DISEÑO DE LAGUNAS DE AEREACION

CURSO: ANALISIS Y TRATAMIENTO DE AGUA

PROFFESOR: RUIZ CASTRE, Sandro

ALUMNOS:

JUSTO FAUSTINO, Dennis

MEJIA DOMINGUEZ, Liz RAMIREZ CABALLERO, Sergio TOLENTINO DURAN, Yesenia TOLENTINO LAVADO, Suny

I. INTRODUCCIONLa contaminación de ecosistemas producto del vertimiento de aguas residuales en ecosistemas acuáticos, representa un problema ambiental que requiere mecanismos rápidos y eficaces de intervención. Estas intervenciones deben ser implementadas a través de la reducción o eliminación de sustancias tóxicas, que de una u otra forma se encuentran presentes en los efluentes domésticos e industriales y que generan múltiples infecciones bacterianas, tales como la fiebre Tifoidea y el Cólera, que pueden ser adquiridas por los seres humanos después del contacto directo o indirecto con estos efluentes (Fair, 2002).

El tratamiento de aguas residuales por lagunaje no requiere prácticamente energía externa, excepto la radiación solar, ya que debido a la gran disponibilidad de nutrientes y materia orgánica, se origina un intenso crecimiento algal con una gran producción de oxígeno fotosintético que es empleado para la degradación de la materia orgánica. Es un método biológico natural de tratamiento, basado en los mismos principios por los que tiene lugar la autodepuración en ríos y lagos.

1.1. Objetivos:1.1.1. Objetivo General:

Describir el Diseño de las Lagunas de Aeración.1.1.2. Objetivo Específico:

Describir el sistema de lagunas aireadas y tipos. Describir los criterios y tecnología de diseño para el

dimensionamiento de lagunas aireadas

II. REVISION DE LITERATURA2.1. Sistemas Aerobios y Anaerobios

2.1.1. Sistema aerobio Procesos de oxidación biológica

La oxidación biológica es el mecanismo mediante el cual los microorganismos degradan la materia orgánica contaminante del agua residual. De esta forma, estos microorganismos se alimentan de dicha materia orgánica en presencia de oxígeno y nutrientes, de acuerdo con la siguiente reacción:

Materia orgánica + Microorganismos + Nutrientes + O2=>Productos Finales + Nuevos microorganismos + Energía

Reacciones de síntesis o aislamiento

Consisten en la incorporación del alimento (materia orgánica y nutriente) al interior de los microorganismos. Estos microorganismos al obtener suficiente alimento no engordan, sino que forman nuevos microorganismos reproduciéndose rápidamente. Parte de este alimento es utilizado como fuente de Energía. La reacción que ocurre es la siguiente:

Reacciones de oxidación y respiración endógena

Los microorganismos al igual que nosotros, necesitan de Energía para poder realizar sus funciones vitales (moverse, comer etc.), dicha energía la obtienen transformando la materia orgánica asimilada y aquella acumulada en forma de sustancias de reserva en gases, agua y nuevos productos.

Después de un tiempo de contacto suficiente entre la materia orgánica del agua residual y los microorganismos (bacterias), la materia orgánica del medio disminuye considerablemente transformándose en nuevas células, gases y otros productos. Este nuevo cultivo microbiano seguirá actuando sobre el agua residual. A todo este conjunto de reacciones se les denomina de oxidación biológica, porque los microorganismos necesitan de oxígeno para realizarlas.

El substrato, generalmente también se tienen que eliminar del agua residual los compuestos de nitrógeno como el amonio y los nitratos.

Un grupo de microorganismos convierten primero el amonio en nitrato (nitrificación).

Otro grupo de microorganismos reduce luego el nitrato a nitrógeno elemental (desnitrificación).

El nitrógeno producido escapa entonces como gas a la atmósfera.

Existen dos tecnologías: los procesos de biopelícula y los de lodos activados.

BIOPELICULA:

LODOS ACTIVADOS

2.1.2. TRATAMIENTO ANAEROBIO

Proceso biológico de las aguas residuales (domesticas o industriales) mediante el cual los organismos catabolizan y asimilan sus alimentos en ausencia de oxigeno.

