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Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Agua

Módulo de Modelización y Simulación de Plantas de Tratamiento de Agua Prohibida toda reproducción parcial o total de este documento sin autorización Página 1 de 40

Lagunaje es un sistema de tratamiento de agua residual que emplea como soporte una laguna o grupo de lagunas construidas artificialmente. Este tipo de sistema se denomina, generalmente, como “Lagunas de estabilización” y se engloba dentro de las tecnologías "blandas" de depuración o de "bajo coste".

El agua residual se almacena en las lagunas durante un tiempo variable, que será función de la carga aplicada y de las condiciones climáticas. En estas condiciones, el agua residual se estabiliza mediante procesos físicos, químicos y fundamentalmente biológicos en los que intervienen numerosos microorganismos. Durante el proceso se generan flóculos que permiten separar la contaminación por decantación

El agua residual se somete a un proceso natural de tratamiento, basado en los mismos principios con que transcurre la autodepuración en ríos y lagos. El lagunaje es por tanto un sistema natural de tratamiento de aguas residuales en el que se consigue la estabilización de la materia orgánica, fundamentalmente, mediante la acción de distintos microorganismos

Estos sistemas son quizás los mas adecuados para pequeños municipios, que normalmente duplican su población en época estival. También son muy utilizadas para vertidos industriales con altos contenidos en materia orgánica



Ventajas de los sistemas de depuración por lagunaje respecto a los sistemas convencionales:Desde un punto de vista económico requieren costes bajos en construcción , bajo consumo energético o nulo, en su mantenimiento requieren mano de obra escasa y no necesariamente especializada. La generación de fangos es baja y no requiere su retirada en continuo

En cuanto a los rendimientos en depuración, la estabilización de la materia orgánica alcanzada es muy elevada y la eliminación de patógenos es muy superior a la conseguida por métodos convencionales. Normalmente, también se consigue la eliminación de quistes y huevos de parásitos intestinales

Por otro lado, tienen gran capacidad de acomodación a cambios de caudal y carga orgánica. También se pueden utilizar en el tratamiento de aguas industriales con altos contenidos en materia orgánica biodegradable: vertidos de centrales lecheras, mataderos, conserveras etc

Son sistemas de fácil adaptación al medio integrándose perfectamente en el ambiente rural, campos de golf, etc.. Pueden además utilizarse como sistemas reguladores para riego. La biomasa producida es potencialmente aprovechable

No obstante también presenta algunos; inconvenientes así, se requieren grandes extensiones de terreno (menor si el lagunaje es aireado), por ello no es un sistema adecuado en zonas donde el terreno adquiere costos muy altos

La presencia de abundante materia en suspensión en el efluente (fitoplancton), que puede entrar en putrefacción, unido a otra serie de factores, provocan que se puedan producir malos olores y proliferación de insectos



Esta clasificación se puede realizar en función de una serie de factores variables: 1.-de la concentración de oxígeno disuelto, 2.-de la forma de difusión del oxígeno en el agua3.-del grado de tratamiento del influente4.-de la forma de alimentación y descarga

1.- En función de la concentración de Oxígeno disuelto, el desarrollo biológico en las lagunas será diferente. Las bacterias causantes de la degradación de la materia orgánica también van a variar, lo que va a dar lugar a procesos de depuración biológica diferentes: aerobios, anaerobios o facultativos

La concentración del O2 disuelto, en el agua de los sistemas de lagunaje, depende de los siguientes factores: a.-Características del agua residual influente: Caudal, carga orgánica y naturaleza del vertido: Industrial, urbano o mixtob.-Estructura de la laguna: profundidad y superficiec.-Condiciones climáticas: temperatura, vientos dominantes, pluviosidad

2.- Dependiendo de la forma de difusión del O2, las lagunas se pueden clasificar en naturales y artificiales o aireadas. En las lagunas naturales el O2 se difunde de forma natural desde la atmósfera, esta difusión se favorece por los vientos que producen movimientos en las aguas. Si el O2 se introduce de forma mecánica las lagunas serán artificiales: lagunas aireadas

3.- Según el grado de tratamiento previo del influente (sin tratamiento, tratamiento primario o secundario) las lagunas se pueden clasificar en primarias, secundarias y terciarias o de maduración



4.- Considerando la forma de alimentación y descarga las lagunas se clasifican en: continuas, semicontinuas y lagunas de retención total.Las Lagunas continuas: son las más normales, en ellas la entrada y la salida del agua residual se produce de manera continua

En las Lagunas semicontinuas o de carga controlada: El agua residual sigue periodos de retención largos y normalmente se vacían dos veces al año. Estos sistemas se utilizan como sistema regulador de riegos.

En las Lagunas de retención total, el agua tratada se pierde por evaporación o por infiltración en el terreno, evitando el vertido a cauces públicos. Estos sistemas son normalmente lagunas de gran extensión superficial y poca profundidad para facilitar la evaporación

Una clasificación general considerando la mayoría de los parámetros mencionados seria:Lagunaje Natural (anaerobias o primarias; facultativas primarias o secundarias; aerobias o terciarias). Lagunaje Aireado (facultativas o primarias, aerobias o secundarias).

Lagunas anaerobias: se utilizan normalmente como primera fase en el tratamiento de las aguas residuales con altos contenidos en materia orgánica biodegradable, (aguas residuales urbanas y vertidos industriales de cerveceras, azucareras, lecheras, papeleras y explotaciones ganaderas), por tanto también se las puede considerar como lagunas primarias y naturales

El objetivo de las lagunas anaerobias es la reducción del contenido en sólidos y materia orgánica y no la obtención de un efluente de alta calidad. Como consecuencia de las altas cargas de materia orgánica a que están sometidas, toda la masa de agua se encuentra en condiciones anaerobias

Lagunas facultativas, son lagunas diseñadas en condiciones adecuadas para que desarrollen una zona aerobia, situada en la superficie de la laguna, y otra zona anaerobia situada en el fondo. Entre ambas zonas, se sitúa una intermedia, en la que se desarrollan bacterias facultativas, con opción de realizar procesos aerobios o anaerobios en función de



la concentración del O2 disuelto disponible

El objetivo de estos sistemas es obtener un efluente de la mayor calidad, al lograr una elevada estabilización de la materia orgánica, una apreciable reducción de nutrientes y una buena eliminación de patógenos (coliformes).

Lagunas aerobias, debido a que el influente que llega a estas lagunas contiene ya una carga baja en materia orgánica, la demanda de oxigeno es baja y por ello estas lagunas presentan un ambiente aerobio en toda la columna de agua

El objetivo de estas lagunas es la eliminación de patógenos, nitrificación de NH4

+, cierta eliminación de nutrientes, la clarificación del efluente y su oxigenación.

Una alternativa bastante utilizada es la laguna de aireación. Los sistemas de aireación se diseñan bien mediante sistemas mecánicos de turbinas o bien por difusores. De este modo se garantiza una oxigenación continua del agua residual, no dependiente de la luz solar.

