I. INTRODUCCION

Toda comunidad genera residuos tanto sólidos como líquidos. La parte liquida de los mismos a los que llamamos aguas residuales, es esencialmente el agua de que se desprende la comunidad una vez que ha sido contaminada durante los diferentes usos para los cuales ha sido empleada. Entonces se puede definir al agua residual como la combinación de los residuos líquidos, que provienen de residencias, instituciones públicas y de establecimientos industriales y comerciales a los que se le puede agregar aguas subterráneas, superficiales y pluviales.

Desde hace varios años se ha venido trabajando con el problema de la disposición de las aguas residuales, se han hecho muchos seminarios en los cuales se expresa únicamente la preocupación general de detener el daño que se está causando al medio ambiente, los recursos naturales y la salud pública. En definitiva, la política comunitaria del medio ambiente se articula en torno a tres ejes principales, la lucha contra la contaminación, los daños y las mejoras al entorno (recursos naturales).

Nicaragua y el mundo en general en su deber de proteger sus recursos naturales; encontrar alternativas confiables, seguras, económicas de dar tratamiento a los residuos líquidos domésticos o industriales arrojados por pequeñas, medianas y grandes empresas, han optado por el tratamiento de aguas residuales por medio de las lagunas de estabilización.

Las lagunas de estabilización son los sistemas de tratamiento biológico de líquidos residuales más sencillos de operar y mantener. Consisten en estanques, generalmente excavados parcialmente en el terreno, con un área superficial y volumen suficientes para proveer los extensos tiempos de tratamiento (meses) que requieren para degradar la materia orgánica mediante procesos de “autodepuración”.

Si se utiliza la tecnología de lagunas de estabilización, se recomienda el uso de más de una laguna de tratamiento porque:

Cuánto más lagunas en serie se utilizan, se tiende a un flujo pistón ideal. Es mayor la flexibilidad en la operación y el mantenimiento:

Las lagunas en paralelo suelen emplearse en las lagunas primarias, debido a que esta disposición permite operarlas alternadamente, desactivando una para efectuar la limpieza, sin detener el proceso y se facilita así, la remoción periódica de sólidos.

1

2

II. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Analizar las lagunas anaerobias como sistema de tratamiento de aguas residuales.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Conocer los aspectos fundamentales de las lagunas anaerobias así como su principio de funcionamiento.

Definir los principales parámetros y factores más importantes que influyen en el funcionamiento de las lagunas anaerobias

Reconocer la importancia de las lagunas anaerobias para el tratamiento de aguas residuales.

3

III. ANTECEDENTES

La autodepuración natural es un proceso utilizado por el hombre hace muchos siglos. En Asia se utilizaron lagunas para descargar aguas servidas, las cuales servían también para crear peces. Sin embargo, lo obtuvieron haciendo sin el enfoque actual que surge de la idea del saneamiento ambiental, acompañado por criterios de diseños determinados.

El primer plan para tratar aguas servidas por medios naturales data del año 1901, cuando la ciudad de San Antonio, Texas (EE.UU.) comenzó a descargar sus aguas servidas en un pequeño lago. La primera laguna de estabilización exclusivamente diseñada para fines de tratamiento fue construida en Maddock, Dakota del Norte, sólo en 1948. Esta laguna fue estudiada por el Servicio de Salud Pública de los EE.UU., obteniéndose resultados favorables, lo que incito al Departamento de Salud de ese país a manifestarse oficialmente y de manera positiva hacia el modo de tratamiento. Sin embargo este nuevo criterio de tratamiento no fue aceptado unánimemente por ingenieros sanitarios, los cuales se resistían a creer que instalaciones tan simples pudieran sustituir a los métodos mecánicos convencionales.

A pesar de ello el sistema de tratamiento por lagunas de estabilización ha tenido gran aceptación en muchos países, especialmente en los del tercer mundo. Por ejemplo, su uso se ha multiplicado en los países de América Latina y del Caribe.

4

IV. JUSTIFICACION

Si se permite la acumulación y estancamiento de las aguas residuales, la contaminación de materia orgánica que contiene puede conducir a la generación de grandes cantidades de gases malolientes. Además, de esto se debe añadir la frecuente presencia en el agua residual bruta de numerosos microorganismos, patógenos y causantes de enfermedades que habitan en el aparato intestinal humano que pueden estar presentes en ciertos residuos industriales. Otro problema es que estas aguas, suelen contener nutrientes, que pueden estimular el crecimiento de plantas acuáticas, y puede incluir también compuestos tóxicos. Por todo esto es que en una sociedad, se necesita la evacuación inmediata y sin molestias del agua residual de sus fuentes de generación, seguida de su tratamiento y eliminación, en los que resulta como opción idónea para ello las lagunas de estabilización por su sencillez y bajos costos.

Las aguas residuales son conducidas, en última instancia, a cuerpos de agua receptores o al mismo terreno. Pero se debe tener en cuenta que los contaminantes están presentes en el agua residual, y a qué nivel deben ser eliminados de cara a la protección del entorno.

