente en la

totalidad de la superficie de la celda. El medio granular en el caso de los pantanos

subsuperficiales, ser colocado directamente sobre la membrana que debe tener las

propiedades mecnicas necesarias para soportarlo sin llegar a perforarse. Para el

caso de los sistemas de flujo libre, la capa superficial del suelo que se reserv

anteriormente, se coloca sobre la membrana, de forma que sirve de base para las

races de la vegetacin.

La seleccin del material granular para el pantano subsuperficial es critica para el

xito del sistema. Puede usarse roca triturada y seca, pero durante el transporte en

los camiones, existe el problema de la segregacin de finos, que mas tarde darn

lugar a posibles atascamientos, por lo que es preferible la utilizacin de piedra

lavada o grava. En la construccin de sistemas subsupefiaciales pueden utilizarse

agregados gruesos de los usados en la fabricacin de concreto.

Los diques y bernas de las celdas de los pantanos pueden construirse de la misma

manera que cuando se construyen lagunas o instalaciones similares.

Para sistemas a gran escala, la parte alta del dique debera tener un ancho

suficiente para situar un camin o cualquier equipo necesario para el mantenimiento.

Cada celda del sistema deber tener una rampa que permita el acceso a los

vehculos de mantenimiento.

3.3.2. Vegetacin.

En la construccin de los humedales, es de vital importancia establecer la

vegetacin con la densidad apropiada. Si estn disponibles, deben ser preferidas

las plantas locales que estn adaptadas a las condiciones del sitio.

Aunque la siembra se puede hacer a partir de semillas, este mtodo requiere

bastante tiempo y control estricto del agua. Adicionalmente, presenta el problema del


42

posible consumo de semilla por parte de los pjaros, por lo que ms aconsejable es

plantar transplante de rizomas al lecho previamente preparado.

3.3.3. Estructuras de entrada y salida.

Los dos sistemas, subsuperficial y de flujo libre, requieren de flujo uniformes para

alcanzar los rendimientos esperados. Esto se alcanza en sistemas de pequeo o

moderado tamao con tuberas de recoleccin perforadas que se extienden a lo

ancho de toda la celda, tanto para la entrada como para la salida.

Un colector de entrada sobre la superficie permite el acceso para ajuste y control,

por lo que se prefiere para muchos sistemas. Este colector generalmente consiste

en una tubera plstica de 100 a 200 mm de dimetro, con una T ubicada sobre la

lnea, aproximadamente cada 3 m. El operario puede mover cada T alrededor de

un arco vertical y de ese modo puede hacer un ajuste visual e igualar los caudales.

Los pequeos sistemas subsuperficial incluyen normalmente una tubera perforada

en el fondo del lecho y rodeada por material rocoso, ligeramente por debajo del

fondo de la celda del pantano, para asegurar un drenaje completo.

Los sistemas grandes normalmente tienen estructuras de entrada y salida de

concreto. En este caso las de salida, suelen contar con un dispositivo variable que

permita controlar el nivel del agua en la celda del pantano, como el que se muestra

en la figura.


Figura 15. Estructura de salida

3.4. RENDIMIENTOS ESPERADOS.

Los humedales pueden tratar con efectividad altos niveles de demanda bioqumica

de oxgeno (DBO), slidos suspendidos (SS), y nitrgeno, as como niveles

significativos de metales, compuestos orgnicos y patgenos. La remocin de

fsforo es mnima debido a las limitadas oportunidades de contacto del agua

residual con el suelo.

Si no se practica la poda, se encuentra una fraccin de la vegetacin que se

descompone y que permanece como materia orgnica refractaria, que termina

formando turba en el pantano. Los nutrientes y otras sustancias asociadas a esta

fraccin refractaria se considera que son eliminados permanentemente del sistema.

43


Figura 16. Procesos de depuracin de los humedales artificiales.