Las ventajas de estos sistemas son la disminución del tiempo de retención, debido a una mejor oxigenación del agua y el aumento de la carga admisible. Además las lagunas aireadas se diseñan con la finalidad de eliminar los malos olores que se pueden producir en las lagunas naturales, tanto aerobias como facultativas



Procesos biológicos de degradación de la materia orgánica, en distintas condiciones ambientales (ausencia o presencia de O2 disuelto), en los sistemas de lagunaje

En las lagunas anaerobias y en el fondo de las lagunas facultativas, los procesos de depuración transcurren en condiciones anaerobias.En las lagunas aerobias y en la zona superior de las facultativas, los procesos de degradación de la materia orgánica se producen en condiciones aerobias

Procesos de degradación anaerobios: La degradación de la materia orgánica se realiza en tres etapas:1ª fase: Hidrólisis de los compuestos orgánicos2ª fase: acidogénica3ª fase: metanogénica

En la etapa hidrolítica se produce la conversión de los compuestos orgánicos más complejos e insolubles en agua (proteínas, polisacáridos, grasas y albuminoides) en otros más sencillos y solubles (péptidos, ácidos grasos y glicerina, azúcares). En la degradación intervienen distintos tipos de enzimas extracelulares: proteolíticas, lipolíticas y celulóticas

En la etapa acidogénica los compuestos orgánicos, generados en la etapa anterior, son utilizados por las bacterias acidogénicas que los trasforman en ácidos orgánicos (ácido acético, a. Propiónico, a. Butírico), CO2 y H2O. Esta etapa se realiza con gran rapidez y pueden intervenir bacterias anaerobias y facultativas. Los rendimientos obtenidos en reducción de DBO en esta etapa son pequeño

En la fase metanogénica las bacterias metanígeas (bacterias anaerobias estrictas) transforman los ácidos orgánicos, obtenidos en la etapa anterior en anhídrido carbónico y metano. Por tanto un síntoma de buen funcionamiento de las lagunas anaerobias es el desprendimiento de burbujas en su superficie debido a estos gases.



Esta fase es fundamental para la eliminación de materia orgánica ya que en este proceso el anhídrido carbónico y el metano producido se desprenden y así disminuye la DBO. Si la fase metanogénica no funciona bien se pueden formar sustancias no deseables que produces malos olores: Sulfuro de Hidrógeno, Escatol, Mercaptanos

Procesos de degradación aerobios: la oxidación biológica de la materia orgánica en condiciones aerobias, produce su mineralización pasando a compuestos inorgánicos oxidados

El O2 disuelto, que requiere el proceso aerobio, proviene de dos fuentes distintas en las lagunas de estabilización: a) De la actividad fotosintética de las algas que se desarrollan en medios ricos en materia orgánica y nutrientes. b) Del O2 atmosférico que se difunde en las aguas ayudado por la acción de los vientos

El O2 que procede de la actividad fotosintética de las algas permite a las bacterias aerobias degradar la materia orgánica eliminando CO2 , gas que van a utilizar las algas en el proceso de fotosíntesis, así las bacterias y las algas van a actuar en simbiosis

Ciclo Bacterias/Algas:

Las algas realizan el proceso de fotosíntesis produciendo oxígeno, utilizan en su metabolismo el anhídrido carbónico y los nutrientes producidos por las bacterias

Las bacterias utilizan el oxígeno suministrado por las algas para metabolizar la materia orgánica produciendo nutrientes (nitratos y fosfatos) y desprendiendo el anhídrido carbónico que utilizan las algas

El oxigeno que procede de la atmósfera y se difunde en el agua, es el responsable de mantener una cierta concentración en las lagunas cuando cesa la actividad fotosintética de las algas (en ausencia de luz).



Otros procesos que ocurren en las sistemas de lagunaje son los ciclos de los nutrientes (azufre, nitrógeno y fósforo) en el medio acuático. Procesos por los que se produce la transformación de unas formas en otras en las lagunas

En las lagunas anaerobias la reducción de los sulfatos a sulfuros metálicos producen la coloración gris típica del sulfuro de hierro, responsable del color gris o negro de los fangos. Además son inhibidores del crecimiento de algas (tóxicos y forman una capa en la superficie que impide el paso de la luz) favoreciendo el mantenimiento de las condiciones anaerobias dentro de este tipo de lagunas

En condiciones aerobias se produce la oxidación de los sulfuros a azufre elemental. Las bacterias que provocan este proceso suelen vivir en la zona donde entran en contacto el SH2 procedente del fondo y el oxígeno procedente de la superficie. La oxidación puede continuar de sulfuros hasta sulfatos

Estos últimos procesos se pueden llevar a cabo también en ambiente anaerobio por las bacterias fotosintéticas. En el diagrama aparecen representados todos estos procesos

El Nitrógeno en el agua residual se puede encontrar en las formas siguientes: N orgánico, N amoniacal (NH4

+),- (nitritos) y NO3- (nitratos). En las lagunas

anaerobias los NO2- y NO3

- pasan a N amoniacal (Desnitrificación)

En las lagunas aerobias se produce la nitrificación, transformación del N amoniacal a nitritos y nitratos, que sirven como nutrientes en el desarrollo de las algas. Esto se produce en 2 etapas, una lenta de paso de nitrógeno amoniacal a nitritos y otra rápida de paso de estos a nitratos



Los microorganismos utilizan el nitrógeno procedente del NH4

+ o de los NO3- y al incorporarlo al tejido

celular vuelven a la forma orgánica.Además, el N se almacena en los sedimentos al precipitar la materia orgánica y los microorganismos, luego se pueden regenerar por procesos anaerobios de hidrólisis y desaminación pasando a NH4

+.

El fósforo llega a las lagunas en forma de fósforo orgánico y ortofosfatos. Parte puede precipitar en forma de sales insolubles y otra parte puede ser asimilada por algas, bacterias (asimilación) y microorganismos (mineralización)

En la realización de un proyecto de lagunaje, influirán todas las limitaciones que puedan surgir tanto en su ejecución como en su funcionamiento. Es por ello que se deben realizar estudios previos a la implantación del lagunaje

Uno de los principales problemas de los lagunajes es la falta de estanqueidad de los depósitos que puede generar fuertes impactos en las aguas subterráneas. Por ello es preciso la realización de estudios geológicos, hidrológicos y topográficos como la facilidad de excavación, compactación y permeabilidad del terreno, profundidad de la capa freática, curvas de nivel, así como el perímetro de protección del lagunaje

Los lagunajes requieren grandes extensiones de terreno por lo que no se deben colocar allí donde el coste del suelo sea muy elevado. Se realizarán estudios en cuanto a las reglamentaciones hidráulica y locales referidas a la elección del terreno y quienes son los propietarios, origen de las aguas residuales, calidad de las aguas de vertido a los cauces públicos,



grado de depuración exigido, etc

Las condiciones climatológicas del lugar donde se va a construir el lagunaje tienen una gran influencia sobre el proceso. Se evaluará la pluviometría, evaporación, horas de sol, nubosidad, régimen de vientos, temperatura del agua y del aire de la zona, haciendo especial hincapié en sus variaciones estacionales

El dimensionamiento del lagunaje dependerá de las características propias del agua residual a tratar, se determinará la procedencia del vertido (urbano, industrial, agrícola, etc.), el caudal y sus variaciones horarias y estacionales, la concentración de materia orgánica, tóxicos y microorganismos que contiene, así como factores como el pH y la temperatura del vertido

Otros estudios dependerán de la geometría (tamaño y forma) y configuración del lagunaje propuesto. Se fijaran la disposición de las entradas y salidas del agua residual, el régimen de funcionamiento (mezcla completa o flujo pistón) etc. que permitan alcanzar los objetivos propuestos

Por último teniendo en cuenta la posible reutilización de las aguas depuradas, se debe evaluar la concentración de las aguas depuradas al caudal del cauce receptor, la posible recarga de acuíferos subterráneos, posible uso industrial, riesgos implícitos, etc..

