tratamiento de efluentes ingenier ía sanitaria …...ventajas/desventajas ventajas desventajas bajo...
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TRATAMIENTO DE TRATAMIENTO DE EFLUENTESEFLUENTES
IngenierIngenieríía Sanitariaa Sanitaria -- 20122012
Tema 13: Sistemas naturales de tratamiento Tema 13: Sistemas naturales de tratamiento --Lagunas Lagunas
Dr. Dr. IngIng. Horacio . Horacio CampaCampaññaa-- Prof. Prof. AsocAsoc..
Diferencias entre sistemas de Diferencias entre sistemas de tratamientos convencionales y tratamientos convencionales y naturales con reciclado naturales con reciclado
•• CONVENCIONAL : Elimina MO, N, P, tCONVENCIONAL : Elimina MO, N, P, tóóxicos xicos ––Alto costo Alto costo –– Sin retorno de beneficios Sin retorno de beneficios –– Alto Alto consumo energconsumo energééticotico
•• NATURAL : Elimina patNATURAL : Elimina patóógenos y tgenos y tóóxicos xicos –– recicla recicla N, P , MO y nutrientes, transformN, P , MO y nutrientes, transformáándolos en ndolos en productos beneficiososproductos beneficiosos--menor consumo energmenor consumo energíía a –– menor costo menor costo –– ambientalmente beneficiososambientalmente beneficiosos
ALTERNATIVAS PARA EL RECICLADO DE ALTERNATIVAS PARA EL RECICLADO DE MATERIA RESIDUALMATERIA RESIDUAL
•• AplicaciAplicacióón directa : agricultura n directa : agricultura ––acuaculturaacuacultura
•• AplicaciAplicacióón indirecta : biogn indirecta : biogáás s –– reusoreuso de de aguaagua
•• Sistemas integrados : biogSistemas integrados : biogáás + s + lagunas/humedales lagunas/humedales ––
lagunas + agricultura/ lagunas + agricultura/ acuacultura/humedales/acuacultura/humedales/
Lagunas de EstabilizaciLagunas de Estabilizacióónn
– Lagunas construídas en terreno, con espejo de agua poco profundo, queutilizan relaciones simbióticas entrealgas y bacterias
• Las algas proveen oxígeno• Las bacterias degradan la materia orgánica
CLASIFICACION DE LAGUNAS EN FUNCION DE LA CLASIFICACION DE LAGUNAS EN FUNCION DE LA PROFUNDIDAD Y CARGA DEL SISTEMAPROFUNDIDAD Y CARGA DEL SISTEMA
Las lagunas en relaciLas lagunas en relacióón con la presencia de oxn con la presencia de oxíígeno se geno se clasifican en:clasifican en:
•• Lagunas AerobiasLagunas Aerobias..
•• Lagunas FacultativasLagunas Facultativas
•• Lagunas AnaerobiasLagunas Anaerobias
Ventajas/DesventajasVentajas/Desventajas
Ventajas DesventajasBajo costo de capital Requiere grandes extensiones de terreno
Requiere mínima capacitación de personalde operación
Elevada concentración de algas en elefluente.
Evacuación y disposición de lodos cada 20 ó30 años
Lagunas sin aireación muchas veces nocumplen normas de vertimiento
Compatible con sistemas de tratamientoacuático o sobre el suelo
Si no se impermeabilizan pueden causarcontaminación a aguas subterráneas
Mal diseño : malos olores
CARACTERISTICAS GENERALES DE LAGUNAS CARACTERISTICAS GENERALES DE LAGUNAS
•• Lagunas Aerobias o de baja carga Lagunas Aerobias o de baja carga
Profundidad: 0.3 Profundidad: 0.3 –– 0.45 m0.45 mTiempo de retenciTiempo de retencióón : 3n : 3--5 5 diasdias
•• Lagunas Lagunas AereadasAereadas
Profundidad : 2 Profundidad : 2 –– 6 m6 mTiempo de retenciTiempo de retencióón : 3 n : 3 –– 10 10 diasdias
•• Lagunas FacultativasLagunas Facultativas
Profundidad: 1,50 Profundidad: 1,50 –– 2,50 m2,50 mTiempo de RetenciTiempo de Retencióón: 5 n: 5 -- 30 d30 dííasas
•• Lagunas AnaerobiasLagunas Anaerobias
Profundidad: 2,5 Profundidad: 2,5 –– 5,0 m5,0 mTiempo retenciTiempo retencióón : 20 n : 20 –– 50 50 diasdias
... LAGUNAS AEROBIAS.... LAGUNAS AEROBIAS.