3.4.1 Remocin de DBO.

En los sistemas de pantanos la remocin de materia orgnica sedimentable es muy

rpida, debido a la poca velocidad en los sistemas de flujo libre y la deposicin y

filtracin de sistema subsuperficial, donde cerca del 50% de la DBO aplicada es

removida en los primeros metros del humedal. Esta materia orgnica sedimentable

es descompuesta aerbica y anaerbicamente, dependiendo del oxigeno disponible.

El resto de la DBO se encuentra en estado disuelto o en forma coloidal y continua

siendo removida del agua residual al entrar en contacto con los microorganismos

que crecen en el sistema. Esta actividad biolgica puede ser aerbica cerca de la

superficie del agua en los sistemas de flujo libre y cerca de las races y rizomas en

los sistemas subsuperficiales, pero la descomposicin anaerbica prevalece en el

resto del sistema

3.4.2 Remocin de slidos suspendidos.

La remocin de slidos suspendidos es muy efectiva en los tipos de humedales

artificiales, produciendo concentraciones inferiores a 20 gr/L.

Al igual que ocurre la remocin de DBO, se alcanzan valores siempre por debajo de

la valor de referencia, independiente de la concertacin de entrada. La remocin de

slidos es ms o menos rpida, y se estima que ocurren en gran parte entre el 12 y

el 20% inicial del rea.

44


45

3.4.3 Remocin de nitrgeno.

La remocin de nitrgeno puede ser muy efectiva en ambos tipos de sistemas de

humedales artificiales y los principales mecanismos de eliminacin son similares

para los dos casos. Aunque ocurre la asimilacin de nitrgeno por parte de las

plantas, solo una pequea fraccin del nitrgeno total puede ser eliminada por esta

va. Se retira del 10 al 15 % del nitrgeno usando la poda de las plantas, esta

remocin de nitrgeno en pantanos puede alcanzar valores por encima del 80%.

3.4.4 Remocin de fsforo.

La remocin de fsforo en la mayora de los sistemas de humedales artificiales no es

muy eficaz, debido a las pocas oportunidades de contacto entre el agua residual y el

terreno. Se ha experimentado usando arcilla expandida y adicin de xidos de hierro

y aluminio, algunos de estos tratamientos pueden ser prometedores, pero las

expectativas a largo plazo no se han definido an.


46

CAPTULO IV. LAGUNAS DE ESTABILIZACIN.

4.1. GENERALIDADES.

Entre las tcnicas de bajo costo en el campo del tratamiento de aguas residuales,

los sistemas lagunares son los que han encontrado mayor aplicacin.

Las primeras lagunas de estabilizacin fueron en realidad embalses construidos

como sistemas reguladores de agua para riego. Se almacenaban los excedentes de

agua residual utilizada en riegos directos, sin tratamiento previo. En el curso de este

almacenamiento se observ que la calidad del agua mejoraba sustancialmente, por

lo que empez a estudiarse la posibilidad de utilizar las lagunas como mtodo de

tratamiento de aguas residuales.

Las lagunas de estabilizacin son el mtodo ms simple de tratamiento de aguas

residuales que existe. Estn constituidos por excavaciones poco profundas cercadas

por taludes de tierra. Generalmente tiene forma rectangular o cuadrada.

Las lagunas tienen como objetivos:

1. Remover de las aguas residuales la materia orgnica que ocasiona la

contaminacin.

2. Eliminar microorganismos patgenos que representan un grave peligro para la

salud.

3. Utilizar su efluente para reutilizacin, con otras finalidades, como agricultura.

La eficiencia de la depuracin del agua residual en lagunas de estabilizacin

depende ampliamente de las condiciones climticas de la zona, temperatura,

radiacin solar, frecuencia y fuerza de los vientos locales, y factores que afectan

directamente a la biologa del sistema.


Las lagunas de estabilizacin operan con concentraciones reducidas de biomasa

que ejerce su accin a lo largo de periodos prolongados. La eliminacin de la

materia orgnica en las lagunas de estabilizacin es el resultado de una serie

compleja de procesos fsicos, qumicos y biolgicos, entre los cuales se pueden

destacar dos grandes grupos.