5

V. DESARROLLO

Los compuestos en las aguas residuales (AR) son normalmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Las aguas residuales contienen una mezcla de diferentes tipos de bacterias y microorganismos patógenos, nutrientes que crean el medio para la reproducción de plantas acuáticas, sustancias toxicas y grandes cantidades de materia orgánica que durante su proceso de descomposición generan malos olores.

5.1.Contaminación del agua:

La contaminación del agua, es el resultado de las descargas incontroladas de aguas residuales, sobre las masas de agua. Esta contaminación o degradación tiene mayor o menor intensidad, dependiendo de la abundancia, concentración orgánica del agua residual, caudal y contenido de oxígeno disuelto de la corriente receptora.

Los efectos de mayor consideración ocasionados por la contaminación de las aguas, son:

Devastación ecología del valle Aniquilamiento de la vida acuática Trasmisión de enfermedades hídricas Deterioro estético del agua Destrucción de zonas de recreación Transmisión de sustancias toxicas con peligro de envenenamiento de

hombres y animales Eutrofización de los lagos, embalses etc. Deterioro del potencial de producción de hidroenergética de la corriente.

5.2.Parámetros que caracterizan a las aguas residuales

Los parámetros que sirven para caracterizar la calidad de un efluente se dividen en químicos, físicos y microbiológicos.

V.2.1 Químicos

Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)

El parámetro de contaminación orgánica mas importante aplicable tanto a aguas residuales como superficiales es la DBO a 5 dias (DBO5). La determinación del mismo está relacionada con la medición de oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica.

La medida de la DBO es importante en el tratamiento de aguas residuales y para la gestión técnica de la calidad del agua, porque se utiliza para:

Determinar la cantidad aproximada de oxigeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica presente.

6

Dimensionar las instalaciones de tratamiento de aguas residuales. Medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento. Controlar el cumplimiento de las limitaciones a que están sujetos los

vertidos.

Demanda Química de Oxigeno (DQO)

Es la cantidad de oxígeno necesario para oxidar materia orgánica por medio de reacciones puramente químicas.

El ensayo de la DQO se emplea para medir el contenido de materia organica tanto de las aguas residuales como de las naturales. El ensayo de la DQO también se emplea para la medición de la materia orgánica presente en aguas residuales tanto industriales como municipales que contengan compuestos tóxicos para la vida biológica. En muchos tipos de aguas residuales es posible establecer una relación entre los valores de la DBO y la DQO. Ello puede resultar de gran utilidad dado que es posible determinar la DQO en un tiempo de 3 horas, frente a los 5 días necesarios para determinar la DBO. Una vez establecida la correlación entre ambos parámetros, puede emplearse la medida de la DQO para el funcionamiento y control de las plantas de tratamiento.

Grasas y Aceites:

Están compuestos principalmente por materia grasa y vegetal y por hidrocarburos provenientes de petróleo. El hecho de que sean menos densos que el agua e inmiscibles con ella, hace que se difundan por la superficie, de modo que pequeñas cantidades de grasas y aceites pueden cubrir grandes superficies de agua. Además de producir un impacto estético, reducen la reoxigenación a través de la interfase aire-agua, disminuyendo el oxigeno disuelto y absorbiendo la radiación solar, afectando a la actividad fotosintética y, en consecuencia, la producción de oxígeno disuelto, Los aceites y grasas afectan los tratamientos biológicos (aerobios y anaerobios) al volver a las formas biológicas.

Fosforo Total:

El fósforo es el nutriente más crítico contenido en las aguas residuales, ya que ocasiona excesivo crecimiento de algas y malezas en los cuerpos de agua, llegando a producir eutrofización de los mismos e impactando así negativamente en el medio ambiente. Se encuentra generalmente como fosfatos y se clasifican como ortofosfatos, polifosfatos y fosfatos orgánicos.

El aumento del contenido de fósforos en las aguas residuales es debido, al uso cada vez más intenso de detergentes sintéticos ricos en polifosfatos, estos son responsables del contenido de un 50 % y 70 %. La orina, material fecal y desperdicios de comida aportan de un 30 % a un 50 %.

Nitrógeno Total

El nitrógeno se encuentra en los residuos líquidos en cuatro formas principales: nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal, nitrógeno de nitratos y nitritos.

7

Es importante conocer la concentración de nitrógeno en las aguas porque permite establecer sobre la disponibilidad de nitrógeno, como nutriente, y según su relación con la DBO saber si hay deficiencia o exceso de nitrógeno para la descomposición bioquímica de la materia orgánica.

pH

El agua residual, con concentración de ión hidrógeno inadecuado presenta dificultades de tratamiento con procesos biológicos, y el efluente puede modificar la concentración de ión hidrógeno en las aguas naturales si esta no se modifica antes de la evacuación de las aguas.

El pH del agua residual constituye un factor clave en la supervivencia y crecimiento de la comunidad bacteriana. La mayoría de las bacterias no toleran niveles de pH por debajo de 4 ni superiores a 9.5, en general el pH óptimo para el crecimiento bacteriano se sitúa entre 6.5 y 7.5.

