GUIA DE PRACTICA N° 7: LAGUNAS DE OXIDACION EVALUACION 5.1.- ¿Cómo se construye una laguna de oxidación?
La laguna de oxidación se construye de la siguiente manera:
MATERIALES Y EQUIPO a) b) c) d)
Mapa de localización o mapa principal de alcantarillado. Dibujo del diseño de la laguna. Dibujo del diseño de la salida, entrada y terraplenes. Lista de materiales.
Si más de una laguna será construida se debe tener: ƒ
Diseño de la disposición del sistema sistema de lagunas. ƒ
Dibujos Dibujos de los sistemas sistemas de interconexión. interconexión. ƒ
Accesorios de los materiales a emplearse.
PREPARACIÓN 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 terraplén, todos los árboles, arbustos, grandes rocas y cualquier otro material que impida la construcción de la laguna. d) Quitar tierra vegetal o el césped del sitio y colóquelo en otro lado. Esto será utilizado más delante para acabar el terraplén.
MARCAJE DEL SITIO Y LOCALIZACIÓN DE TUBERÍA. A. Fijar las estacas de referencias, indicando los límites del fondo de la laguna, encuentre la elevación de cada estaca usando el nivel topográfico.
B. Medir la distancia y la elevación de las estacas de referencia, fije las estacas que indican los puntos en los cuales se va a comenzar a construir el terraplén y a excavar la laguna. Fijar las estacas indicando la localización de la tubería, esto elimina las porciones de reexcavación del terraplén.
EXCAVACIÓN DE LA LAGUNA Se comienza a excavar en las estacas de zonas interiores, hasta que se alcance la elevación inferior. La nivelación se comprueba con un nivel y la barra de un topógrafo.
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 raíces suaves de árbol, cávelos hacia fuera.
CONSTRUCCIÓN DE LOS TERRAPLENES a) Comenzar la construcción de los terraplenes como la laguna es excavada, los terraplenes se deben apisonar bien, con los lados inclinados según especificaciones de diseño. b) Deje los boquetes en el terraplén, en las localizaciones de la tubería. Puede también ser conveniente dejar unos o más boquetes amplios para el retiro del suelo excavado c) La parte superior del terraplén debe ser nivelada, bien apisonada, y por lo menos 1.0 m de ancho. La distancia de la tapa del terraplén al fondo de la laguna deberá ser igual a la profundidad del diseño de la laguna más 1.0 m.
COLOCACIÓN DE LA TUBERÍA a) Excavar las zanjas para las tuberías con la profundidad y las localizaciones del diseño. Los fondos de las zanjas deben ser bien apisonadas. b) Construya las bases cerca de los 0.5 m de alto para la tubería de entrada, de concreto o piedra. El propósito de las bases es levantar la tubería de entrada sobre el fondo de la laguna c) Construya las losas para las tuberías de salida, de co ncreto o de la piedra. El propósito de la losa es apoyar la tubería de salida y prevenir la erosión a la descarga
de las aguas residuales tratadas. Construir las losas bajo todas las localizaciones de la válvula. d) Colocar la tubería del alcantarillado y el mortero juntos. Instale las válvulas. Construya la salida vertical de acuerdo a la profundidad de la laguna. Deberá ser igual a la profundidad del diseño calculado por el diseñador del proyecto. Las secciones envueltas permitirán que la laguna se drene cuando sea necesario. e) Rellenar cuidadosamente las zanjas de las tuberías con suelo húmedo y apisonarlo.
TERMINADO DE LOS TERRAPLENES Completar cualquier boquete en el terraplén que fuera utilizado para poner la tubería o remover el suelo excavado. Apisonar a fondo la tapa y las pendientes y hacerlas uniformes con el terraplén existente. Alinear la pendiente del terraplén con las rocas y las piedras planas. Esto previene la erosión, debido a la acción de la onda durante la operación de la laguna. Las rocas y las piedras se deben colocar suavemente para conformarse con el diseño de la pendiente del terraplén. Evitar usar grava y los guijarros porque este material tiende mover la pendiente.
5.2.- ¿Cómo se administra una laguna de oxidación?
En cuanto a la administración, no basta con hacer simplemente un mantenimiento de limpieza, sino que es fundamental generar y conservar la biomasa correcta. Los microorganismos en su proceso de degradación, actúan como bio-polímeros, formando flock que al precipitar, forma un lecho bacteriano. Este lecho puede trabajar en forma anaeróbica, generando gas metano; cuando esto ocurre y la cantidad de gas supera a través de su presión el peso de los barros, éstos se liberan hacia la superficie, generando olor a pantano. Otras veces ocurre esto mismo cuando, debido al proceso de fermentación en los barros aumenta la temperatura; esto hace bajar la densidad del agua y se produce “la inversión” , o sea, suben los barros hacia la superficie. En este caso el beneficio es que se pone en contacto con el afluente crudo, una mayor cantidad de microorganismos contenidos en dichos barros. En un sistema administrado adecuadamente, se pu ede manejar la incorporación de distintas cepas microbianas; por ejemplo, podemos aplicar más bacilos para solubilizar los sólidos, o podemos detectar si necesitamos enzimas y de que tipo, según tengamos proteínas y/o grasas, y en qué cantidad se necesitan; de esta forma se logra que las otras bacterias tengan la eficiencia buscada para metabolizar la materia presente.