Contienen bacterias y algas en suspensiContienen bacterias y algas en suspensióón, existe n, existe condicicondicióón aern aeróóbica en toda su profundidad.bica en toda su profundidad.
•• Tipos bTipos báásicos de lagunas aersicos de lagunas aeróóbicas por objetivos: bicas por objetivos:
•• Maximizar la producciMaximizar la produccióón de algas (15 a 50 cm de n de algas (15 a 50 cm de profundidad).profundidad).
•• Maximizar la cantidad de oxMaximizar la cantidad de oxíígeno producido (1,5 geno producido (1,5 m de profundidad). Requieren de aireacim de profundidad). Requieren de aireacióón.n.
...MICROBIOLOGIA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS DE ...MICROBIOLOGIA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO EN LAGUNAS DE OXIDACIONOXIDACION
En las lagunas aerobias fotosintEn las lagunas aerobias fotosintééticas, el oxticas, el oxíígeno se suministra por geno se suministra por aireaciaireacióón natural, a travn natural, a travéés de la superficie y por fotoss de la superficie y por fotosííntesis de las algas.ntesis de las algas.
•• En las lagunas las bacterias aerobias emplean parte de la materiEn las lagunas las bacterias aerobias emplean parte de la materia a orgorgáánica del agua residual con el propnica del agua residual con el propóósito de obtener energsito de obtener energíía para la a para la ssííntesis en forma de nuevas cntesis en forma de nuevas céélulas.lulas.
•• De la materia orgDe la materia orgáánica (contaminante) presente en el agua residual, nica (contaminante) presente en el agua residual, solamente una parte se oxida a compuestos de bajo contenido solamente una parte se oxida a compuestos de bajo contenido energenergéético (nitrato, sulfato, anhtico (nitrato, sulfato, anhíídrido carbdrido carbóónico).nico).
•• La otra parte de la materia orgLa otra parte de la materia orgáánica se sintetiza en forma de materia nica se sintetiza en forma de materia celularcelular..
...OXIDACION Y SINTESIS EN LAGUNAS AEROBICAS...OXIDACION Y SINTESIS EN LAGUNAS AEROBICAS
COHNS + OCOHNS + O2 2 + NUTRIENTES BACTERIAS >+ NUTRIENTES BACTERIAS >(materia org(materia orgáánica)nica)
COCO22 + NH+ NH33 + C+ C55HH77NONO22 + OTROS PRODUCTOS FINALES+ OTROS PRODUCTOS FINALES(Nuevas C(Nuevas Céélulas Biomasa)lulas Biomasa)
FotosFotosííntesisntesis::
COCO22 + 2H+ 2H220 LUZ > (CH0 LUZ > (CH22O) + OO) + O22 + H+ H22OO
RespiraciRespiracióónn
CHCH22O + OO + O2 > 2 > COCO22 + H+ H22OO
... LAGUNAS FACULTATIVAS... LAGUNAS FACULTATIVAS
Las lagunas facultativas permiten la estabilizaciLas lagunas facultativas permiten la estabilizacióón de la materia n de la materia orgorgáánica mediante una accinica mediante una accióón conjunta de bacterias facultativas, n conjunta de bacterias facultativas, anaerobias y aerobias.anaerobias y aerobias.
En estas lagunas existen tres zonas bien diferenciadas :En estas lagunas existen tres zonas bien diferenciadas :
•• Zona SuperficialZona Superficial, donde existen bacterias aerobias y algas en una , donde existen bacterias aerobias y algas en una relacirelacióón simbin simbióótica.tica.
•• Zona InferiorZona Inferior, anaerobia en la que descomponen activamente los , anaerobia en la que descomponen activamente los ssóólidos acumulados por accilidos acumulados por accióón de las bacterias anaerobiasn de las bacterias anaerobias..