Sedimentacin de los slidos en suspensin, que suelen representar una parte importante (40-60 % como DBO5 ) de la materia orgnica contenida en

el agua residual, produciendo una eliminacin del 75-80 % de la DBO5 del

efluente (Romero, 1999).

Transformaciones biolgicas que determinan la oxidacin de la materia orgnica contenida en el agua residual.

Los procesos biolgicos ms importantes que tienen lugar en una laguna son:

1. Oxidacin de la materia orgnica por bacterias aerobias. La respiracin bacteriana

provoca la degradacin de la DBO5 del agua residual hasta CO2 y H2O produciendo

energa y nuevas clulas.

2. Produccin fotosinttica de oxgeno. La fotosntesis algal produce, a partir de CO2,

nuevas algas, y O2, que es utilizado en la respiracin bacteriana.

3. Digestin anaerbica de la materia orgnica con produccin de metano.

CHONS + H2O CH4 + CO2 + C5H7NO2 + NH3 + H2S + calor

Materia nuevas clulas Orgnica bacterianas

47


48

4.2. TIPOS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACION.

Las lagunas de estabilizacin suelen clasificarse en:

Aerobias. Anaerobias. Facultativas. Maduracin.

4.2.1. Lagunas aerobias.

Reciben aguas residuales que han sido sometidos a un tratamiento y que contienen

relativamente pocos slidos en suspensin. En ellas se produce la degradacin de la

materia orgnica mediante la actividad de bacterias aerobias que consumen oxigeno

producido fotosintticamente por las algas.

Son lagunas poco profundas de 1 a 1.5m de profundidad y suelen tener tiempo de

residencia elevada, 20-30 das (Romero, 1999).

Las lagunas aerobias se pueden clasificar, segn el mtodo de aireacin sea natural

o mecnico, en aerobias y aireadas.

a. Lagunas aerobias: la aireacin es natural, siendo el oxgeno suministrado por

intercambio a travs de la interfase aire-agua y fundamentalmente por la

actividad fotosinttica de las algas.

b. Lagunas aireadas: en ellas la cantidad de oxgeno suministrada por medios

naturales es insuficiente para llevar a cabo la oxidacin de la materia

orgnica, necesitndose un suministro adicional de oxgeno por medios

mecnicos.


49

El grupo especfico de algas, animales o especies bacterianas presentes en

cualquier zona de una laguna aerobia depende de factores tales como la carga

orgnica, el grado de mezcla de la laguna, el pH, los nutrientes, la luz solar y la

temperatura.

4.2.2. Lagunas anaerobias.

El tratamiento se lleva a cabo por la accin de bacterias anaerobias. Como

consecuencia de la elevada carga orgnica y el corto periodo de retencin del agua

residual, el contenido de oxgeno disuelto se mantiene muy bajo o nulo durante todo

el ao. El objetivo perseguido es retener la mayor parte posible de los slidos en

suspensin, que pasan a incorporarse a la capa de fangos acumulados en el fondo y

eliminar parte de la carga orgnica.

La estabilizacin es estas lagunas tiene lugar mediante las etapas siguientes.

Hidrlisis: los compuestos orgnicos complejos e insolubles en otros compuestos ms sencillos y solubles en agua.

Formacin de cidos: los compuestos orgnicos sencillos generados en la etapa anterior son utilizados por las bacterias generadoras de cidos.

Producindose su conversin en cidos orgnicos voltiles.

Formacin de metano: una vez que se han formado los cidos orgnicos, una nueva categora de bacterias acta y los utiliza para convertirlos

finalmente en metano y dixido de carbono.

Las lagunas anaerobias suelen tener profundidad entre 2 y 5 m, el parmetro ms

utilizado para el diseo de lagunas anaerobias es la carga volumtrica que por su

alto valor lleva a que sean habituales tiempos de retencin con valores

comprendidos entre 2-5 das (Romero, 1999).


50

4.2.3. Lagunas facultativas.

Son aquellas que poseen una zona aerobia y una anaerobia, siendo

respectivamente en superficie y fondo. La finalidad de estas lagunas es la

estabilizacin de la materia orgnica en un medio oxigenado proporcionando

principalmente por las algas presentes (Rolim, 2000).