5.3.- ¿Qué problemas podría ocurrir, si no existe un correcto mantenimiento a las lagunas de oxidación?
Si bien el mantenimiento no requiere mano de obra intensiva, sí necesita controlarse adecuadamente la biomasa del mismo, de manera que pueda lograr el objetivo primordial de sanear el efluente para ser volcado a los cuerpos receptores sin contaminar Estos sistemas si no son correctamente mantenidos, transcurrido cierto tiempo de funcionamiento, comienzan a colapsar provocando sobrenadantes en superficie y emanaciones de olores desagradables. Esto a su vez, provoca el vuelco posterior a cursos de agua sin cumplir con los parámetros estipulados en las normativas vigentes. Generalmente estos problemas se deben a dos tem as fundamentales: • El diseño y construcción • La administración del sistema
5.4.- ¿Qué condiciones influyen en el funcionamiento de las lagunas de oxidación?
Condiciones que influyen en el funcionamiento de las lagunas de estabilización
La cinética de las reacciones, basado en un modelo cinético de primer orden con respecto al sustrato o el decaimiento bacteriano. El tipo de flujo hidráulico: modelo de flujo pistón con dispersión axial. La temperatura en las lagunas, que determina la velocidad de las reacciones. En las lagunas de estabilización y en las lagunas aireadas, como consecuencias de que son procesos donde la concentración de la biomasa es relativamente pequeña, el efecto de la temperatura sobre el proceso biológico es muy acentuado. Por ello, para el dimensionamiento de estos sistemas resulta de gran importancia contar con herramientas que permitan estimar, con la mayor exactitud posible, la temperatura esperable del líquido en el interior de la laguna. Una de las técnicas es el Balance calórico por conducción. La estratificación térmica, que afecta el buen funcionamiento, disminuyendo el volumen útil, provocando la sedimentación y posterior descomposición de las algas no móviles. La intensidad de la radiación solar, que ejerce una acción directa sobre la fotosíntesis (producción de oxígeno) y el decaimiento bacteriano.
ESTRATIFICACIÓN TÉRMICA El buen mezclado vertical, es una de las condiciones más importantes para el buen funcionamiento de estas unidades. Así, en las lagun as de estabilización, en particular en las lagunas facultativas, frecuentemente se generan zonas donde el líquido se encuentra estratificado térmicamente. La estratificación de líquido en las lagunas puede generar inconvenientes tales como:
Producción de zonas muertas y como consecuencia disminución del volumen útil. Disminución del transporte convectivo de oxígeno hacia las capas inferiores del líquido en la laguna. El deficiente mezclado facilita el desplazamiento de las algas móviles hacia las capas superiores del líquido, donde la radiación solar es más intensa, limitando la penetración de la luz solar hacia zonas más profundas del líquido. Las algas no móviles tienden a sedimentar, ubicándose en la zona inferior de la laguna donde la intensidad de la radiación solar es nula o muy baja, esto provoca una disminución de la actividad fotosintética global y una caída en la producción de oxígeno.
En la práctica, el único controlador de la estratificación térmica es la acción del viento sobre la superficie de la laguna. Los más importantes son:
Favorecer el mezclado, orientando el flujo del líquido en la dirección de los vientos predominantes, pero en sentido contrario. Si se decide emplear una barrera de árboles protectora ubicarla de manera tal que no interfiera con la acción de los vientos predominantes.
RELACIÓN SIMBIÓTICA ENTRE ALGAS Y BACTERIAS Durante las horas de luz solar, las algas llevan a cabo el proceso de fotosíntesis generando O2. Luego, parte de este oxígeno es empleado por los microorganismos heterótrofos para descomponer los compuestos orgánicos biodegradables en dióxido de carbono y amonio. Estos son asimilados por las algas, para su propia biosíntesis celular.