Se produce en ambientes naturales como: Pantanos Zonas anegadas para el cultivo de arroz Sedimentos de lagos y mares Zonas anóxicas del suelo Fuentes de aguas termales sulfurosas y en el tracto digestivo de los

rumiantes

Contaminantes

Orgánicos

Microorganismos

anaerobios

CO2 + CH4

(Biogás) Materia degrada-

da en disolución Nuevos microor-

ganismos

Requiere la intervención de diversos grupos de bacterias facultativas y anaerobias estrictas, las cuales utilizan en forma secuencial los productos metabólicos generados por cada grupo. La digestión anaerobia de la materia orgánica involucra tres grandes grupos tróficos y cuatro pasos de transformación:

Hidrólisis. Grupo I: bacterias hidrolíticas Acidogénesis. Grupo I: bacterias fermentativas Acetogénesis. Grupo II: bacterias acetogénicas Metanogénesis. Grupo III: bacterias metanogénicas

Ventajas Bajos costos de inversión y operación.

Alta eficiencia de tratamiento

Producción de una fuente de energía que puede servir calentar el agua residual hasta la temperatura de operación.

Necesidad de espacio relativamente pequeño para las instalaciones debido a la aplicación de altas velocidades de carga orgánica.

Baja producción de lodo en exceso.

Desventaja Insuficiente generación de alcalinidad y metano cuando se depuran aguas residuales muy diluidas.

Cinética lenta a bajas temperaturas.

Ciertos compuestos como NH4+, PO4

3- y S2- quedan en disolución. Por este motivo, si es necesario, se tiene que usar un tratamiento posterior.

Aplicaciones de la tecnología anaerobia de alta velocidad

Aguas residuales de:

Industria cervecera y de bebidas

Industria de alimentos

Industria papelera

Destilerías de alcohol e industria de fermentación.

Nuevas aplicaciones de la tecnología anaerobia de alta velocidad:

Aguas residuales de:

Industria textil

Industria química y petroquímica

En lugares de climas cálidos, pueden utilizarse para el tratamiento de agua residual doméstica.

2.2. Lagunas de Aireación:

El sistema de lagunas aireadas es un método de tratamiento de líquidos

residuales, que se adaptan a nuestras condiciones climáticas. Es una

alternativa de tratamiento frente a los problemas de malos olores, baja

eficiencia y la necesidad de grandes extensiones de terreno.

El desarrollo del proceso de lagunas aireadas ha marcado un avance

importante en el tratamiento secundario de aguas residuales, ya que es

un proceso biológico en que los organismos vivos aeróbicos y los sólidos

orgánicos, presentes en las aguas residuales, se mezclan íntimamente

en un medio favorable para la descomposición aeróbica de los sólidos.

La eficiencia del proceso depende de que se mantenga continuamente el

oxígeno disuelto durante todo el tratamiento.

Laguna de aireación

2.2.1. Tipos de lagunas aireadas: Existen dos tipos de lagunas aireadas claramente diferenciables, dependiendo del método de oxigenación y/o la densidad de energía, que define el grado de mezcla de la biomasa. Las cuales se describen a continuación:

2.2.1.1. Laguna aireada de mezcla completa

Llamada también laguna aireada de biomasa en suspensión, en la cual la presencia de algas no es aparente. Este puede considerarse como un proceso incipiente de lodos activados, sin separación y recirculación de lodos. La producción de biomasa activa en esta laguna es resultante de la conversión de sólidos solubles y en suspensión a sólidos volátiles. La laguna aireada a mezcla completa actúa entonces como un biofloculador, lo cual facilita la sedimentación de estos sólidos en la laguna facultativa secundaria.

Los requisitos de densidad de la energía para mezcla completa están en función del tamaño y dimensiones de la laguna y decrecen con un aumento del volumen.