En este tipo de lagunas se puede encontrar cualquier tipo de microorganismos,

desde anaerobios estrictos, en el fango del fondo, hasta aerobios estrictos en la

zona inmediatamente adyacente a la superficie. Adems de las bacterias y

protozoarios, en las lagunas facultativas es esencial la presencia de algas, que son

los principales suministradoras de oxgeno disuelto (Rolim, 2000).

El objetivo de las lagunas facultativas es obtener un efluente de la mayor calidad

posible, en el que se haya alcanzado un elevada estabilizacin de la materia

orgnica, y una reduccin en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes.

La profundidad de las lagunas facultativas suele estar comprendida entre 1 y 2 m

para facilitar as un ambiente oxigenado en la mayor parte del perfil vertical (Rolim,

2000).

Las bacterias y algas actan en forma simbitica, con el resultado global de la

degradacin de la materia orgnica. Las bacterias utilizan el oxgeno suministrado

por las algas para metabolizar en forma aerbica los compuestos orgnicos. En este

proceso se liberan nutrientes solubles (nitratos, fosfatos) y dixido de carbono en

grandes cantidades, estos son utilizados por las algas en su crecimiento. De esta

forma, la actividad de ambas es mutuamente beneficiosa (Rolim, 2000).

En la siguiente figura se representa un diagrama de la actividad coordinada entre

algas y bacterias.


Figura 17. Actividad entre algas y bacterias

En una laguna facultativa existen tres zonas:

1. Una zona superficial en la que existen bacterias aerobias y algas en una

relacin simbitica, como se ha descrito anteriormente.

2. Una zona inferior anaerobia en la que se descomponen activamente los

slidos acumulados por accin de las bacterias anaerobias.

3. Una zona intermedia, que es parcialmente aerobia y anaerobia, en la que la

descomposicin de los residuos orgnicos la llevan a cabo las bacterias

facultativas. Los slidos de gran tamao se sedimentan para formar una capa

de fango anaerobio. Los materiales orgnicos slidos y coloidales se oxidan

por la accin de las bacterias aerobias y facultativas empleando el oxgeno

generado por las algas presentes cerca de la superficie. El dixido de

carbono, que se produce en el proceso de oxidacin orgnica, sirve como

fuente de carbono por las algas. La descomposicin anaerobia de los slidos

de la capa de fango implica la produccin de compuestos orgnicos disueltos

y de gases tales como el CO2, H2S y el CH4, que o bien se oxidan por las

bacterias aerobias, o se liberan a la atmsfera (Rolim, 2000).

51


La Figura 17 presenta las diferentes zonas que comprende una laguna facultativa.

Figura 18. Zonas de la laguna falcultativa.

4.2.4. Lagunas de maduracin.

Este tipo de laguna tiene como objetivo fundamental la eliminacin de bacterias

patgenas. Adems de su efecto desinfectante, las lagunas de maduracin cumplen

otros objetivos, como son la nitrificacin del nitrgeno amoniacal, cierta eliminacin

de nutrientes, clarificacin del efluente y consecucin de un efluente bien oxigenado.

Las lagunas de maduracin se construyen generalmente con tiempo de retencin de

3 a 10 das cada una, mnimo 5 das cuando se usa una sola y profundidades de 1 a

1.5 metros. En la prctica el nmero de lagunas de maduracin lo determina el

tiempo de retencin necesario para proveer una remocin requerida de coliformes

fecales (Rolim, 2000).

Las lagunas de maduracin suelen constituir la ltima etapa del tratamiento, por

medio de una laguna facultativa primaria o secundaria o de una planta de

tratamiento convencional, debido a la eliminacin de agentes patgenos, si se

reutiliza el agua depurada (Rolim, 2000). 52


53

4.3. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIN.

4.3.1. Ventajas.

La estabilizacin de la materia orgnica alcanzada es muy elevada. La eliminacin de microorganismos patgenos es muy superior a la alcanzada

mediante otros mtodos de tratamiento.