En la presente sección se estudiarán como influyen los factores climáticos (temperatura, luz solar, viento, evaporación, lluvias, etc.) sobre la actividad de algas y bacterias en los sistemas de lagunaje



La temperatura presenta gran influencia en los procesos biológicos ya que la velocidad de depuración aumenta con la temperatura. Es por ello que en los países de climas fríos, los procesos de degradación son muy lentos en invierno, lo cual se debe tener en cuenta a la hora del diseño para evitar sobrecargas y mal funcionamiento

En las lagunas anaerobias también tiene gran importancia la temperatura, ya que las bacterias metanígenicas crecen mejor cuanto mayor es la temperatura, con un intervalo óptimo de crecimiento entre 30-35 ºC. Las lagunas anaerobias presentan una mayor actividad en verano, lo que se comprueba por el aumento del burbujeo en su superficie

En las lagunas aerobias y facultativas se ha detectado que la actividad fotosintética de las algas se ve mermada con temperaturas superiores a 28 ºC, esto es debido a que a altas temperaturas se favorece el crecimiento de las algas cianofíceas menos productivas que las algas verdes, que unido a la gran actividad de las bacterias a altas temperaturas, produce grandes consumos de oxígeno, pudiendo desarrollarse zonas anaerobias

Las lagunas aerobias no se suelen utilizar en países de climas muy fríos debido a que en invierno pueden llegar a congelarse parando completamente la actividad biológica sobre el agua residual

La concentración de oxigeno que se alcanza por difusión está condicionado por la temperatura, así la solubilidad del oxígeno en agua es menor al aumentar la temperatura

La luz solar tiene una gran importancia en las lagunas aerobias y facultativas sobre todo por la actividad fotosintética de las algas. La velocidad de crecimiento de las algas depende de la intensidad de la luz y esta varia a lo largo del día y del año. Los valores de pH y oxígeno disuelto varían con la luz solar siendo máximos a media tarde y mínimos por la noche



Los vientos favorecen la difusión del oxígeno a capas más profundas y su efecto de mezcla evita la estratificación térmica. Por otro lado la fuerte aparición de viento provoca olas y problemas de flujo. Es importante diseñar la laguna intentando que el efecto del viento no produzca corrientes superficiales, estratificación si actúan como cortavientos, ect., estudiando la posición de los taludes y de los árboles

Las lagunas anaerobias al carecer de agitación y tener poca superficie, el aporte de oxígeno atmosférico puede considerarse despreciable, debido a que la difusión de este gas en la columna de agua es muy lenta

La evaporación solo se debe tener en cuenta en países muy cálidos y secos, ya que una fuerte evaporación puede producir un aumento de la concentración de los sólidos del agua almacenada. Este aumento de salinidad resulta perjudicial si el efluente del lagunaje se reutiliza en filtros verdes

Las fuertes precipitaciones provocan aumento del caudal y disminución del tiempo de residencia. Las lluvias torrenciales dan lugar a fuertes turbulencias que favorecen la oxigenación superficial de la laguna, pero a su vez provocan una mayor demanda de oxígeno debido a los sólidos arrastrados por el agua de lluvia y los sedimentos de las lagunas que se mezclan en la columna de agua.

La caída de tormentas, los días cálidos de verano, producen un enfriamiento superficial de las lagunas, con lo que se crea una capa de inversión que favorece el desprendimiento de los fangos del fondo de la laguna hacia la superficie. Este efecto se conoce como "turnover (rotación)"



Las principales variables de dimensionamiento son el caudal, la carga orgánica y el tiempo de retención hidráulico, así como sus relaciones

El caudal de entrada a la laguna dependerá de los aportes de aguas residuales, de los aportes esporádicos procedentes de precipitaciones atmosféricas y los aportes extraños procedentes de manantiales, fuentes, infiltraciones, etc. Por otro lado existirán perdidas debido a la evaporación principalmente

El caudal que entra en la laguna tiene variaciones horarias y estacionales. Las variaciones diarias modifican el volumen efectivo de la laguna, a fin de mantener constante el tiempo medio de residencia del agua dentro de la laguna. Sin embargo, las variaciones estacionales pueden provocar en determinadas épocas del año, modificaciones del tiempo permanencia dando lugar a efluentes de mala calidad

La concentración de materia orgánica del agua residual que entra en la laguna determinada por la DBO5 por habitante y día recibe el nombre de "carga orgánica". La concentración de materia orgánica por unidad de volumen (m3) se denomina "carga volúmica" y por unidad de superficie (hectárea) "carga superficial".

La carga orgánica que entra en la laguna también varía con las horas del día y con las estaciones del año, mostrándose como sistemas eficaces incluso con fuertes fluctuaciones de carga, debido al alto tiempo de permanencia del agua dentro de las lagunas.



Las lagunas anaerobias suelen ser utilizadas como lagunas primarias debido a que una abundante carga orgánica, da lugar a que el oxígeno introducido en las lagunas con el influente o por reaireación superficial se consuma rápidamente en la zona inmediatamente adyacente a la entrada o a la superficie

Si la carga orgánica en las lagunas anaerobias es insuficiente suele aparecer sobre la superficie de la laguna un color rosa o rojo. Esto es debido al desarrollo de unas bacterias fotosintéticas de azufre que se ven favorecidas por esta baja carga frente a las bacterias acidogénicas y metanogénicas

La carga orgánica en las lagunas anaerobias suele expresarse como carga volúmica, ya que los fenómenos superficiales no tienen gran importancia en la degradación anaerobia. Estas cargas volúmicas suelen oscilar entre 50 – 500 g DBO5/m3 día

En cambio en las lagunas facultativas y aerobias tienen gran superficie y poca profundidad, la carga orgánica se suele expresar como carga superficial con valores típicos en España de 50 - 150 kg DBO5/Ha día para las lagunas facultativas y 60 - 120 kg DBO5/Ha día para las aerobias

Es importante cuando se diseñan las lagunas calcular el tiempo necesario de actividad biológica para que se alcance un determinado grado de depuración. Este tiempo denominado tiempo de retención hidráulico se calcula dividiendo las dimensiones de la laguna por el caudal de agua a tratar que recibe

Esta variable es muy importante en las lagunas anaerobias, si las balsas operan con tiempos de retención pequeños, sólo la fase hidrolítica y acidogénica tienen tiempo de desarrollarse, pero no la de formación de metano, que es más lenta, dando lugar a malos olores y baja eliminación de materia orgánica

Por otro lado, si la carga es escasa y el tiempo de retención elevado, comienzan a desarrollarse algas en superficie, y el oxígeno producido da lugar a la muerte de las bacterias metanígenicas, dando lugar a olores desagradables



También es importante citar que en las lagunas anaerobias los sólidos orgánicos sedimentados pueden, por hidrólisis, romperse en unidades de cadenas más cortas, pasando a suspensión o incluso disolución. Si actúa como laguna primaria seguida de facultativa o aerobia, se debe favorecer un tiempo de retención tal que se favorezca este proceso conocido como "feedback".