•• Zona IntermediaZona Intermedia, la descomposici, la descomposicióón se efectn se efectúúa por accia por accióón de las n de las bacterias facultativasbacterias facultativas
... LAGUNAS DE MADURACION... LAGUNAS DE MADURACION
•• Las lagunas de maduraciLas lagunas de maduracióón se disen se diseññan para mejorar la calidad de an para mejorar la calidad de los efluentes luego del tratamiento secundario y para la los efluentes luego del tratamiento secundario y para la nitrificacinitrificacióón estacional (terciario, reduccin estacional (terciario, reduccióón de N).n de N).
•• Los mecanismos biolLos mecanismos biolóógicos que tienen lugar son similares a los gicos que tienen lugar son similares a los procesos aerobios de cultivo en suspensiprocesos aerobios de cultivo en suspensióón.n.
•• El funcionamiento implica respiraciEl funcionamiento implica respiracióón endn endóógena de los sgena de los sóólidos lidos biolbiolóógicos residuales y la conversigicos residuales y la conversióón del amonn del amonííaco a nitrato, aco a nitrato, debido a la presencia de oxdebido a la presencia de oxíígeno por la presencia de algas.geno por la presencia de algas.
•• Para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas Para mantener las condiciones aerobias, las cargas aplicadas deben ser bastante bajas.deben ser bastante bajas.
... LAGUNAS ANAEROBIAS... LAGUNAS ANAEROBIAS......
•• Las lagunas anaerobias se utilizan para el tratamiento de agua Las lagunas anaerobias se utilizan para el tratamiento de agua residual de alto contenido orgresidual de alto contenido orgáánico, con alta concentracinico, con alta concentracióón de n de ssóólidos.lidos.
•• Son anaerobias en toda su profundidad, excepto una estrecha Son anaerobias en toda su profundidad, excepto una estrecha franja superficial.franja superficial.
•• Para conservar la energPara conservar la energíía calora caloríífica y mantener las condiciones fica y mantener las condiciones anaerobias se los construye lo manaerobias se los construye lo máás profundos posible (hasta 9 m)s profundos posible (hasta 9 m)
•• La estabilizaciLa estabilizacióón de la materia orgn de la materia orgáánica se obtiene por medio de nica se obtiene por medio de una combinaciuna combinacióón de precipitacin de precipitacióón y de conversin y de conversióón anaerobia de n anaerobia de los residuos orglos residuos orgáánicos en COnicos en CO22, CH, CH44, otros productos gaseosos , otros productos gaseosos finales, finales, áácidos orgcidos orgáánicos y tejido celularnicos y tejido celular..
resumenresumen
•• CuCuááles son los tipos de lagunas de les son los tipos de lagunas de estabilizaciestabilizacióón?, cun?, cuááles son las les son las caractercaracteríísticas de cada tipo?sticas de cada tipo?
•• El sistema de lagunas es eficiente en la El sistema de lagunas es eficiente en la remociremocióón de sn de sóólidos suspendidos? Si/no lidos suspendidos? Si/no por qupor quéé??
•• El sistema de lagunas es eficiente en la El sistema de lagunas es eficiente en la remociremocióón de patn de patóógenos? Si/no por qugenos? Si/no por quéé??
RemociRemocióón de DBOn de DBO
•• Baja concentraciBaja concentracióón de microorganismosn de microorganismos
•• RemociRemocióón de DBO soluble a partir de n de DBO soluble a partir de oxidacioxidacióón bacterialn bacterial
•• RemociRemocióón de DBO n de DBO particuladaparticulada mediante mediante sedimentacisedimentacióónn
•• f(tiempof(tiempo de retencide retencióón y temperatura del n y temperatura del agua)agua)
RemociRemocióón de SSTn de SST
•• RemociRemocióón por sedimentacin por sedimentacióónn
•• Alto contenido de SST en el efluente Alto contenido de SST en el efluente (algas), hasta 140 mg/L (aerobias) y 60 (algas), hasta 140 mg/L (aerobias) y 60 mg/L (aireadas)mg/L (aireadas)
•• RemociRemocióón de algas requiere procesos n de algas requiere procesos adicionales (filtraciadicionales (filtracióón, flotacin, flotacióón, plantas n, plantas acuacuááticas, humedales artificiales)ticas, humedales artificiales)
RemociRemocióón de patn de patóógenosgenos
•• Altamente eficientes en remociAltamente eficientes en remocióón de n de bacterias, parbacterias, paráásitos y virus, si los tiempos sitos y virus, si los tiempos de retencide retencióón son altos (> 20 dn son altos (> 20 díías).as).