Presentan una gran flexibilidad en el tratamiento de puntas de carga y caudal. Pueden emplearse para el tratamiento de aguas residuales industriales con

altos contenidos en materia biodegradables.

Desde el punto de vista econmico, es mucho ms barato que los mtodos convencionales, con bajos costos de instalacin y mantenimiento.

El consumo energtico es nulo. En el proceso de lagunaje se generan biomasas potencialmente valorizables

una vez separada del efluente.

4.3.2. Inconvenientes.

La presencia de materia en suspensin en el efluente, debido a las altas concentraciones de fitoplancton.

Ocupacin de terreno, que es superior a la de otros mtodos de tratamiento. Las prdidas considerables de agua por evaporacin en verano.

4.4. FACTORES CLIMTICOS QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS.

4.4.1. Temperatura.

Las reacciones fsicas, qumicas y bioqumicas que ocurren en las lagunas de

estabilizacin son muy influenciadas por la temperatura (Rolim, 2000).


54

En general y para los intervalos de temperatura normales en las lagunas, se puede

decir que la velocidad de degradacin aumenta con la temperatura, en especial en lo

que concierne a la actividad de las bacterias. Estos fenmenos son retardados por

las bajas temperaturas. Por eso, el proyecto de las lagunas debe tener en cuenta

siempre las condiciones de temperaturas mas adversas.

Una cada de 10C en la temperatura reducir la actividad microbiolgica

aproximadamente 50%. La actividad de fermentacin del lodo no ocurre

significativamente en temperaturas por debajo de l7 C (Rolim, 2000).

4.4.2. Radiacin solar.

La luz es fundamental para la actividad fotosinttica, sta depende no solo de la luz

que alcanza la superficie del agua, sino de la que penetra en profundidad. Como la

intensidad de la luz vara a lo largo del ao, la velocidad de crecimiento de las algas

cambia de misma forma. Este fenmeno da lugar a dos efectos: el oxgeno disuelto y

el pH del agua presentan valores mnimos al final de la noche, y aumentan durante

las horas de luz solar hasta alcanzar valores mximos a media tarde.

4.4.3. Viento.

El viento tiene un efecto importante en el comportamiento de las lagunas, ya que

induce a la mezcla vertical del lquido de la laguna, una buena mezcla asegura una

distribucin ms uniforme de DBO, oxgeno disuelto (importante para lagunas

aerobias y facultativas), bacterias y algas y por lo tanto un mejor grado de

estabilizacin del agua residual. En ausencia de mezcla inducida por el viento, la

poblacin de algas tiende a estratificarse en banda estrecha, de unos 20 cm de

ancho, durante las horas de luz del da. Esta banda concentrada de algas se mueve

hacia arriba o hacia abajo en la capa superior, de 50 cm de espesor (Romero, 1999).


55

4.4.4. Evaporacin.

La repercusin principal de la evaporacin es la concentracin de los slidos que

contiene el agua almacenada. El consiguiente aumento de la salinidad puede

resultar perjudicial si el efluente se va a emplear en riego.

4.4.5. Precipitacin.

El oxgeno disuelto suele bajar despus de tormentas debido a la demanda adicional

de oxgeno provocada por los slidos arrastrados por el agua de lluvia y los

sedimentos de las lagunas que se mezclan con la columna de agua. Otro efecto de

la lluvia es una cierta oxigenacin en la zona superficial de las lagunas, debido tanto

al propio contenido en oxgeno de la lluvia como a la turbulencia que provoca con su

cada.

4.5. FACTORES FSICOS.

4.5.1. Estratificacin.

La densidad del agua cambia con la temperatura, es mnima a 4 C y aumenta para

temperaturas mayores o menores, el agua ms clida es ms ligera y tiende a flotar

sobre las capas ms fras. Durante los meses de primavera y verano el

calentamiento tiene lugar desde la superficie, la capas superiores estn ms

calientes que las inferiores, son menos densas y flotan sobre ellas sin que se

produzca la mezcla entre unas y otras.