Eckenfelder sugiere una densidad de 20 W/m3, Fleckseder y Malina indican un requisito de 20 w/m3 para una laguna de 500 m3 y de 10 w/m3 para una de 2,000 m3 y Balasha y Sperber , recomiendan una densidad de 3-4 w/m3 para una laguna de 14,000 m3.

2.2.1.2. Laguna aireada facultativa

En este proceso el oxígeno es abastecido totalmente en forma artificial por

medio de aireadores mecánicos y la producción de oxígeno por

fotosíntesis está ausente, se encuentran diseñadas con un grado de

turbulencia limitado a asegurar un nivel adecuado de oxígeno disuelto en

la laguna. La gran mayoría de sólidos no se mantienen en suspensión y se

sedimentan en el fondo de la laguna, haciendo así innecesaria la

instalación de un proceso adicional de disposición de lodos. la información

de densidad de energía para estas lagunas no es consistente. Eckenfelder

sugiere densidades de 2 a 4 w/m3 para este tipo de lagunas. Ellis sugiere

densidades de energía de 1 a 2 w/m3. Observaciones de Fabian Yañez en

Campina Grande, Brasil indican que con densidades de 5.5 w/m3 y

volúmenes de 53,900 m3 no se produce mezcla completa

Estas diferencias son ocasionadas por la geometría del estanque, el número y posición de los aireadores y, sobre todo el diámetro y velocidad de rotación del aireador

 2.2.2.Localización de lagunas y reactores

La ubicación del sitio para un sistema de lagunas debe estar aguas abajo de la cuenca hidrográfica, en un área extensa y fuera de la influencia de cauces sujetos a inundaciones y avenidas.

En el caso de no ser posible, deben proyectarse obras de protección. El área debe estar lo más alejada posible de urbanizaciones con viviendas ya existentes ; se recomiendan las siguientes distancias : 1000 m como mínimo para lagunas anaerobias y reactores

descubiertos 500 m como mínimo para lagunas facultativas y reactores

cubiertos 100 m como mínimo para sistemas con lagunas aireadas

2.3. Criterios de diseño para el dimensionamiento de lagunas aireadas2.3.1. consideraciones generales

El diseño de las lagunas aireadas debe cumplir con los siguientes objetivos: Que el tiempo de retención sea suficiente para llevar a cabo la

eliminación deseada de sólidos suspendidos. El volumen debe ser adecuado para el almacenamiento de lodos. Conseguir la mínima colonización de algas posible. Minimizar los olores emanados de la planta. (Ramalho, 1991).

Las fórmulas utilizadas son:

PR = [(L0/L1) - 1] /

Dónde:

PR = Periodo de retención en la laguna (días)

L0, L1 = DBO5 en el afluente y en el efluente respectivamente

= Cte de reacción para remoción de DBO en una laguna aereada

T = Temperatura a la cual funciona la laguna (°C)

Ro = Q * (Lo – L1) * OD1* *1/24

Dónde:

Ro = Requerimiento de oxígeno (kg /día),

Q = Caudal medio (/día), y

OD1 = Oxígeno Disuelto en el efluente (mg/l).

a. Laguna aireada de mezcla completa

Carga superficial

La carga de diseño típica para lagunas de oxidación aireadas es de 50 Kg DBO/ha/d. En caso de usar una carga diferente el diseñador debe justificarla técnicamente con base en estudios piloto o experiencias previas

Metodología de cálculo

El diseño de la laguna aireada debe realizarse con los métodos de O’Connor y Eckenfelder. Antes de determinar el tamaño de los aireadores, deben corregirse los requisitos de oxígeno a condiciones de campo, por elevación, temperatura y nivel de oxígeno.

Sa=S/Xv.PRK =k.S.

Para el diseño de lagunas aireadas de mezcla completa se observarán las siguientes recomendaciones: Los criterios de diseño para el proceso, deben idealmente ser

determinados a través de experimentación. En caso de que se pueda absorber la remoción de DBO con

lagunas secundarias, debe adoptarse un período de retención alrededor de 2 días, determinándose la calidad del efluente y el nivel de sólidos en la laguna.