Sulfatos

Los iones de sulfato se encuentran en las aguas de abastecimiento público y en las aguas residuales. Los sulfatos de acción bacterial y en condiciones anaeróbicas, son reducidos a sulfuros y luego a anhidro sulfuroso. El proceso de descomposición se representa por tres ecuaciones básicas:

V.2.2 Físicos:

Caudal: Influye en la determinación del periodo de retención y eficiencia de remoción del sistema de tratamiento. Es de vital importancia en la determinación de la carga total aplicada a las lagunas de estabilización.

Solidos Totales: Los sólidos totales del agua residual proceden del agua de abastecimiento, del uso industrial y del agua de infiltración de pozos locales y aguas subterráneas. Analíticamente se define como el contenido de solidos totales después de someter al agua a un proceso de evaporación.

Solidos sedimentables: Se definen como la fracción de solidos capaz de separarse del agua residual por sedimentación. Esta medida tiene interés en el cálculo de sedimentadores y lagunas anaerobias.

Solidos suspendidos o filtrables: Son los que quedan retenidos al hacer pasar un volumen conocido de líquido por un filtro de aproximadamente una micra de diámetro. Los sólidos suspendidos son de gran importancia en el tratamiento de aguas residuales. Precisamente uno de los límites que se fijan en el tratamiento de aguas residuales está basado en la concentración de solidos suspendidos.

8

V.2.3 Microbiológicos

Para facilitar las determinaciones no se realizan análisis específicos de patógenos sino de bacterias indicadoras por ejemplo para contaminación fecal del agua como:

• Coliformes.

• Estreptococos fecales.

• Clostridios sulfito-reductores.

5.3.Métodos de Tratamiento

Existen diferentes métodos para la remoción de las sustancias contaminantes que se encuentran en las aguas residuales, aplicándose estos unos a continuación de los otros en dependencia de la composición que tenga el agua residual a tratar, estos métodos se clasifica en:

Preliminares Primarios Secundarios Terciarios o Avanzados

El pretratamiento es el proceso de eliminación de los constituyentes de las aguas residuales, cuya presencia puede provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de los diferentes procesos, operaciones y sistemas auxiliares, como ejemplo se pueden citar el desbaste y la desaceleración para la eliminación de materiales gruesos y trapos; la flotación para la eliminación de solidos gruesos, trapos, grasas y aceites; y el desarenado para la eliminación de la materia en suspensión gruesa. El tratamiento primario contempla el uso de operaciones físicas tales como la sedimentación para la eliminación de los sólidos sedimentables y flotantes presentes en el agua residual así como de la materia orgánica del agua residual. En el tratamiento secundario se realizan procesos biológicos y químicos, los cuales se emplean para eliminar la mayor parte de la materia orgánica. Y por último, en el tratamiento terciario se emplean combinaciones adicionales de los procesos y operaciones unitarias para remover esencialmente nutrientes, cuya reducción con tratamiento secundario no es significativa.

Las lagunas anaerobias se ubican en la clasificación de tratamientos secundarios. El objetivo de un tratamiento secundario es remover DBO soluble que escapa a un tratamiento primario, además de remover cantidades adicionales de solidos suspendidos (SS). Estas remociones se efectúan fundamentalmente por procesos biológicos en donde se llevan a cabo las mismas reacciones que ocurrirían en una corriente receptora de aguas residuales, cuando esta tiene una capacidad asimilativa. En el tratamiento secundario las reacciones naturales que tendrían lugar en una corriente receptora son aceleradas para acelerar la descomposición de contaminantes orgánicos en periodos cortos de tiempo. Un tratamiento secundario remueve aproximadamente 85% de la DBO y los SS, aunque no remueve cantidades

9

significativas de nitrógeno, fosforo, metales pesados, DQO y bacterias patógenas.

Cuando los efluentes de un pretratamiento de aguas residuales de tipo secundario no cumplen con ciertos niveles de calidad, se hacen entonces necesarios tratamientos terciarios o avanzados para remover los compuestos mencionados anteriormente.

Además de la materia orgánica, el principal problema es la gran cantidad de microorganismos tales como bacterias, hongos, protozoos, rotíferos, etc. que entran en estrecho contacto con la materia orgánica biológicamente degradable en CO2 y H2O y nuevo material celular, los compuestos orgánicos constituyen de este modo el alimento básico de los microorganismos.

En el tratamiento secundario se requiere que los microorganismos y la materia orgánica biodegradable (DBO o comida), tengan buen tiempo de contacto, la presencia de un adecuado suministro de oxígeno, además de otras condiciones favorables como lo es la temperatura y el pH.

5.4.Lagunas de estabilización

Las lagunas de estabilización son estructuras sencillas de tierras abiertas al sol y al aire, de profundidades reducidas (< 5 m), diseñadas para el tratamiento de aguas residuales por medio de la interacción de la biomasa (Figura 1), la materia orgánica del residuo y otros procesos naturales (submodelos hidráulicos, y factores físicos, químicos y meteorológicos). La finalidad de este proceso es entregar un efluente de características múltiples establecidos (demanda biológica de oxígeno, demanda química de oxígeno, oxígeno disuelto, solidos suspendidos, algas, nutrientes, parásitos, entero bacterias, coliformes, etc.)