Durante la primavera, la mayora de las lagunas tienen una temperatura casi

uniforme, por lo tanto se mezclan con facilidad gracias a las corrientes inducidas por

los vientos. Cuando se aproxima el verano, las aguas de las capas superiores se

calientan y su densidad disminuye producindose una estratificacin estable.


56

4.5.2. Flujo a travs de las lagunas.

La circulacin del agua a travs de la laguna viene afectada por la forma y tamao

de sta, la situacin de entradas y salidas, velocidad y direccin de los vientos

dominantes y la aparicin de diferencias de densidad dentro de la misma. Las

anomalas de flujo ms frecuentes se manifiestan en la aparicin de zonas muertas,

es decir, partes de la laguna en las que el agua permanece estancada durante

largos periodos de tiempo.

4.5.3. Profundidad.

La profundidad de las lagunas es normalmente 1.5, aunque se pueden usar

profundidades entre 1 y 2 m. El lmite inferior viene condicionado a la posibilidad de

crecimiento de vegetacin emergente para profundidades menores, lo cual se

desaconseja normalmente para evitar el desarrollo de mosquitos (Romero, 1999).

Existen varias razones por las que en estos sistemas profundos se obtiene mayor

eficacia de tratamiento como es la mayor productividad de las algas en un medio en

el que tienden a sedimentar en la zona profunda y morir. La zona profunda tiende a

estar en condiciones anaerobias, y en ella se produce la degradacin lenta de

compuestos orgnicos y microorganismos sedimentados desde la superficie. De

esta forma se generan nutrientes solubles que se reincorporan a la capa superficial y

contribuyen a la actividad biolgica.

En las zonas climas calidos la mayor profundidad repercute en una disminucin de la

evaporacin relativa, lo que es beneficioso desde el punto de vista del

almacenamiento para riegos como para evitar aumentos de salinidad en el efluente.


57

4.6. FACTORES QUMICOS Y BIOQUMICOS.

4.6.1. pH.

El valor de pH en las lagunas viene determinado fundamentalmente por la actividad

fotosinttica del fitoplancton y la degradacin de la materia orgnica por las

bacterias. Las algas consumen anhdrido carbnico en la fotosntesis, lo que

desplaza el equilibrio de los carbonatos y da lugar a un aumento del pH. Por otra

parte, la degradacin de la materia orgnica conduce a la formacin de dixido de

carbono como producto final, lo que causa una disminucin de pH.

Como la fotosntesis depende de la radiacin solar, el pH de las lagunas presenta

variaciones durante el da y el ao. Cuanto mayor es la intensidad luminosa, los

valores del pH son ms altos. Estas variaciones diarias son muy marcadas en

verano, cuando pueden alcanzarse valores de pH en torno a 9 o mayores, partiendo

de valores de 7-7.5, al final de la noche (Rolim, 2000)

4.6.2. Oxgeno disuelto.

El contenido en oxgeno disuelto es uno de los mejores indicadores sobre el

funcionamiento de las lagunas. La principal fuente de oxgeno disuelto es la

fotosntesis, seguida por la reaireacin superficial. La concentracin de oxgeno

disuelto presenta una variacin senoidal a lo largo del da. El contenido en oxgeno

es mnimo al amanecer y mximo por la tarde, y puede oscilar entre un valor nulo

hasta la sobresaturacin. Durante el verano es posible encontrar que las capas

superficiales de las lagunas estn sobresaturadas de oxgeno disuelto.

El oxgeno disuelto presenta variaciones importantes en profundidad. La

concentracin de oxgeno disuelto es mxima en superficie, y a medida que

aumenta la profundidad va disminuyendo hasta anularse. La profundidad a la que se


58

anula el oxgeno disuelto se llama oxipausa, y su posicin depende de la actividad

fotosinttica, el consumo de oxgeno por las bacterias y el grao de mezcla inducido

por el viento. En invierno la capa oxigenada tiende a ser mucho mas reducida que

en verano.