Por ello hay que ajustar cuidadosamente el tiempo de retención, de modo que las fases metanogénicas y acidogénicas estén equilibradas y no haya desarrollo de algas en la superficie. El tiempo de residencia para estas lagunas variara entre 2 – 50 días y dependiendo de la naturaleza del vertido y del clima.

Las lagunas facultativas y aerobias tienen tiempos de retención elevados debido a su utilización en la estabilización de la materia y la eliminación de microorganismos patógenos. Sus valores típicos son entre 10 - 30 días y entre 10 - 40 días respectivamente

Las dimensiones de las lagunas naturales se deben diseñar en función de las condiciones más desfavorables. Estas condiciones suelen ser en invierno donde la temperatura y la cantidad de luz solar que recibe la laguna disminuyen. Esto se compensa con el aumento del tiempo de retención hidráulico, lo que implica un aumento del nivel de líquido en la laguna y por tanto de sus dimensiones.

Algunas lagunas se diseñan contando con un sistema de aireación pero en otras éste se incorpora si recibe más carga de la que puede procesar. Las lagunas aireadas se diseñan para tiempos de retención más cortos, mayores afluentes o las dos cosas. Las lagunas aireadas pueden soportar valores de carga orgánica 10 veces mayores que las lagunas naturales



Según las dimensiones de las lagunas, superficie y profundidad, se producen diferentes tipos de procesos anaerobios o aerobios. Las procesos anaerobios se producen en los fondos de lagunas profundas, mientras que los procesos aerobios se producen en la superficie de lagunas

Las lagunas anaerobias son lagunas con profundidad media a alta y poca superficie, esto confiere una serie de ventajas como son una mejor conservación del calor, disminución de los requerimientos de terreno, disminución del arrastre de sólidos mejorando su compactación y una oxigenación restringida, tanto por difusión como por efecto de los vientos

Por otro lado estas lagunas tienen menor coste de mantenimiento, debido a que el fango se acumula durante largos periodos de tiempo (3 a 6 años) favoreciendo su mineralización y disminuyendo también sus costes de vaciado y limpieza. Tienen además mayor flexibilidad de operación permitiendo establecer distintos tipos de circulación y modificar los tiempos de tratamiento si fueran necesarios

Las lagunas facultativas son menos profundas que las anaerobias (1 a 2 metros). En la zona profunda al estar en condiciones anaerobias se produce la degradación de compuestos orgánicos, sedimentos de algas muertas y microorganismos generando nutrientes solubles que se reincorporan a la superficie y contribuyen a la actividad biológica de esta

Las lagunas aireadas suelen medir de 2,5 a 5 m de profundidad. Las lagunas aireadas son más profundas que las no aireadas para que la agitación no levante los lodos del fondo

La circulación del agua a través de la laguna también depende de la forma y tamaño de ésta, la situación de las entradas y las salidas, de la velocidad y dirección de los vientos dominantes y de la aparición de diferencia de densidades dentro de la laguna



Se deben evitar anomalías como la aparición de zonas muertas y cortocircuitos. Las zonas muertas son partes de la laguna en las que el agua permanece estancada durante largos periodos de tiempo, alterando los valores teóricos de permanencia del agua. Los cortocircuitos son las partes de la laguna en las que el agua siguiendo líneas preferenciales permanece en la misma un tiempo inferior al teórico

En las zonas muertas se produce una menor velocidad de circulación, por lo tanto, un mayor tiempo de retención que provoca una mayor sedimentación de los sólidos en suspensión. Pero el volumen efectivo de la laguna es menor, siendo también menor el tiempo medio de permanencia, disminuyendo la eficacia de la laguna

Las zonas muertas tienden a formarse en sitios poco profundos, áreas hidráulicamente rugosas, márgenes, esquinas o áreas situadas detrás de pantallas u otros obstáculos. Por otro lado, la velocidad a la que circula el agua es mayor en la superficie, que en el fondo y en las orillas, debido al rozamiento producido

El viento tiene una gran influencia en las zonas muertas y en la dispersión del agua en las lagunas poco profundas. La velocidad y dirección del viento provocan cambios en los flujos, así por ejemplo, la dirección el viento en contra del flujo de la laguna establece condiciones de mezcla completa y aumento del volumen teórico de la laguna

La densidad del agua cambia con la temperatura provocando que en los meses de verano, en lagunas profundas, las capas de agua más calientes, menos densas, "floten" sobre las frías. Este fenómeno conocido como estratificación térmica produce que no se mezclen unas capas con otras, y el agua vertida sólo se mezcle con la capa de agua de similar temperatura y densidad, siendo el tiempo de residencia menor que el de diseño, presentando efluentes de mala calidad con concentraciones altas de materia orgánica

En algunos casos se produce una recirculación de parte del efluente de la laguna consiguiendo por un lado un mayor grado de mezcla y por otro suministrar una siembra de microorganismos adaptados a las condiciones de la laguna. También produce efectos contraproducentes como turbulencias que dan lugar al mantenimiento de sólidos en suspensión.



Otras variables que afectan a los procesos biológicos que suceden en los lagunajes tienen que ver directamente con las características del agua residual vertida, así factores como el pH, la concentración en sólidos, la presencia de sustancias grasas o detergentes, metales pesados, etc. influyen gravemente en estos procesos

Las bacterias anaerobias crecen en rangos de pH estrictos de 6,8 a 7,4. Los vertidos ácidos o básicos provocan fuertes olores debido a la mortandad de las bacterias

El pH de las lagunas facultativas oscila entre 7,5 a 8,5. Este depende por un lado de la actividad fotosintética del fitoplancton, así las algas al consumir anhídrido carbónico en la fotosíntesis y producen un aumento del pH. Y por otro lado de la degradación de la materia orgánica por las bacterias produciendo anhídrido carbónico que causa una disminución del pH

La aparición de espumas y flotantes puede indicar la presencia de concentraciones elevadas de detergentes y grasas en el agua, por lo que se debe dotar a estas instalaciones de cámaras de grasas

La formación de espumas o costras en superficie es normal en las lagunas anaerobias. Esto, en general, es beneficioso ya previene las perdidas de temperatura, sobre todo en climas fríos, así como la liberación de los malos olores e impiden la difusión del oxígeno favoreciendo el ambiente interior totalmente anaerobio

En cambio en las lagunas facultativas y aerobias dificulta la transferencia de oxígeno atmosférico al agua favoreciendo las condiciones anaerobias y resultando perjudicial para el desarrollo del proceso de depuración



Las cámaras se pueden utilizar entre las lagunas anaerobias (pretratamiento) y las facultativas y/o aerobias para ajustar el nivel del agua en la laguna, subiendo o bajando la tubería vertical modificando el nivel de la laguna y con ello el tiempo de retención hidráulico