Figura 1 Procesos de estabilización en las lagunas.

Los sistemas de lagunaje se pueden clasificar en función de la naturaleza de la actividad biológica que tiene lugar en aerobia, anaerobia o anaerobia.

De acuerdo con el modo de operación de las lagunas de estabilización se distinguen: (1) lagunas en paralelo, cuando cada una recibe una parte proporcional del afluente, (2) lagunas en serie, cuando una laguna recibe el efluente de la laguna que precede.

10

Una laguna de estabilización es aerobia si la carga orgánica es suficientemente baja como para que en todo momento se encuentre presente OD en toda la masa de líquido contenida en la laguna, es anaerobia si no hay oxígeno, y es facultativa si la capa superior permanece aerobia y la inferior anaerobia.

El propósito de esta investigación es dirigida al tratamiento secundario del tipo laguna anaerobia que a continuación se aborda.

5.5.Lagunas Anaerobias

La laguna anaeróbica es un bioreactor que combina la sedimentación de sólidos y su acumulación en el fondo, con la flotación de materiales del agua residual en la superficie y con biomasa activa suspendida en el agua residual o adherida a los lodos sedimentados y a la nata flotante. (Ver figura 2)

Figura 2 Esquema básico de laguna anaerobia

Una laguna anaerobia puede considerarse un proceso anaerobio a tasa baja en el cual la materia orgánica es estabilizada mediante su transformación en dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) principalmente.

Las lagunas anaerobias tienen una gran carga orgánica por unidad de área. La carga orgánica en este tipo de lagunas es de 220 a 550 Kg DBO/día por hectárea de terreno. El tiempo de retención promedio del agua en la laguna es de 20 a 50 días y la profundidad varía de 2.5 a 5 metros. En este tipo de lagunas ocasionalmente, se tienen condiciones aerobias en la superficie de la laguna, pero la mayor parte del tiempo las condiciones anaerobias persisten en toda la laguna. El material orgánico suspendido sedimenta en el fondo del recipiente y se descompone anaeróbicamente formando inicialmente ácidos

11

orgánicos y posteriormente la digestión en condiciones de anaerobiosis conduce a la descomposición de dichos ácidos volátiles orgánicos a bióxido de carbono y metano principalmente. Este tipo de lagunas produce olores fétidos, por lo que un tratamiento de este tipo solo es conveniente en lugares alejados de núcleos de población.

Al ocurrir el un incremento gradual de la capa de lodos sedimentados y finalmente, una vez que la capa de sedimento rebasa la mitad del volumen de la laguna es necesario remover estos sólidos ya que el volumen del reactor o recipiente de digestión se reduce a la mitad de su capacidad original y la efectividad del proceso puede deteriorarse significativamente. Los costos de extracción de los lodos de una laguna son sumamente altos, por lo que otra opción práctica es abrir nuevas lagunas de tratamiento y abandonar las lagunas originalmente construidas, hasta que estas se sequen completamente y pueda ser removido el lodo acumulado. 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. Ejemplo de esto son las aguas residuales de: rastros, establos, granjas avícolas, empacadoras ganaderas, etc. Otra característica de esta variación en el tratamiento en lagunas es que casi siempre el agua producida en el proceso no cumple con las normas de calidad de aguas residuales tratadas, por lo que si se requiere de disminuir los valores de DBO a los límites que establece la legislación, deberá darse un tratamiento posterior a través de otro proceso biológico por lo que la depuración anaerobia solo se considera un pretratamiento o parte de un tratamiento biológico de las aguas residuales.

5.5.1 Principios de funcionamiento

La descomposición bacterial de la materia orgánica en una laguna anaerobia se puede representar por la reacción clásica de Chongrak Polprasert:

{Materia orgánica} + {Bacterias anaerobias} CH4 + CO2 + H2 + NH3 + SH2

En la laguna anaerobia, como en los digestores anaerobios de lodos, probablemente dominan las bacterias anaerobias estrictas y facultativas como las Bacteroides, Bafidobacterium, Clostridium, Lactobacillus, Streptococus. La actividad sinergética de los diferentes grupos de bacterias involucradas en la digestión anaerobia de la materia orgánica se puede representar en el esquema siguiente (figura 3)

12

Figura 3. Digestión anaerobia de la materia orgánica

La estabilización tiene lugar mediante las etapas siguientes:

Hidrólisis: este término indica la conversión de compuestos orgánicos complejos e insolubles en otros compuestos más sencillos y solubles en agua. Esta etapa es fundamental para suministrar los compuestos orgánicos necesarios para la estabilización anaerobia en forma que puedan ser utilizados por las bacterias responsables de las dos etapas siguientes. La hidrólisis de las moléculas orgánicas complejas es un proceso lento realizado mediante enzimas extracelulares y puede ser un factor limitante del proceso de estabilización, las bacterias fermentativas acidogénicas son las responsables de producir ácidos orgánicos (acético, propiónico, butírico, fórmico, láctico), alcoholes y cetonas. Las bacterias acetogénicas como la sytrobacter wolinii y la sytrophomonas wolfei producen acetato, H2, y CO2, que sirven como sustrato para las bacterias metanogénicas.