4.6.3. Nutrientes.

Los nutrientes son fundamentales para la buena marcha del tratamiento en lagunas.

A medida que progresa la depuracin se va produciendo una eliminacin de

nutrientes que puede dar lugar a que uno o varios alcancen concentraciones

limitantes para el desarrollo subsiguiente de algas o bacterias. En lagunas de

estabilizacin el agotamiento de nutrientes solo ocurre en pocas de intensa actividad

biolgica, y suelen venir de la eliminacin de materia orgnica hasta los niveles

mximos en este tipo de tratamiento.

4.7. CONSTRUCCIN DE LA LAGUNA DE ESTABILIZACIN.

4.7.1. Materiales y Equipo.

a) Mapa de localizacin o mapa principal de alcantarillado.

b) Dibujo del diseo de la laguna.

c) Dibujo del diseo de la salida, entrada y terraplenes.

d) Lista de materiales.

Si ms de una laguna ser construida se debe tener:

Diseo de la disposicin del sistema de lagunas. Dibujos de los sistemas de interconexin. Accesorios de los materiales a emplearse.


4.7.2. Preparacin del sitio.

a) Localizar el sitio y marcarlo temporalmente en la tierra.

b) Llevar los trabajadores, materiales y herramientas necesarias para comenzar

con los trabajos.

c) Despejar el sitio de la laguna y del terrapln, todos los rboles, arbustos,

grandes rocas y cualquier otro material que impida la construccin de la

laguna.

d) Quitar tierra vegetal o el csped del sitio y colquelo en otro lado. Esto ser

utilizado ms delante para acabar el terrapln.

4.7.3. Marcaje del sitio y localizacin de tubera.

A. Fijar las estacas de referencias, indicando los lmites del fondo de la laguna,

encuentre la elevacin de cada estaca usando el nivel topogrfico.

Figura 19. Construccin de lagunas de estabilizacin.(OPS/CEPIS/05.164)

59


B. Medir la distancia y la elevacin de las estacas de referencia, fije las estacas

que indican los puntos en los cuales se va a comenzar a construir el terrapln

y a excavar la laguna. Fijar las estacas indicando la localizacin de la tubera,

esto elimina las porciones de reexcavacin del terrapln.

4.7.4. Excavacin de la laguna.

Se comienza a excavar en las estacas de zonas interiores, hasta que se alcance la

elevacin inferior. La nivelacin se comprueba con un nivel y la barra de un

topgrafo.

Figura 20. Excavacin de una laguna de estabilizacin.(OPS/CEPIS/05.1641)

Continuar excavando a lo largo del fondo de la laguna, utilice el suelo excavado para

acumular los terraplenes. El fondo de la laguna debe estar tan llano y uniformemente

como sea posible. Si hay puntos o races suaves de rbol, cvelos hacia fuera.

4.7.5. Construccin de los terraplenes.

a) Comenzar la construccin de los terraplenes como la laguna es excavada, los

terraplenes se deben apisonar bien, con los lados inclinados segn

especificaciones de diseo.

b) Deje los boquetes en el terrapln, en las localizaciones de la tubera. Puede

tambin ser conveniente dejar unos o ms boquetes amplios para el retiro del

suelo excavado.

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c) La parte superior del terrapln debe ser nivelada, bien apisonada, y por lo

menos 1.0 m de ancho. La distancia de la tapa del terrapln al fondo de la

laguna deber ser igual a la profundidad del diseo de la laguna ms 1.0 m .

Figura 21. Construccin de terraplenes. (OPS/CEPIS/05.164)

4.7.6. Colocacin de la tubera.

a) Excavar las zanjas para las tuberas con la profundidad y las localizaciones

del diseo. Los fondos de las zanjas deben ser bien apisonadas.

b) Construya las bases cerca de los 0.5 m de alto para la tubera de entrada, de

concreto o piedra. El propsito de las bases es levantar la tubera de entrada

sobre el fondo de la laguna (Rolim, .2000).

c) Construya las losas para las tuberas de salida, de concreto o de la piedra. El

propsito de la losa es apoyar la tubera de salida y prevenir la erosin a la

descarga de las aguas residuales tratadas. Construir las losas bajo todas las

localizaciones de la vlvula.