En este mismo sentido, se debe proveer a la laguna de tamices, rejas o pantallas que eliminen la arena y los materiales gruesos en la entrada y salida del sistema, ya que por un lado, es más barato y sencillo la limpieza del pretratamiento que quitar los sedimentos de la laguna y por otro, se debe evitar el paso de sólidos a la siguiente laguna o al cauce receptor

Por último,los residuos tóxicos pueden frenar el tratamiento o pararlo definitivamente. Así los metales pesados, el cianuro o los fenoles pueden llegar a la laguna a partir de residuos industriales y esto puede ocasionar que el efluente del lagunaje sea de mala calidad y que sustancias no deseadas pasen a las aguas receptoras

Como se indico anteriormente, las lagunas anaerobias se diseñan en función de la carga volúmica y el tiempo de retención. La carga volúmica definida como kilos de alimento que entra por metro cúbico de tanque, oscila según estudios empíricos entre 100 g DBO5/m3día en zonas de estación fría a 400 g DBO5/m3día en zonas cálidas

Así, el volumen se puede calcular en función de la materia orgánica y el caudal medio de entrada a la laguna



El tiempo de retención hidráulico debe ser tal que permita la sedimentación de los sólidos sedimentables, la solubilización de los sólidos sedimentados biodegradables y la degradación de los sólidos mediante reacciones de metanogénesis

El proyectista debe contrastar el valor obtenido anteriormente del volumen, con el tiempo de retención del agua en la laguna. La Organización Mundial de la Salud (OMS) propone que para temperaturas alrededor de 22º C, un tiempo de retención hidráulico de 5 días

Aunque la depuración en medio anaerobio es independiente de los fenómenos de superficie, se recomienda que la superficie unitaria de las lagunas no supere una hectárea (evitar reaireación superficial, perdidas de calor, etc.), poniéndose tantas lagunas en serie como superficie total necesitemos

La superficie total en hectáreas va a depender de la carga orgánica superficial, diseñándose generalmente para aguantar cargas de 200 Kg. DBO5/Ha día en invierno y 400 Kg. DBO5/Ha día. Estos valores son orientativos debido a la menor importancia de los procesos de superficie

Por ello, es más importante la profundidad de las lagunas, que para ser anaerobias tienen que tener una profundidad comprendida entre 2 y 6 metros considerándose como optimo 4 metros. Se suele calcular la superficie de la laguna en función de la profundidad

La OMS recomienda poner dos lagunas en paralelo para asegurar la continuidad de operación en caso de limpieza. Se recomienda que la limpieza se lleve a cabo cuando el volumen de fango acumulado es igual a la mitad del volumen de la laguna

La frecuencia de la operación de limpieza se calcula en función de los litros acumulados por habitante-equivalente. Este valor oscila alrededor de los 40 litros de fango por habitante y año



El rendimiento de estos sistemas depende de la temperatura y del régimen de funcionamiento (flujo pistón o mezcla completa). El modelo generalmente empleado para climas fríos y templados es el de mezcla completa (el agua entra en el centro de la laguna), donde la velocidad de degradación de la materia orgánica es una ecuación cinética de primer orden

En cuanto a los climas tropicales (mayor de 30º C) se utiliza el modelo empírico obtenido en el estudio de las reacciones anaerobias de las fosas sépticas de Estados Unidos (Middlebrooks) y Zambia (Vincent)

Por último, destacaremos que siempre se deben diseñar y dimensionar los tanques para las condiciones más adversas (invierno generalmente). Las constantes de degradación se deben calibrar para las condiciones particulares de cada sistema de depuración

Existen numerosos modelos de diseño de las lagunas facultativas propuestos por distintos autores. Estos modelos los podemos clasificar en modelos teóricos o racionales y modelos experimentales o empíricos

Los modelos empíricos consisten en relaciones matemáticas sencillas deducidas de las observaciones experimentales realizadas en lagunas ya instaladas o plantas semi-piloto en distintas condiciones climatológicas y de alimentación



Los modelos teóricos consisten en relaciones matemáticas obtenidas para intentar ofrecer una explicación racional en términos de balances de materia, energía, cinéticos, etc., a los procesos que ocurren en las lagunas. A continuación se exponen en esta sección los modelos teóricos o racionales más utilizados.

Estos modelos teóricos se fundamentan en hipótesis restrictivas que facilitan en gran medida los cálculos. Estas hipótesis son: Régimen de flujo ideal (mezcla completa o flujo pistón) sin tener en cuenta sedimentaciones parciales u otros fenómenos que ocurren en las lagunas; Régimen de funcionamiento estático (estado estacionario) tanto en caudal como en carga; Cinéticas de degradación de los compuestos del agua residual de primer orden

Marais (1970) y Eckenfelder (1972) desarrollan el modelo basado en una hipótesis de mezcla completa, estado estacionario y cinética de degradación de la materia orgánica de primer orden.

Uhlmann (1979) desarrollo este mismo modelo para reactores de mezcla completa en serie, teniendo en cuenta las mismas restricciones de estado estacionario y cinética de degradación de la materia orgánica de primer orden

Thirumurthi (1974) estudio el diseño basado en las hipótesis de flujo pistón, estado estacionario y cinética de degradación de la materia orgánica de primer orden

Pero como el régimen de flujo en las lagunas es no ideal, Thirumurthi (1974) y Uhlmann (1979) sugieren el desarrollo de un modelo de una laguna sujeta a flujo de dispersión, estado estacionario y cinética de degradación de la materia orgánica de primer orden.



Estos modelos teóricos implican la aproximación a un régimen de flujo ideal y normalmente su aplicación conduce a lagunas sobredimensionadas. Generalmente se utilizan para obtener el tiempo de retención hidráulico del agua en las lagunas a partir del rendimiento requerido por las normativas vigentes. El tiempo de retención hidráulico no debe ser superior a 15 días

Las dimensiones de las lagunas se calculan a partir del tiempo de retención hidráulico, se adoptará el valor mayor del tiempo de retención hidráulico para alcanzar el rendimiento requerido, generalmente en invierno. La superficie se calculara en función de la profundidad (1 a 2 metros) y no deberá superar las 4 hectáreas

Otra variable muy importante es la constante de velocidad. La constante de velocidad depende de la naturaleza del agua residual y de la temperatura. Normalmente se considera únicamente dependiente de la temperatura, utilizando una modificación de la ecuación clásica de Arrhenius, valida para pequeños intervalos de temperatura como los que hay en las lagunas (5 - 30ºC).

Otros autores, Thirumurthi (1974), introducen en la constante de velocidad factores como la toxicidad, la intensidad luminosa o las características hidráulicas de la carga aplicada

Aunque hay valores en bibliografía tanto de k20 como de θ que pueden tomarse como referencia, es necesario determinar el valor de k experimentalmente o en planta piloto, a fin de calibrar el modelo

En los siguientes diaporamas se explicarán los modelos empíricos para el cálculo de estos sistemas.



Los métodos basados en datos experimentales más utilizados son los que se fundamentan en la carga máxima admisible por unidad de superficie. El modelo calcula el volumen y la superficie de la laguna en función de la carga superficial (kg DBO5/Ha.día).