Formación de ácidos: los compuestos orgánicos sencillos generados en la etapa anterior son utilizados por las bacterias generadoras de ácidos. Como resultado se produce su conversión en ácidos orgánicos volátiles, fundamentalmente en ácidos acético, propiónico y butírico.

Las bacterias acetogénicas requieren una presión parcial de hidrógeno baja para que haya una buena producción de acetato y de metano. Si la presión parcial de H2 es alta, la conversión a acetato es baja y la descomposición se inclina hacia la formación de ácido propiónico, ácido butírico y etanol, reduciendo la producción de metano. La conversión de etanol, ácido propiónico y acido butírico por las bacterias acetogénicas se representa en las siguientes reacciones:

CH3CH2OH (etanol) + CO2 CH3COOH (ácido acético) + 2H2

CH3CH2COOH (ácido propiónico) +2H2O -> CH3COOH (ácido acético) + CO2 + 3H2

13

CH3CH2 CH2COOH (ácido butírico) + 2H2O -> 2CH3COOH (ácido acético)+2H2

Formación de metano: Una vez que se han formado estos ácidos orgánicos, una nueva categoría de bacterias entra en acción, y los utiliza para convertirlos finalmente en metano y dióxido de carbono. El metano es un gas combustible e inodoro, y el dióxido de carbono es un gas estable, que forma parte en poca cantidad de la composición normal de la atmósfera. La liberación de estos gases es responsable de la aparición de burbujas, que son un síntoma de buen funcionamiento en las lagunas anaerobias. Esta fase de la depuración anaerobia es fundamental para conseguir la eliminación o de materia orgánica, ya que los productos finales no contribuyen a la DBO5 o DQO del medio.

Las bacterias acetogénicas crecen mucho más rápido que las metanogénicas, aproximadamente 25 veces más rápido. Las metanogénicas se desarrollan lentamente en aguas residuales, su tiempo de generación oscila entre 3 días a 35oC y hasta 50 días a 10oC. Las metanógenas hidrogenotrópicas convierten hidrógeno y CO2 en metano, ayudando a mantener una presión parcial de H2

baja: las metanógenas acetotróficas o acetoclásticas convierten acetato en metano y dióxido de carbono

CH3COOH (ácido acético) -> CH4 (metano) + CO2 (dióxido de carbono)

La producción anaerobia de H2S puede promover el crecimiento de las bacterias púrpuras del azufre (Chromatium, Thiocapsa, Thiopedia) e introducir color rojo o rosado en el agua.

Ventajas y desventajas del sistema: A continuación se presentan (tabla 1)

Ventajas DesventajasTasa baja de síntesis celular y por consiguiente poca producción de lodos.

Para obtener grados altos de tratamiento requiere temperaturas altas.

El lodo producido es razonablemente estable y puede secarse y disponerse por métodos convencionales.

El medio es corrosivo

No requiere oxígeno, por lo tanto usa poca energía eléctrica y es especialmente adaptable a aguas residuales de alta concentración orgánica.

Tiene riesgos de salud por H2S.

Produce metano el cual puede ser útil como energético. El metano tienen un valor calórico de aproximadamente 36,500 kJ/m3

Exige un intervalo de operación de pH bastante restringido

Tiene requerimientos nutricionales bajos Requiere concentraciones altas de alcalinidad

- Es sensible a la contaminación con oxígeno.

14

- Puede presentar olores desagradables por H2S, ácidos grados y amidas,

5.5.2 Operación y mantenimiento de las lagunas anaerobias

Las lagunas tienen requerimientos operacionales y de mantenimiento mínimos que, sin embargo, deben revisarse y cumplirse periódicamente, por el operador, con el objetivo de eliminar los problemas que frecuentemente se presentan en este tipo de plantas.

5.5.3 Parámetros de control y factores más importantes

pH: Debe ser superior a 6.8, pues a valores inferiores la actividad metanígena disminuye y cesa, liberándose ácidos orgánicos y otros compuestos que pueden dar lugar a malos olores.

Temperatura: Cuanto mayor es la temperatura, mejor es el crecimiento de las bacterias metanígenas, con un intervalo óptimo entre 30-35º C.

Tiempos de retención: Estos deben oscilar entre los 2-5 días. Si el tiempo de retención es pequeño, será suficiente para la realización de las dos primeras fases, pero no para la metanogénicas. Esto conllevará la aparición de malos olores y bajo rendimiento en eliminación de materia orgánica.

Si el tiempo de retención es demasiado grande, comenzarán a aparecer algas en la superficie, siendo el oxígeno producido por estas la causa de muerte de las bacterias metanígenas.

Formación de espumas: Evita las pérdidas de calor y la liberación de malos olores.