REMOCIÓN DE PATÓGENOS Remueven eficientemente microorganismos patógenos. El proceso de remoción en las lagunas de estabilización de los parásitos es la decantación. La remoción de las bacterias es a través de los siguientes procesos:
Radiación (UV) solar En las horas del mediodía, donde la intensidad solar es máxima, las concentraciones de oxígeno disuelto son altas, debido a la actividad fotosintética. El contenido de
oxígeno disuelto puede alcanzar los valores de saturación. El oxígeno es un oxidante. Su elevada concentración promueve la muerte de las bacterias. Durante las horas de luz solar, las algas llevan a cabo el proceso de fotosíntesis generando O2. Luego, parte de este oxígeno es empleado por los microorganismos heterótrofos para descomponer los compuestos orgánicos biodegradables en dióxido de carbono y amonio, los cuales son asimilados por las algas para su propia biosíntesis celular. De esta forma disminuye el contenido de CO2 en el agua, induciendo el aumento de pH en la laguna. En las horas de luz solar, el pH es alcalino. En cambio, durante la noche, como no hay actividad fotosintética, tanto las bacterias como las algas utilizan el oxígeno disuelto remanente de la fase diurna sintetizando dióxido de carbono y, tendiendo de esta manera a disminuir el pH del medio. Este cambio de pH de alcalino, durante las horas de sol, a ácido, durante la fase nocturna, promueve la muerte de las bacterias. Competencia natural entre algas y bacterias por ocupar los espacios. Las algas tienden a desplazar a las bacterias. A su vez, las algas generan sustancias bactericidas.
BALANCE HÍDRICO EN LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Las lagunas de estabilización deben ser diseñadas para que en cualquier condición climática el balance hídrico sea positivo. El nivel del líquido en las lagunas debe ser de tal magnitud que siempre se produzca la descarga del líquido efluente. Una disminución de la altura del líquido puede provocar problemas operativos con la aparición de olores, y favorecer el crecimiento de macrófitas sobre los terraplenes o en el fondo, las que, a su vez, van a facilitar la infiltración. Salida = Afluente – (Infiltración + Evaporación) Para que se produzca la descarga de efluente, las pérdidas de líquido por infiltración y evaporación deberán ser menor que el volumen ingresado con el afluente. Por lo tanto, la única manera de asegurar un balance hídrico positivo será controlando estas dos variables.
INFILTRACIÓN La variable que permite controlar la infiltración es la p ermeabilidad del suelo. La compactación del terreno es el método más adecuado. Si las características del suelo no permiten asegurar una adecuada impermeabilización por compactación, debe emplearse alguna otra técnica adicional: o o
o
Aplicación de una capa de suelo arcilloso Empleo de suelo – cemento Uso de geomembranas
EVAPORACIÓN Los principales factores que afectan a la evaporación del agua en estanques de poca profundidad son: temperatura del ambiente, velocidad del viento, humedad ambiente, presión atmosférica, salinidad del agua, y el área y forma del estanque que contiene agua. Como el proceso de evaporación depende principalmente de las condiciones climáticas prevalecientes en el lugar donde están instaladas las lagunas, prácticamente no existe forma de controlarla operativamente una vez que éstas están construidas. Por lo tanto, su eventual control deberá preverse durante la etapa de proyecto, por ejemplo mediante un aumento de la profundidad de las lagunas y disminuyendo la superficie de las mismas.
5.5.- En ciudades grandes y desarrolladas, ¿Cómo es el tratamiento de aguas residuales?
El tratamiento de las aguas residuales o aguas ne gras involucra una serie de pasos, cada uno de gran importancia en el proceso de depuración del agua de contaminantes obtenidos por su utilización en las diferentes actividades de la vida diaria. Dependiendo de las plantas de tratamiento de aguas residuales las etapas pueden variar ligeramente, sin embargo en la mayoría de estas el proceso realizado es el descrito a continuación. El primer paso es la filtración del agua para eliminar los residuos sólidos o de mayor volumen que puedan estar contenidos en el líquido. En este paso el líquido será pasado por diferentes etapas en las que se removerá toda la basura de diferentes tamaños, para que el agua pueda pasar libremente por las tuberías hacia las cámaras de depuración.
En la segunda etapa del proceso de depuración del agua residual, el líquido es colocado en tanques de sedimentación, en donde el estancamiento permitirá que se asienten los residuos en el fondo y se efectúe una clarificación primaria del agua que facilite el tratamiento posterior. Como siguiente proceso en el tratamiento de aguas residuales se utilizan procedimientos biológicos aeróbicos para promover la desintegración del material contaminante presente en el agua. Las bacterias que se desarrollan gracias al medio aérobico al que se expone el agua favorecen la eliminación de los residuos biológicos, con lo que se logra depurar en gran medida el líquido. Por último el agua es trasladada a cámaras finales de filtrado en donde se eliminan los últimos residuos que puedan permanecer en el líquido para ser trasladado a cámaras en las que se realizará el tratamiento a nivel químico. Este tratamiento puede incluir la aplicación de diferentes procesos, como filtración a través de carbón activado, aplicación de cloro o sometimiento del líquido a rayos ultra violeta. Este último paso dependerá de las disposiciones propias de la planta de tratamiento y del nivel de depuración que se pretenda conseguir en el vital líquido, así como de las condiciones específicas del medio ambiente en el cual será liberado procurando mantener la composición del afluente natural para no afectar al entorno en el que será introducida. El tratamiento eficiente de las aguas residuales permite dev olver el líquido al ambiente natural y reducir el impacto y contaminación producidos por el consumo de agua tanto en los hogares como a nivel industrial.