El criterio más utilizado por los proyectistas es considerar que la carga superficial máxima admisible dependerá del tiempo atmosférico. Siempre se dimensionara la laguna para el mayor valor de volumen obtenido en las distintas hipótesis ambientales propuestas

Otros métodos empíricos, basados en la carga superficial, consisten en modelos obtenidos de datos de lagunas reales y que servirán para dimensionar lagunas que operen en condiciones similares. El modelo de la Organización Mundial de la Salud (OMS), deducido a partir de las observaciones en las lagunas de la India, relaciona la carga superficial máxima admisible con la latitud de la laguna

En el mismo sentido, McGarry y Pescod (1970) proponen un modelo en donde la carga superficial máxima admisible varia en función de la temperatura media mensual del aire en grados Farenheit.

Para el diseño el modelo anterior toma el valor de temperatura media para el mes más frío, por lo que el valor de carga máxima admisible estaría dentro del límite de lo tolerable al menos durante un mes al año. Para evitar problemas de anaerobiosis Mara (1976) modifica el modelo anterior introduciendo un factor de seguridad

El modelo publicado por el Banco Mundial, al igual que los anteriores autores, se basa en la variación de la carga superficial con la temperatura del aire en el mes más frío

Las observaciones en lagunas Sudafricanas por Shaw y Marais proponen completar el modelo teórico de mezcla completa y cinética de degradación de primer orden, calculando, a partir del modelo experimental de la figura, la carga orgánica en el efluente en función de la profundidad. Este modelo solo se debe utilizar para temperaturas próximas a los 35º C



Otros autores como Oswald o la EPA (Agencia de protección medioambiental americana) proponen modelos para el cálculo de la carga máxima admisible en función de la radiación solar

Larsen (1974) propone un modelo para el calculo del área necesaria de la laguna en función de una reducción prefijada en materia orgánica. Este modelo incluye numerosas variables como la intensidad de la radiación solar, la temperatura media en invierno, la velocidad del viento, etc

Por último, citaremos un modelo muy utilizado que desarrollo Gloyna (1973) a partir de numerosos experimentos en lagunas y ensayos de laboratorio. Este autor, teniendo en cuenta los altos tiempos de retención de estos sistemas, propone utilizar como variable de diseño la DBO5 a tiempo infinito

Las lagunas aerobias o de maduración se diseñan fundamentalmente para eliminar bacterias patógenas y reducir la concentración de materia orgánica a niveles mínimos, ya que la mayoría de esta materia orgánica ha sido estabilizada en las lagunas anaerobias y facultativas previas

El diseño, por lo tanto, se basara en los modelos de eliminación de estas bacterias, representadas generalmente por medio de las coliformes fecales. El modelo recomendado (Mara 1976, OMS, 1987) se basa en suponer que la laguna se comporta como un reactor de mezcla completa donde la cinética de eliminación de los patógenos es de primer orden

La constante de la velocidad (kb) de eliminación de coliformes dependerá de la temperatura, de la intensidad luminosa y de la salinidad. El modelo más utilizado es el que se muestra en la figura y solo depende de la temperatura



Aunque la intensidad luminosa y la salinidad no suelen considerarse en el diseño, Chamberlin y Mitchell (1978) introdujeron el factor de la intensidad luminosa en su modelo.

Lantrip (1983) desarrollo una ecuación alternativa, ya que en el modelo anterior, la velocidad específica se anula en la oscuridad. Este modelo expresa la velocidad específica en función de la temperatura, la intensidad luminosa y la salinidad.

Otros autores (Mara, 1976) adoptan un valor constante para la constante de velocidad (kb), que depende unicamente del microorganismo que se considere. Así, los valores más utilizados son kb = 2 d-1 para la Escherichia Coli y kb = 0,8 d-1 para la Salmonella Typhi

El tiempo de retención hidráulico de la laguna está condicionado por el grado de depuración bacteriana que se quiere lograr. La OMS recomienda que al menos el tiempo sea de 5 días se se considera una sola laguna y 3 días si hay dos o más lagunas

Los factores de superficie (luminosidad, reaireación, etc.) son muy importantes en este tipo de lagunas que tendrán gran superficie y poca profundidad. La superficie de la laguna no debe superar las 4 hectáreas y la profundidad estará comprendida generalmente entre 0,8 y 1,2 metros, considerándose como óptimo 1 metro

En el diseño otro factor importante es la carga orgánica superficial máxima admisible, valores que oscilan entre 120 kg DBO5/Ha día para estaciones templadas y cálidas y 40 kg DBO5/Ha día para estaciones frías prolongadas

Para el cálculo de los rendimientos de estas lagunas se pueden utilizar los modelos antes citados para las lagunas facultativas



Las lagunas aireadas son depósitos donde el agua residual es sometida a aireación mediante aireadores superficiales o difusores. La turbulencia creada por los sistemas de aireación suministra oxígeno y provoca que el contenido del depósito se mantenga en suspensión favoreciendo el contacto de las bacterias sobre la materia orgánica

Los sólidos una vez eliminada la mayor parte de la materia orgánica se deben eliminar por decantación antes de la descarga del efluente, por lo que un decantador suele ser habitual en estos sistemas. Este lagunaje es similar a un proceso fangos activos sin recirculación

Otra variación es una laguna aireada facultativa y de mezcla incompleta, es decir, la laguna es lo suficientemente profunda para evitar que los sólidos del fondo sean removidos, creándose una zona anaerobia en el fondo que actúa como decantador

Las consideraciones de diseño de las lagunas aireadas son las características del efluente (eliminación de DBO5 y SS), el efecto de la temperatura, la demanda de oxígeno, la demanda energética para el mezclado y aireación, la generación de fangos, así como su separación

Una laguna aireada poco profunda (aerobia) se diseña como un reactor de mezcla completa sin recirculación con una cinética de eliminación de la materia orgánica (DBO5) de primer orden y en estado estacionario. Suponiendo condiciones adecuadas (pH, nutrientes, etc.) la velocidad de eliminación es función de la naturaleza de las aguas residuales, del tiempo de residencia y de la temperatura

En el caso de las lagunas aireadas profundas (facultativas), se debe considerar un aumento de la materia orgánica soluble debido a la degradación anaerobia y solubilización de los sólidos depositados en el fondo de la laguna. Eckenfelder y Ford introducen unos factores de corrección iguales a 1,2 en verano y 1,05 en invierno



Como podemos observar en el modelo a medida que aumenta el tiempo de retención aumenta el rendimiento de eliminación de la materia orgánica. El dimensionamiento dependerá de la calidad final del efluente. Habitualmente se considera un tiempo de retención comprendido entre 2 y 6 días, aunque en algunos casos de climas fríos este puede ser superior

El porcentaje de eliminación de materia orgánica deseado depende también de la constante de velocidad “k”. El valor de k depende del tipo de agua residual , de la clase de laguna, de la carga orgánica y del tiempo de retención. Existen en bibliografía numerosos estudios para la determinación del valor de k

Estos valores de la bibliografía pueden tomarse como referencia, pero es conveniente determinar el valor de k experimentalmente o en planta piloto, así como una vez construida la laguna aireada, a fin de calibrar el modelo

La constante de velocidad “k” también depende de la temperatura. La temperatura influye en la actividad biológica, de tal manera que a medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de reacción (valor de k) y por tanto el rendimiento. El efecto de la temperatura se evalúa mediante la ecuación clásica de Arrhenius.