5.5.4 Rendimientos de depuración

En la tabla 2 se recogen los rendimientos medios que pueden ser obtenidos en las lagunas anaerobias.

PARAMETRO RENDIMIENTOSólidos en suspensión 50-65 %DBO5 50-60 %DQO 45-60 %Nitrógeno 0-15 %Fósforo 0-5 %Tabla 2: Se observa rendimientos medios de lagunas anaerobias

Tabla 1. Ventajas y desventajas de las lagunas anaerobias.

15

5.5.5 Anomalías: problemas y soluciones.

1. Aparición de malos olores

Las causas son:

Desajuste en la carga orgánica a la laguna, tanto por encima como por debajo del intervalo utilizado para el diseño. El operario debe comprobar si se trata de una sobrecarga o un defecto de carga en la alimentación.

Desajuste en el caudal de entrada. Si aumenta el caudal disminuye el tiempo de retención del agua en las lagunas previsto en el proyecto. Por el contrario si disminuye el caudal, aumenta el tiempo de retención. En ambos casos se rompe el equilibrio entre las distintas fases de la depuración (hidrolítica, acidogénica y metanogénica), que alteran el proceso: o Caída repentina de la temperatura ambiente, que hace que los mecanismos de depuración sean más lentos.

Variación de la composición del agua residual de entrada, es decir, la incorporación de un vertido industrial a la red. Hay dos indicativos de esta situación.

Un pH anormal del agua residual. Fuera del intervalo 6.5-9. Presencia de sustancias tóxicas.

Las soluciones son:

Sobrecarga: Tanto por aumento de carga orgánica, como por aumento del caudal, provoca un descenso del pH y malos olores.

Las acciones correctoras son:

Disminuir la carga aplicada, lo cual se consigue de 3 formas diferentes: mediante un by-pass en el peor de los casos, poniendo en servicio otra laguna anaerobia si es posible, o aumentando la profundidad de trabajo en la laguna anaerobia.

Introducir una siembra de bacterias metanígenas. Las bacterias pueden obtenerse de una planta depuradora convencional que tenga digestores anaerobios. Esta operación es delicada, pues la mezcla con aire, resulta letal para estas bacterias.

Ajustar el pH del medio. Este ajuste se realiza añadiendo disolución de amoníaco o carbonato sódico, hasta alcanzar un pH neutro (pH = 7).

2. Defecto de carga orgánica en la alimentación o caudal inferior al mínimo utilizado en el diseño: Esto provoca el desarrollo de algas verdes en la zona superficial, y un aumento de pH.

16

Las acciones correctoras a emprender son:

Aumentar la carga aplicada. Para ello se actúa de forma contraria a la anterior, es decir, reduciendo el nº de lagunas anaerobias o disminuyendo la profundidad de trabajo.

Introducir una siembra de bacterias metanígenas, como en el caso anterior.

3. Caída brusca de la temperatura ambiente: La mejor solución es aislar las lagunas de la atmósfera colocando paja o poliestireno en la superficie, favoreciendo así la formación de costra aislante que mantiene la temperatura.

4. Presencia de tóxicos o valores de pH anormales en la alimentación: En estos casos es conveniente hacer un by-pass a la planta mientras se averigua el origen del vertido causante de las anomalías. Una vez localizado el culpable del vertido, las autoridades competentes le deben exigir que depure sus vertidos antes de entronque con la red de alcantarillado, o en el peor de los casos la construcción de un by-pass que los segregue, evitando así su acceso a la planta depuradora.

5. Aparición de coloraciones rosa o rojo en las lagunas La causa es el desarrollo de bacterias fotosintéticas del azufre, lo que constituye un síntoma de falta de carga en las lagunas anaerobias.

Las soluciones son:

Aumentar la carga aplicada. Para ello se puede bien reducir el nº de lagunas anaerobias en servicio en la EDAR, bien disminuir la profundidad de trabajo.

Introducir una siembra de bacterias metanígenas.

6. Desarrollo de mosquitos y otros insectos.

Las causas son:

Si se ha dejado crecer plantas acuáticas o incluso plantas terrestres que han alcanzado el borde del agua.

La costra superficial puede servir de criadero de mosquitos. Acumulación de desechos sólidos recogidos de la limpieza del área de

pretratamiento.

17

7. Crecimiento de plantas: La solución a este problema es mantener siempre libre de plantas los taludes y evitar que caigan plantas o ramas a las lagunas, que puedan servir de soporte para el desarrollo de mosquitos.

8. Costra superficial: Para evitar que sirvan de criadero de mosquitos,lo mejor es:

Remover la costra con un rastrillo, para que las larvas de insectos se desprendan y sedimenten en la laguna.

Si la presencia de insectos persiste, se pueden utilizar insecticidas, aunque si es posible se deben evitar su uso. Pero si se decide emplear insecticidas para su control, hay que procurar no contaminar el agua con él y utilizarlo exclusivamente en la costra de la laguna.