Los requisitos de oxígeno del proceso se determinan para condiciones del mes mas caliente

b. Lagunas facultativas

Carga superficial: Existen numerosas correlaciones que permiten calcular la carga orgánica superficial máxima para una laguna facultativa. El diseñador está en libertad de escoger la correlación a utilizar. Sin embargo debe corroborar los resultados con las siguientes fórmulas que han demostrado ampliamente su validez : Mc Garry, Pescod, Yañez, y Cubillos, se deben considerar los siguientes factores: La forma de la laguna. La existencia de desechos industriales. El tipo de sistema de alcantarillado

Tiempo de retención hidráulica: El tiempo de retención hidráulica para lagunas facultativas debe estar dentro de un rango de 5 a 30 días.

Profundidad: Para evitar el crecimiento de plantas acuáticas con raíces en el fondo, la profundidad de las lagunas debe estar por encima de 1.0 m. La profundidad varia entre1.0 y 2.5 m.

Metodología de cálculo

Los criterios de diseño referentes a temperaturas y mortalidad de bacterias deben determinarse en forma experimental. Como alternativa, y en caso de no ser posible la experimentación, se pueden usar los siguientes criterios: La temperatura de diseño es la promedio del mes más frío

(temperatura del agua),a través de correlaciones de las temperaturas del aire - agua.

En donde no exista ningún dato se usará para diseño la temperatura del aire del mes más frío.

El coeficiente de mortalidad bacteriana (neto) será adoptado entre el intervalo de 0.8 a 1.6 (dia-1) para 20°C. Se recomienda un valor alrededor de 1.0 dia-1

Para el diseño de lagunas facultativas que reciben el efluente

de lagunas aireadas debe tenerse en cuenta las siguientes

recomendaciones:

El balance de oxígeno en la laguna debe ser positivo, teniendo

en cuenta: la producción de oxígeno por fotosíntesis, la

reaireación superficial, la asimilación de los sólidos volátiles del

afluente, la asimilación de la DBO soluble. 

Deben determinarse los volúmenes de lodo acumulado a partir

de la concentración de sólidos en suspensión en el efluente de

la laguna aireada, con una reducción del 50% de sólidos

volátiles por digestión anaerobia, una densidad del lodo de 1.03

Kg/l y un contenido de sólidos del 2% al peso.

Tipo de laguna Aireada Tiempo de retencion (dia)

Aireada de mezcla completa 2 – 7

Aireada Facultativa 7 – 20 (promedio 10 – 15)

Tipo de laguna aireada Profundidad (m)

Aireada de mezcla completa 3 – 5 (4.6 para climas templados y frios)

Aireada Facultativa 1.50 (para climas cálidos)

Rangos de profundidad para lagunas aireadas

Rangos de Tiempo de retención para lagunas aireadas

2.4. Descripción de las tecnologías utilizadas en los componentes de un sistema de lagunas aireadas

La tecnología de Lagunas Aireadas corresponde al proceso de transición entre los sistemas naturales y convencionales, ya que operan con oxigenación mecánica, pero su infraestructura es simple del tipo piscinas impermeabilizadas.

La aireación generalmente es entregada por equipos de aireación superficial, opera en flujo continuo, sin recirculación de lodos, por esto requieren mayor tiempo de retención que los sistemas convencionales. No utiliza sedimentación primaria, puede o no utilizar laguna de sedimentación secundaria. El efluente generalmente se somete a clarificación en lagunas de sedimentación

2.4.1. Equipos de aireación

Los métodos de aireación comúnmente utilizados en las lagunas aereadas son: Introducción en el agua residual de aire u oxigeno mediante

difusores, Agitación mecánica del agua residual para promover la disolución

de aire de la atmósfera.

2.4.1.1. Difusores: Un sistema de aeración con difusores está formado por unos difusores sumergidos en el agua residual, las conducciones de aire, los sopladores y de más equipos. Actualmente se clasifican en función de las características físicas de los equipos. Se definen tres categorías: Difusores porosos o de poros finos. Difusores no porosos y Otros sistemas de difusión como los difusores de chorro,

aireadores por aspiración y los aireadores de tubo en U auxiliares.