La temperatura influye también en la velocidad de transferencia de gases y en las características de sedimentación de los sólidos biológicos. Se puede estimar la temperatura del agua de la laguna con el modelo de la figura obtenido a partir de un balance de energía. El factor “f” incorpora los coeficientes de transferencia de calor entre el ambiente y la laguna (depende de la potencia aplicada, viento, radiación solar, grado de humedad, geometría de la laguna, etc.) y es difícil de determinar

Las dimensiones de la laguna se pueden calcular en función del tiempo de retención y el caudal. La superficie se puede calcular en función de la profundidad que dependerá del sistema de elección elegido. Para lagunas aireadas poco profundas, el valor de la profundidad esta entre 2 y 3,5 metros para sistemas mecánico superficial y 3,5 para difusores. Para lagunas aireadas facultativas pueden tener profundidad de hasta 5 metros



El oxígeno requerido por los microorganismos para la degradación biológica de la materia orgánica disuelta es proporcional a la cantidad de materia orgánica eliminada, ya que el oxígeno consumido por los sólidos en suspensión se considera despreciable. El valor de “a” es un valor experimental que depende de la naturaleza del agua residual y variara entre 0,7 para aguas domesticas y 1,4 para aguas industriales

El oxígeno requerido por los microorganismos es suministrado por los equipos de aireación superficial o por difusores. El rendimiento de estos equipos o tasa de transferencia real de oxígeno al agua se debe corregir para el diseño teniendo en cuenta factores como la temperatura altitud, la naturaleza del agua residual, etc.

La demanda de energía o potencia necesaria requerida por estos equipos será utilizada para suministrar oxígeno al agua y para realizar la mezcla. La potencia requerida para la aireación será la relación entre el oxígeno requerido y la tasa de trasferencia real de oxígeno del equipo

El valor de energía (Kw o CV) necesarios para la aireación serán comparados con los valores de potencia requeridos para la mezcla y se optara por aquel valor que sea superior. Hay múltiples modelos en bibliografía para calcular la demanda energética para la mezcla dependiendo del sistema de aireación y del tipo de laguna

La concentración total de sólidos que saldrán de la laguna en el efluente se puede estimar igual a la concentración de sólidos en suspensión en la entrada de la laguna más los sólidos en suspensión volátiles o biomasa producida, convertidos en sólidos totales. Generalmente se supone un porcentaje del 80% de los sólidos volátiles en los sólidos de la laguna

La concentración de biomasa producida (SS en el licor mezcla) o concentración de microorganismos en el reactor es función de la cantidad de DBO5 eliminada y elcoeficiente de producción o crecimiento de los microorganismos. El modelo se obtiene de un balance de masas considerando la síntesis neta que se produce en la laguna (crecimiento – eliminación).

Por último destacar que las lagunas aireadas se construyen con pendientes en los taludes de tal manera que el área superficial es mayor que el área del fondo de la laguna. Los modelos mostrados permiten verificar el volumen de la laguna y el cálculo de sus correctas dimensiones.



Otras modalidades de lagunaje son los sistemas de plantas acuáticas, lagunas de aireación natural en cascada, las lagunas de infiltración o los lagunajes profundos

Los sistemas de plantas acuáticas consisten en lagunas donde las plantas macrofitas (lentejas de agua, jacintos de agua, vellorita, etc.) absorben e incorporan dentro de su estructura los compuestos presentes en el agua residual, contaminantes y/o nutrientes, favoreciendo la restauración de la calidad del agua

Dentro del grupo de las plantas macrofitas acuáticas estas se clasifican: * Especies flotantes: flotan sobre la superficie del agua y cuyas raíces no llegan a tocar el fondo de la laguna. * Especies emergentes: las raíces están hundidas en el suelo, pero los tallos y hojas, atraviesan la lámina de agua

Los sistemas más empleados son las macrofitas flotantes y dentro de ellas los jacintos de agua y las lentejas de agua. Estas plantas se multiplican rápidamente hasta ocupar todo el espacio disponible en la laguna. Se deben recolectar a menudo porque cuanto más se recolecten mayor será el grado de eliminación de los nutrientes presentes en las aguas residuales (Rendimiento: < 10 mg/L DBO, < 5 mg/L NKT y < 5 mg/L P)

Estas plantas sólo crecen en climas templados no soportando temperaturas del agua menores a 10º C. Las lagunas deben ser muy largas y estrechas con poca superficie. Otro factor importante es la profundidad, ya que deben ser poco profundas para favorecer el máximo contacto del agua con las raíces



Los criterios de diseño obtenidos a partir de los estudios empíricos de Middlebrooks para sistemas de tratamiento de aguas residuales con Jacintos de agua, aparecen en la imagen. Los sistemas con lentejas de agua son también muy populares ya que crece dos veces más rápido que los jacintos, necesitándose tiempos de retención de 20 días, además de tener un gran poder nutritivo y ser reutilizado como alimento para el ganado

En las lagunas de aireación natural en cascada se intenta que el proceso depurador se asemeje lo máximo posible a los fenómenos naturales que ocurren en los ríos al aumentar el tiempo de contacto del oxígeno disuelto, a fin de facilitar y acelerar la acción de los microorganismos en la biodegradación de la materia orgánica.

Su funcionamiento consiste en provocar la aireación natural mediante saltos de agua. La laguna esta dividida en compartimentos a diferentes alturas y el paso del agua a través de los compartimentos se realiza mediante un salto. Cada compartimento esta dividido por un tabique con una abertura en el fondo, de tal manera que el agua recientemente aireada es obligada a distribuirse por el fondo del resto del compartimento

Para el diseño de cada compartimento de estos sistemas se considera que se comporta igual que un reactor de flujo continuo de mezcla completa. La velocidad de degradación de la biomasa en estado estacionario sigue la ecuación cinética de primer orden expresada en la figura

Estas lagunas son sistemas de "n" reactores de igual volumen conectados en serie donde Co es la concentración de entrada y Cn la de salida de la laguna. El tiempo de retención (t) de estos sistemas como máximo será de 2 días y necesitan mucho menor terreno que los lagunajes tradicionales, en su contra tienen que solo se pueden instalar en aquellas zonas que la orografía lo permita sino será necesario el bombeo

Las lagunas de filtración son sistemas en los cuales el agua residual que ya ha recibido un tratamiento biológico se filtra sobre el terreno. Esto es debido a que los suelos de estas lagunas son permeables, arenosos generalmente, actuando como filtro biológico de los contaminantes del agua residual que se filtra



El diseño de estos sistemas es función del tiempo de filtración del agua. Éste dependerá de los valores de carga hidráulica y absorción efectiva del terreno permitiéndonos calcular la superficie de terreno total necesaria para la evacuación de las aguas residuales

Por último y debido al gran número de estos sistemas existentes en España, hablaremos del lagunaje profundo. Estos sistemas consisten en lagunas de profundidad superior a los 4 o 5 metros que se utilizan en un principio no como método de depuración sino como almacenes de agua