9. Desechos sólidos: Es muy importante enterrarlos o levarlos a vertedero controlado cuanto antes mejor.

10.Crecimiento de malas hierbas y plantas acuáticas. Esto provoca la proliferación de insectos, comprometiendo incluso la seguridad de las lagunas, ya que pueden aparecer roedores que excavan túneles por los que se producen infiltraciones. La solución es quitar las plantas acuáticas y las malas hierbas, bien de forma manual o mediante el uso de herbicidas para la eliminación de la vegetación que vive en los taludes tanto internos como externos. En este último caso hay que tener cuidado de no contaminar el agua.

5.5.6 Programa de mantenimiento generalizado

El arranque de las lagunas de estabilización puede presentar problemas debido a que los microorganismos responsables de la depuración no aparecen instantáneamente, sino que hace falta un período de tiempo cuya longitud depende de las condiciones ambientales para conseguir que estas poblaciones de seres vivos se desarrollen en las lagunas.

Las lagunas anaerobias deben llenarse y comenzar a utilizarse en continuo desde el principio, respetando el intervalo de tiempo de residencia establecido por el proyectista. Por tanto, la puesta en marcha consistirá simplemente en el llenado de los distintos módulos, y una vez completado éste, comenzar a alimentar el efluente a la etapa siguiente. Durante el llenado de las lagunas anaerobias y los meses siguientes debe vigilarse la evolución del pH, que debe mantenerse por encima de 7. En caso contrario, la depuración no se está produciendo correctamente. Cuando esto ocurre se pueden tomar las medidas siguientes:

Introducir una siembra de bacterias metanígenas procedentes de los digestores anaerobios de una depuradora convencional de aguas residuales.

Corregir el pH del medio utilizando lechada de cal.

Las lagunas anaerobias no suelen presentar problemas durante la retiradas de lodos.

18

5.5.7 Retirada de lodos de las lagunas

Estas lagunas se constituyen de forma que el fango pueda acumularse en el fondo durante un período bastante largo (3-6 años) antes de que sea necesaria su limpieza. La retirada de fangos se suele realizar por dos métodos: limpieza en seco y limpieza en húmedo. La elección de un método u otro depende del diseño del lagunaje, es decir, si se dispone de otras unidades en paralelo que permitan parar una laguna mientras se limpia durante cierto tiempo.

Limpieza en seco. En este caso se deja la laguna anaerobia fuera de servicio y el agua residual a depurar se lleva a otra laguna en paralelo. El líquido sobrenadante se elimina mediante una bomba y el fango del fondo se deja secar por evaporación y se retira para almacenarse y poder usarse como abono. Se recomienda realizar este tipo de limpieza en verano (durante la época más seca).

Limpieza en húmedo. Este método se realiza cuando no se dispone de otra unidad de tratamiento, por lo que mientras dura la limpieza, se hace un by-pass del agua residual de entrada. Es por ello que esta limpieza debe hacerse lo más rápidamente posible.

La retirada de lodos se realiza conjuntamente utilizando un sistema de dragado, por bombeo o retirando el sobrenadante y limpiando después con una pala retroexcavadora. En esta limpieza, el volumen de lodos que se retiran es superior al de la limpieza en seco, por lo que es conveniente disponer de eras de secado.

5.5.8 Mantenimiento de taludes

Los taludes son los elementos de la planta de depuración por lagunaje más sensibles el deterioro y donde éste resulta más visible. Los cuidados que requieren dependen del material del que estén formados.

En principio, las lagunas pueden contar o no con una impermeabilización en función del terreno en el que están construidas. En lagunas impermeabilizadas con lámina de PVC, resistente a la intemperie, hay que inspeccionar la cubierta impermeable de los taludes interiores para detectar posibles deterioros y desgarros.

Los taludes de tierra pueden también resultar dañados por animales que constituyan sus madrigueras en ellos y por la escorrentía provocada por las lluvias. El operario debe inspeccionar los taludes para detectar señales de erosión, desarrollo de grietas y agujeros causados por animales.

En general, las medidas más importantes a tomar para su mantenimiento son: Relleno de las grietas que se producen con tierra y a ser posible con

arcilla, y después igualar el terreno y compactarlo para mantener el nivel.

19

Eliminar las hierbas y plantas que crecen en los taludes, especialmente las plantas acuáticas.

Si por razones estéticas, se ha dotado a la depuradora de jardinería (rosales y otras plantas ornamentales), hay que mantener una distancia mínima entre el nivel máximo del agua y las plantas cultivadas en los taludes interiores. Se aconseja un mínimo de 30-40 cm.

Si existen zonas arboladas en las proximidades de la planta, hay que impedir el desarrollo de árboles próximos a las lagunas, y nunca deben cultivarse setos alrededor de éstas.

5.5.9 Limpieza en seco

Para las extracciones superiores a 100-200 m3 se debe desecar, utilizar palas mecánicas. El agua residual a depurar se lleva a otra laguna en paralelo.

El líquido sobrenadante se elimina mediante una bomba y el agua del fango se deja secar por evaporación. Una vez que la capa de fangos se ha secado, se retira y se almacena para usarse como abono, si es posible en la jardinería de la propia planta. La realización de este método, al depender del clima, es aconsejable hacerlo durante el verano.