•• RemociRemocióón = causa (muerte natural, n = causa (muerte natural, sedimentacisedimentacióón y adsorcin y adsorcióón)n)
ELIMINACIELIMINACIÓÓN ESPERADA DE N ESPERADA DE MICROORGANISMOSMICROORGANISMOS
Reducción de órdenes de magnitud oReducción de unidades logarítmicas
Proceso de tratamiento Bacterias Helminos Virus Quistes
Sedimentación primariasimple
0 - 1 0 - 2 0 - 1 0 - 1
Con coagulación previa 1 - 2 1 - 3 0 - 1 0 - 1
Lodos activados 0 - 2 0 - 2 0 - 1 0 - 1
Biofiltros 0 - 2 0 - 2 0 - 1 0 - 1
Zanja de oxidación 1 - 2 0 - 2 1 - 2 0 - 1
Desinfección 2 - 6 0 - 1 0 - 4 0 - 3
Laguna aireada 1 - 2 1 - 3 1 - 2 0 - 1
Lagunas deestabilización
1 - 6 1 - 3 1 - 4 1 - 4
Fuente: Feachem et al (1983) CEPIS/OPS
DiseDiseñño de Lagunas Facultativaso de Lagunas Facultativas
•• ParParáámetro de disemetro de diseñño: tasa de carga de DBO que o: tasa de carga de DBO que recibenreciben
•• Objetivo del diseObjetivo del diseñño: largos TRH y cargas o: largos TRH y cargas orgorgáánicas bajas para mantener condicinicas bajas para mantener condicióón n aerobiaaerobia
•• Si T>22Si T>22°°CC, posibilidades de resuspensi, posibilidades de resuspensióón de n de ssóólidos sedimentados (produccilidos sedimentados (produccióón anaerobia de n anaerobia de gas)gas)
•• Otros parOtros paráámetros: crecimiento/degradacimetros: crecimiento/degradacióón de n de poblaciones de algas, mezcla/viento, poblaciones de algas, mezcla/viento, TT°°
MMéétodos de Disetodos de Diseññoo
•• De carga superficialDe carga superficial
•• De flujo pistDe flujo pistóón con dispersin con dispersióón axialn axial
•• De mezcla completaDe mezcla completa
MMéétodo de carga superficialtodo de carga superficial•• TT°° ambiente promedio del mes + frambiente promedio del mes + fríío del ao del aññoo
•• Primera laguna : 40 Primera laguna : 40 KgKg/Ha/Ha--ddíía (Si T> 15a (Si T> 15°°CC))
•• Requiere la menor cantidad de informaciRequiere la menor cantidad de informacióónn
Temperatura promedio (°C)
Carga superficial de DBO recomendada para el diseño (Kg/Ha-d)
> 15 45 – 90 5 – 15 22 – 45
< 5 11 - 22
•• AireadoresAireadores mecmecáánicos flotantes (0.9 nicos flotantes (0.9 -- 1.9 1.9 kgkg/KW/KW--h).h).