61


Figura 22. Colocacin de las tuberas.(OPS/CEPIS/05.164)

d) Colocar la tubera del alcantarillado y el mortero juntos. Instale las vlvulas.

Construya la salida vertical de acuerdo a la profundidad de la laguna. Deber

ser igual a la profundidad del diseo calculado por el diseador del proyecto.

Las secciones envueltas permitirn que la laguna se drene cuando sea

necesario.

e) Rellenar cuidadosamente las zanjas de las tuberas con suelo hmedo y

apisonarlo.

4.7.7. Terminado de los terraplenes.

Completar cualquier boquete en el terrapln que fuera utilizado para poner la tubera

o remover el suelo excavado. Apisonar a fondo la tapa y las pendientes y hacerlas

uniformes con el terrapln existente.

Alinear la pendiente del terrapln con las rocas y las piedras planas. Esto previene la

erosin, debido a la accin de la onda durante la operacin de la laguna. Las rocas y

las piedras se deben colocar suavemente para conformarse con el diseo de la

pendiente del terrapln. Evitar usar grava y los guijarros porque este material tiende

mover la pendiente.

62


Figura 23. Diseo de los terraplenes. (OPS/CEPIS/05.164)

4.8. OPERACIN, MANTENIMIENTO Y CONTROL.

Las lagunas tienen requerimientos operacionales y de mantenimiento mnimo que,

sin embargo, deben revisarse y cumplirse peridicamente, por el operador, con el

objeto de eliminar problemas que frecuentemente se presentan en este tipo de

plantas.

4.8.1. Arranque.

Antes de poner en servicio una laguna se debe realizar una inspeccin cuidadosa de

la misma a fin de verificar la existencia de las condiciones siguientes:

Ausencia de plantas y vegetacin en el fondo y en los taludes interiores de la laguna.

Funcionamiento y estado apropiado de las unidades de entrada, rejilla, unidades de aforo, unidades de paso y salida.

En el procedimiento para poner en funcionamiento las lagunas de estabilizacin se

deben tener en cuenta los siguientes requerimientos generales.

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En lo posible las lagunas se deben de arrancar en el verano, pues a mayor temperatura se obtiene mayor eficiencia de tratamiento y menor tiempo de

aclimatacin.

El llenado de las lagunas debe hacerse lo ms rpidamente posible, para prevenir el crecimiento de vegetacin emergente y la erosin de los taludes si

el nivel del agua permanece por debajo del margen o tratamiento protegido.

Para prevenir la generacin de malos olores y el crecimiento de vegetacin, las lagunas deben llenarse, por lo menos, hasta un nivel de operacin de 0.6

m. (Romero, 1999)

4.8.2. Operacin y mantenimiento.

La operacin y el mantenimiento de las lagunas de estabilizacin tiene como

objetivos bsicos lo siguientes:

Mantener limpias las estructuras de entrada, interconexin y salida. Mantener las en las lagunas facultativas primarias un color vede intenso

brillante, el cual indica el pH y el oxigeno disuelto alto.

Mantener libre de vegetacin la superficie del agua. Mantener adecuadamente podados los taludes para prevenir problemas de

insectos y erosin.

Mantener un efluente con concentraciones mnimas de DBO y slidos suspendidos (Romero, 1999).

Las labores tpicas de operacin y mantenimiento incluyen:

Mantener limpia la rejilla en todo momento, remover el material retenido, desaguarlo y enterrarlo diariamente. Es recomendable medir el volumen diario

de material dispuesto.

Mantener controlada la vegetacin de los diques impidiendo su crecimiento mas all del nivel del triturado o grava de proteccin contra la erosin


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Remover toda la vegetacin emergente en el talud interior de las lagunas Inspeccionar y prevenir cualquier dalo en diques, cerca o unidades de

entrada, interconexin y salida (Romero, 1999).

Capitulo1

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