5.5.10 Limpieza en húmedo

Se realiza por bombeos de lodos controlando con una pértiga. Los fangos extraídos deben ser secado o deshidratados de alguna manera. Un dragado por bombeo cada cierto tiempo 2-4 años deja la laguna operativa sin parar su ciclo de trabajo, y que se le deje una altura significativa de fangos y no se interrumpe la actividad biológica.

20

VI. CONCLUSIONES

A través de este trabajo investigativo se logra entender el principio de funcionamiento del sistema de tratamiento de aguas residuales por lagunas anaerobias. Se ubica dentro de los métodos de tratamientos secundarios que se enfocan en la remoción de la demanda biológica de oxígeno y solidos suspendidos, y que necesita el soporte de otras lagunas o métodos para lograr un efluente de alta calidad que se pueda disponer en un cuerpo receptor o ser utilizado como agua de reuso.

Los parámetros y factores principales que limitan su funcionamiento y deben ser controlados son el pH, temperatura, tiempo de retención y formación de espumas, de ellos también depende la frecuencia de mantenimiento, limpieza, y cierre.

El sistema de tratamiento de lagunas anaerobias y en general de lagunaje es de gran importancia, ya que es una alternativa adecuada para la aplicación en países del tercer mundo, esto se debe a su sencillez y bajos costos económicos, que ayudan a mejorar la calidad del medio ambiente.

21

VII. RECOMENDACIONES

Las industrias no deben verter aguas residuales provenientes de la planta de producción en el suelo, causes, ríos, etc. Ya que se hace necesario cumplir con las regulaciones vigentes sobre efluentes líquidos.

Se debe aplicar el sistema de tratamiento de lagunas anaerobias o en general de lagunaje en todas aquellas microempresas y/o entidades generadores de efluentes líquidos con alta carga de materia orgánica y solidos suspendidos, ya que esta permite un entorno ambiental saludable al disminuir acumulaciones de desechos líquidos y contaminación de cuerpos receptores por organismos patógenos y causantes de enfermedades, esto contribuye al desarrollo sostenible de la nación.

Concientizar a las industrias pequeñas y grandes sobre el uso adecuado y ahorro de agua, los efectos dañinos que generan los residuos líquidos incontrolados para el medio ambiente y la salud pública.

22

VIII. BIBLIOGRAFIA

1. AINSO. Asociación de Ingenieros Sanitarios de Antioquia. Caracterización y Pretratamiento de las aguas residuales industriales. Colombia, 1983.

2. Cubillos, A. Lagunas de Estabilización. Editorial CIDIAT. Venezuela, 1998.

3. NORMA TÉCNICA OBLIGATORIA NICARAGÜENSE PARA REGULAR LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES Y SU REUSO NTON 05 027-05. Publicada en La Gaceta No. 90 del 10 de Mayo del 2006

4. Metcalf & Eddy. Ingeniería de Aguas Residuales. 3a edición. Mexico. Editorial McGraw-Hill.1998.

23

ANEXOS:

1. LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES: LMP

Los LMP aseguran que los efluentes líquidos no excedan ciertos niveles de concentración que se consideran dañinos a la salud, al bienestar humano y al ambiente. Su cumplimiento es exigible legalmente.

Los límites máximos permisibles se fijan en función del uso que se le quiere dar al efluente, según la NTON 05 027-05 el uso agrícola y/o forestal se puede ubicar en las siguientes categorías:

a) Categoría A: Con restricción, riego de cultivos que se consumen crudos y que existe contacto directo con el agua y la tierra, tales como legumbres, hortalizas, frutos rastreros. La calidad del agua debe cumplir con los parámetros establecidos en el Cuadro 5 y Cuadro 7 de la presente Normativa.

b) Categoría B: Riego con restricción media para cultivos, cuyo fruto comestible crece sin contacto con la tierra (suelo) o con las aguas recuperadas (aguas residuales tratadas), como el frijol, maíz, trigo, arroz, caña de azúcar (consumo directo), y de cultivos no comestibles, arbustos, algodón y plantas ornamentales. La calidad del agua debe cumplir con los parámetros establecidos en Cuadro 5 y Cuadro 7 de la presente Normativa.

c) Categoría C: De menor restricción, para cultivos perennes y algunos temporales, cuya planta y fruto no tiene ningún contacto con el agua tratada, como: caña de azúcar (para uso industrial), los bosques, árboles frutales, como cacao, naranja, mandarina, limón. La calidad del agua debe cumplir con los parámetros establecidos en Cuadro 5 y Cuadro 7 de la presente Normativa. En el Caso de los árboles frutales, el riego debe cesar dos semanas antes de cosechar la fruta y ene sta no se debe recoger del suelo. No es conveniente regar por aspersión.

24

Se ha determinada que los límites máximos permisibles de los efluentes para reuso agrícola y/o forestal en Nicaragua son los siguientes (Tabla 1)

Tabla 1. Criterio según el tipo de categoría de riego

Límites máximos permisibles para aguas residuales de reuso

25