2.4.1.2. Aireadores mecánicos

Se clasifican en dos grupos en función de las principales características de diseño y funcionamiento:

a. Aireadores de eje vertical

Los aireadores mecánicos superficiales de eje vertical están diseñados para promover un flujo ascendente o descendente mediante un efecto de bombeo Consisten en impulsores sumergidos, o semi sumergidos, conectados a un motor que se puede montar sobre flotadores o sobre una estructura fija, son de flujo ascendente, y se basan en la violenta agitación de la superficie del agua y en la captura de aire para conseguir la

transferencia de oxígeno.

Funcionamiento de aireador superficial vertical

Foto de aireador superficial vertical

b. Aireadores de eje horizontal: Los aireadores mecánicos de eje horizontal se dividen en dos clases: aireadores sumergidos, y aireadores superficiales.

Los aireadores sumergidos de eje horizontal funcionan por el mismo principio que los superficiales, con la excepción de que la agitación del agua se lleva a cabo con discos o paletas acopladas a ejes rotatorios.

Funcionamiento de aireador superficial horizontal.

2.5.  Principios de la operación y mantenimiento de las unidades que conforman el sistema de lagunas aireadas

Operación y mantenimiento

El diseñador debe entregar un manual de operación y mantenimiento detallado.

Recepción de la obra

En momento que se realiza la entrega de la obra por parte del constructor, la contra parte de la entidad que la recibe debe estar constituida por la fiscalización y el personal de operación y mantenimiento. En el momento de la recepción de la obra deben cumplirse los siguientes requisitos: La construcción del emisario final e interceptores finales debe estar

terminada para efectos de las pruebas de recepción de obra. Ninguna de las lagunas puede entrar en operación inicial antes de

haber pasado las correspondientes pruebas de estanqueidad, para lo cual se requiere que la pérdida de nivel diaria por efecto de infiltración no sea mayor de 5 mm.

En el momento de la recepción de la obra deben tenerse los equipos necesarios: Equipos de laboratorio, de modo que el personal del mismo está

en capacidad de implementar de inmediato, las pruebas necesarias para la prueba en operación inicial de la planta.

Los vehículos necesarios. Los vertederos de salida de las lagunas. Los aparatos de medición de oxígeno disuelto para las lagunas

aireadas.

Otras partes del proyecto que deben estar completas son: Canales y tuberías de ingreso y salida de las lagunas, según

pruebas en seco y húmedo. Comprobación del nivel de vertederos de rebose y de salida, con

una tolerancia de 1 mm. Comprobación de la operación y cierre hermético de las

compuertas.

Puesta en operación inicial Antes de poner en operación inicial la planta de tratamiento, es necesario que los trabajos descritos en el numeral anterior se hayan cumplido además deben cumplirse las siguientes actividades: Revisión del Manual de operación y mantenimiento. Deben

introducirse los cambios incorporados durante la construcción.

Terminación de las pruebas de estanqueidad en las lagunas. En el caso de lagunas aireadas se requiere que los aireadores y la instalación eléctrica hayan sido probados.

En la planta debe contarse con la siguiente documentación: Un juego de planos de construcción Las especificaciones técnicas de construcción de los

equipos Una colección de fotografías de la fase constructiva

Operación de rutina de la planta Los criterios para el control de los procesos de tratamiento deben ser los especificados en la siguiente tabla:

III. CONCLUSIONES

Se describieron los Diseños de las Lagunas de Aeración. Se Describieron los criterios y tecnología de diseño para

el dimensionamiento de lagunas aireadas. El tratamiento de las aguas residuales es un método muy

utilizado en la actualidad para aumentar la disponibilidad del agua, que se realiza por diferentes etapas que tienen como finalidad limpiar el agua de desecho para poder ser reutilizada. Con el firme propósito de aumentar el agua disponible para consumo y uso de los seres humanos.

GRACIAS!!!