Estas lagunas se destacan sobre el terreno como pequeñas elevaciones a modo de mesetas ya que la tierra extraída durante la excavación de la laguna es depositada en los bordes de ésta, alcanzando con el mínimo esfuerzo, el mayor cubicaje posible

En este capítulo se realiza una síntesis de las formas que puede tener las lagunas, organización, función de cada una y elementos a incluir en un sistema de lagunaje



Como puede haber observado en los distintos secciones, las lagunas pueden tener formas muy diversas, aunque la mayoría son cuadradas o rectangulares

Normalmente se distribuyen en función de las posibilidades del terreno, con el fin de conseguir el máximo aprovechamiento

Se construyen dándole caída suficiente para que el agua pase de unas a otras por gravedad, evitando así consumos energéticos

Incluso se pueden diseñar en forma de cascada, con lo que se consigue una mejor aireación

Las lagunas aireadas se diseñan de la forma más adecuada para que el agua se mezcle mejor, normalmente son de forma circular o rectangular



Los sistemas de depuración por lagunaje suelen combinar varios tipos de lagunas que pueden trabajar en serie o en paralelo con el fin de obtener mejores rendimientos

En el lagunaje clásico se combinan lagunas anaerobias, facultativas y de maduración. Estos sistemas van normalmente precedidos por una etapa de pretratamiento

Cuando en un sistema de lagunaje se utilizan varias lagunas, estas pueden funcionar en serie o en paralelo

Funcionamiento en serie: el agua residual pasa de una a otra laguna consecutivamente

Funcionamiento en paralelo: cuando las lagunas se colocan en paralelo, el influente se divide entre todas.

Ventajas del tratamiento en serie: los efluentes contienen menor carga microbiana (bacterias y algas). Menor posibilidad de formar cortocircuitos.



Inconvenientes del tratamiento en serie: como la primera laguna recibe una gran carga residual en determinadas temporadas puede hacerse anaerobia y producir malos olores.

Ventajas de las lagunas trabajando en paralelo: Una gran ventaja de esta disposición es, que una de las lagunas puede estar parada por limpieza, mientras que las otras funcionan, sin necesidad de interrumpir la marcha de la planta

Otra gran ventaja de las lagunas trabajando en paralelo es que la carga inicial que pueden admitir es mayor

Tienen el inconveniente de que el efluente así obtenido suele ser de peor calidad

La mejor forma de utilizar lagunas en paralelo, es la que se ve en la imagen. El efluente de cada una de las lagunas primarias descarga en una laguna secundaria, con ello se consigue mejorar la calidad del vertido.

Veamos la función que suelen tener los distintos tipos de lagunas en los sistemas de lagunaje



Las lagunas anaerobias recogen las aguas brutas procedentes de un pretratamiento, por tanto son lagunas primarias con altas cargas orgánicas.

Se diseñan para funcionar en paralelo dos o mas, lo que permite su adecuación a variaciones de caudal. El efluente procedente de estas lagunas suele pasar a una o varias facultativas

Las lagunas facultativas, aunque pueden utilizarse en sistemas de una única laguna, normalmente se asocian con otras (facultativas, anaerobias o aerobias)

Las lagunas facultativas, además puede tratar efluentes procedentes de un pretratamiento, de un tratamiento primario o incluso de un secundario

Normalmente recogen las aguas procedentes de las lagunas anaerobias. El efluente procedente de una laguna facultativa pasa a lagunas de maduración

Las lagunas de maduración o aerobias funcionan como tratamiento terciario, después de la fase facultativa. Normalmente se disponen varias lagunas en serie con el fin de optimizar el proceso de eliminación de patógenos.



Veamos a continuación los elementos a considerar en la construcción de las lagunas

Impermeabilización del fondo: Dependiendo del estudio de permeabilidad del terreno, puede ser o no necesario su tratamiento

Si fuera necesaria la impermeabilización se pueden utilizar arcillas naturales o plásticos, con el fin de evitar filtraciones al subsuelo y la contaminación de aguas subterráneas

Los plásticos utilizados normalmente son de PVC. El plástico se coloca en placas y se recubre luego con una capa de arena

Los diques alrededor de la laguna deben ser suficientemente compactos para evitar que se desmoronen

En los diques se suele sembrar hierba para formar una capa resistente a la erosión. La hierba se debe cortar periódicamente para mantenerla corta



Escolleras de protección: suelen tener unos 15 cm de espesor. Se suelen colocar para evitar la erosión que causa el oleaje en la lagunas. Si se colocan rocas en las escolleras estas se denominan “rip-rap”

Accesos entre lagunas: Los diques deben ser suficientemente amplios para disponer de caminos por los que los operadores puedan ir de un sitio a otro alrededor de las lagunas y realizar la toma de muestras

Situación de entradas y salidas para el agua residual:El punto de entrada se coloca en un extremo y el de salida en el punto más alejado para evitar cortocircuitos

Normalmente la tubería de entrada principal se coloca en el fondo de la laguna, dejando una zona de reposo para la acumulación del fango

El sistema de tuberías de entrada a la laguna se diseña para que el influente se distribuya bien y cause la mínima erosión

Este diagrama muestra una tubería de entrada. La zona del fondo debe ser de cemento para que este no se erosione



Las tuberías de entrada se sitúan siempre por debajo del nivel del agua, para mantener su temperatura y evitar que se congelen en invierno

Aquí vemos el agua residual entrando en una laguna mediante una tubería. Fíjese en el efecto geiser que se observa

Alrededor del punto de salida del efluente se suelen colocar unas pantallas o cámaras para conseguir la retención de sólidos

Estas cámaras además sirven para ajustar el nivel de agua en la laguna, subiendo (alargando) o bajando (acortando) la tubería vertical se modifica el nivel

Recuerde que en invierno, la temperatura y la cantidad de luz solar que reciba la laguna disminuyen. Una forma de compensar esto es aumentar el tiempo de retención aumentando el nivel de líquido en la laguna

Conducciones entre lagunas: El paso del agua de unas lagunas a otras, siempre se realizará en forma que permita flexibilidad de manejo del sistema

Dicha flexibilidad permitirá la distinta disposición que interese para las lagunas (serie o paralelo), así como el número de unidades (trabajando y en reposo) conectadas en las distintas épocas del año



Estas conducciones, por tanto, dispondrán de tuberías para conectar las lagunas en serie o en paralelo y además dispondrán de By-pass para cuando haya que dejar alguna unidad fuera de servicio

Otras unidades de que deben disponer los sistemas de lagunaje son los siguientes: Pozos de registro, arquetas de reparto de caudal, tomas de fondo para el vaciado de lagunas

También dispondrá de conducciones de aliviadero para exceso de caudal producido por lluvias. Finalmente tendrá una conducción de salida a vertido de las aguas tratadas

Urbanización del sistema: se aconseja plantar zonas ajardinadas con árboles que van a servir de barrera de malos olores al exterior, además de conseguir una mejor integración del sistema en el ambiente

Es necesaria la construcción de una caseta provista de luz y agua potable, en la que se instalarán servicios, un pequeño laboratorio y si es posible una estación meteorológica

La planta depuradora debe estar rodeada de una verja que evite el acceso a la planta de personas y animales.

FIN DE LA UNIDAD

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