•• Sistemas sumergidos de aireaciSistemas sumergidos de aireacióón por n por difusores (2.7 difusores (2.7 kgkg/KW/KW--h)h)
Sistema de Lagunas, Sistema de Lagunas, con Anaerobia Primariacon Anaerobia Primaria
Caja
derivadora
A
descarga
Laguna Anaerobia Primaria
Laguna Anaerobia Primaria
Laguna FacultativaSecundaria
Laguna FacultativaSecundaria
Laguna de Maduración
Sistema de Lagunas, Sistema de Lagunas, con Laguna Facultativa Primariacon Laguna Facultativa Primaria
De red de Alcantarillado Sanitario
Cajaderivadora
A descarga
Laguna FacultativaPrimaria
Laguna FacultativaPrimaria
Laguna de Maduración
Laguna FacultativaSecundaria
ComparaciComparacióón n –– Sistemas de TratamientoSistemas de Tratamiento
BajoMínimoBajoBajoAlto
Secundario o
terciario;
elimina
patógenos
Laguna facultativa 1aLaguna facultativa 2a
Laguna de maduración
BajoMínimoBajoBajoAlto
Secundario o
terciario;
elimina
patógenos
Laguna Anaerobias Laguna facultativa 2a
Laguna de maduración
AltoMínimo:
sólidosMedianoMedianoBajoSecundarioFiltros percoladores
Patio de secado de barros
MedianoMínimo:
sólidosMedianoMedianoBajoSecundario
Sedimentador primario
Filtros percoladoresSedimentador secundario
Digestor de barros
MedianoMínimo:
sólidosMedianoMedianoBajoSecundario
Tanque Imhoff
Filtros percoladoresSedimentador Secundario
BajoMedianoBajoBajoBajoPrimarioFosa SépticaSistema de Absorción
Tendencia a Problemas Operativos
Malos Olores
Costo de Operación
Costo de Construcción
Área Requerida
Nivel de TratamientoSistema de tratamiento
Costos sistemas de tratamientoCostos sistemas de tratamiento
$2.00 - $3.00$125 - $200Lagunas
$ 5.00 - $ 10$500-$2,500Barros activados
$3.00 - $5.00$175- $250Tratamiento primario,
Filtros percoladores, Tratamiento
de barros
$1.25 - $3.00$ 35 - $ 50Tanque séptico comunal
Costo mensual de operación por
familia
Costo de construcción /
familiaTipo de sistema
ÁÁrea agrrea agríícola regada con aguas cola regada con aguas residuales en Amresiduales en Améérica Latina (ha)rica Latina (ha)
CEPIS/OPS 2004CEPIS/OPS 2004
350,000350,000MMééxicoxico
2,4002,400PerPerúú
327,000 327,000 Colombia (*)Colombia (*)
74,00074,000Chile (*)Chile (*)
1,2001,200BoliviaBolivia
3,070 3,070 ArgentinaArgentina
(*) aguas residuales diluídas
GRANDES SISTEMAS DE LAGUNAS DE GRANDES SISTEMAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIESTABILIZACIÓÓNN
PAÍSESTADO
LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN(ha)
USA
Michigan
Muskegon 200,000 +
industria
1,900 688
Nueva
Zelanda
Auckland 900,000 2,400 530
Australia Melbourne 2’900,000 4,000 310
Argentina Mendoza 320,000 1,400 285
USA
California
Stockton 150,000 2,800 250
Brasil
Ceará
Fortaleza 200,000 +
industria
520 73
Brasil
Paraiba
Joao Pessoa 480,000 1,200 50
Ecuador Cuenca 250,000 2,200 45
Perú Chiclayo 350,000 800 40
PAÍSESTADO
LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN(ha)
USA
Michigan
Muskegon 200,000 +
industria
1,900 688
Nueva
Zelanda
Auckland 900,000 2,400 530
Australia Melbourne 2’900,000 4,000 310
Argentina Mendoza 320,000 1,400 285
USA
California
Stockton 150,000 2,800 250
Brasil
Ceará
Fortaleza 200,000 +
industria
520 73
Brasil
Paraiba
Joao Pessoa 480,000 1,200 50
Ecuador Cuenca 250,000 2,200 45
Perú Chiclayo 350,000 800 40
PAÍSESTADO
LUGAR HABITANTES CAUDAL (L/S) EXTENSIÓN(ha)
USA
Michigan
Muskegon 200,000 +
industria
1,900 688
Nueva
Zelanda
Auckland 900,000 2,400 530
Australia Melbourne 2’900,000 4,000 310
Argentina Mendoza 320,000 1,400 285
USA
California
Stockton 150,000 2,800 250
Brasil
Ceará
Fortaleza 200,000 +
industria
520 73
Brasil
Paraiba
Joao Pessoa 480,000 1,200 50
Ecuador Cuenca 250,000 2,200 45
Perú Chiclayo 350,000 800 40
Mendonca, 2000