1. UNIVERSIDAD CATLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO FACULTAD DE
INGENIERA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL AMBIENTAL
APLICACIN DE METODOLOGA EN EL DISEO DE SISTEMAS DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIN DESARROLLADO PARA EL DISTRITO DE SANTA ROSA CHICLAYO
TESIS PARA OPTAR EL TTULO DE INGENIERO CIVIL AMBIENTAL GARY
WILFREDO RACHO FONSECA Chiclayo 22 de abril del 2015
2. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 APLICACIN DE METODOLOGA EN EL
DISEO DE SISTEMAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIN DESARROLLADO PARA EL
DISTRITO DE SANTA ROSA CHICLAYO POR: GARY WILFREDO RACHO FONSECA
Presentada a la Facultad de Ingeniera de la Universidad Catlica
Santo Toribio de Mogrovejo para optar el ttulo de INGENIERO CIVIL
AMBIENTAL APROBADA POR EL JURADO INTEGRADO POR
___________________________ Ing Csar Eduardo Cachay Lazo PRESIDENTE
_____________________ ___________________________ Ing Alin Jos Gil
Alarcn Ing Anbal Teodoro Daz Orrego SECRETARIO ASESOR
3. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 EPGRAFE El xito es el resultado
de la constancia, de la responsabilidad, del esfuerzo, la
organizacin y lo ms importante, del equilibrio entre la razn y el
corazn. Si una persona es perseverante, aunque sea dura de
entendimiento, se har inteligente, y aunque sea dbil se
transformara en fuerte. Te dars cuenta de que lo que hoy parece un
sacrificio, maana terminar siendo el mayor logro de tu vida. Hay
una fuerza motriz ms poderosa que le vapor, la electricidad y la
energa atmica: la voluntad. Nunca consideres el estudio como una
obligacin, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y
maravilloso mundo del saber. El genio se hace con un 1% de talento,
y un 99% de trabajo. Daria todo lo que s, por la mitad de lo que
ignoro. El dinero va y viene, eso ya lo sabemos, lo ms importante
en la vida es la gente que est contigo aqu y ahora! Hay muchas
personas que te dirn que t no puedes, lo que tienes que hacer es
voltear y decir: Observa como lo hago! El verdadero luchador acepta
su derrota con humildad, se prepara para volverlo a intentar, busca
estrategias que le puedan ayudar, y por nada del mundo puede
quedarse con la idea de haber sido derrotado! Uno de los mayores
placeres de la vida es lograr aquello que otros dijeron que no lo
lograras!
4. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 AGRADECIMIENTOS A Dios, creador
del universo, por permitirme ser parte de este mundo en que
vivimos, y de esta forma poder aportar con mi granito de arena en
pos del mejoramiento de la humanidad. A mi madre, por haberme
sabido inculcar en todo momento el concepto de superacin con
humildad, respeto, honestidad, y responsabilidad, gracias por
educarme con amor y disciplina, por ser mi amiga y orgullo de mi
vida. A mi to, por darme el apoyo moral y econmico, factores muy
importantes para hacer posible el desarrollo de este proyecto. A mi
asesor, por su continuo apoyo en asesora durante el desarrollo de
este proyecto. Agradecer a todas aquellas personas que de una u
otra forma contribuyen con la realizacin de este proyecto, entre
ellas estn mis amigos, conocidos y familiares.
5. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 NDICE Epgrafe Agradecimientos
ndice de cuadros ndice de figuras ndice de grficos I. INTRODUCCIN
..................................................................
1 II. MARCO TERICO
................................................................ 4
2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
....................................... 4 2.2. DEFINICIONES Y
CARACTERSTICAS...................................5 2.2.1. Agua
residual
..................................................................................................5
2.2.2. Principales caractersticas de las aguas
residuales....................................5 2.2.2.1.
Caractersticas
fsicas..............................................................................6
2.2.2.2. Caractersticas
qumicas.........................................................................6
2.2.2.3. Caractersticas
biolgicas......................................................................
8 2.2.2.3.1. Demanda qumica de oxgeno (DQO)
...........................................9 2.2.2.3.2. Demanda
bioqumica de oxgeno (DBO) .....................................9
2.3. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS ..... 9 2.3.1.
Pre-tratamiento
............................................................................................10
2.3.1.1. Desbaste
.................................................................................................10
2.3.1.2. Desarenado
............................................................................................
11 2.3.1.3.
Desengrasado.........................................................................................
11 2.3.2. Tratamiento
primario..................................................................................12
2.3.2.1. Sedimentacin
primaria.......................................................................12
2.3.2.2. Tanques de
imhoff.................................................................................12
2.3.3. Tratamiento secundario
..............................................................................13
2.3.3.1. Lodos activados
.....................................................................................13
2.3.3.2. Lagunas de estabilizacin
....................................................................14
2.3.3.3. Lecho de lodos
(UASB).........................................................................
15 2.3.4. Tratamientos terciarios
...............................................................................16
2.3.5. Tratamiento de residuos obtenidos de la depuracin de las
aguas residuales
......................................................................................................16
2.3.5.1. Sistemas de eliminacin o reutilizacin del
fango............................ 17 2.4. TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES MEDIANTE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIN............................................. 17
2.4.1. Concepto de laguna de
estabilizacin........................................................
17 2.4.2.Objetivos de las lagunas de
estabilizacin................................................18
2.4.3.Ventajas y
desventajas.................................................................................18
2.4.3.1. Ventajas
..................................................................................................18
2.4.3.2. Desventajas
............................................................................................18
2.4.4.Clasificacin
..................................................................................................19
2.4.4.1. De acuerdo al proceso biolgico
desarrollado...................................19 2.4.4.2. De
acuerdo al lugar que ocupan; con relacin a otros procesos.....19
2.4.4.3. De acuerdo a la disposicin de las unidades
.................................... 20 2.4.5.Funcionamiento de las
lagunas.................................................................
20 2.4.5.1. Mecanismos de funcionamiento
........................................................ 20 2.5.
METODOLOGA DE DISEO EN EL SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIN
...................................................................
21
6. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 2.5.1. Sistema de
pre-tratamiento y medicin de caudales
..............................21 2.5.1.1. Proceso de
pre-tratamiento
.................................................................22
2.5.1.2. Dimensionamiento de canaletas parshall para medicin de
caudales
.....................................................................................................................
29 2.5.2.Sistema de lagunas de
estabilizacin.........................................................35
2.5.2.1. Simplicidad de las
lagunas...................................................................35
2.5.2.2. Complejidad del proceso y requisitos de operacin y
mantenimiento
......................................................................................................................35
2.5.2.3. Requisitos de
terreno............................................................................35
2.5.2.4. Reso de las aguas
residuales..............................................................36
2.5.2.5. Diseos eficientes en el sistema de lagunas de
estabilizacin........36 2.5.2.5.1. El uso de dispositivos entradas
y salidas mltiples...................37 2.5.2.5.2.El uso de
mamparas para modelar el flujo de tipo pistn........39 2.6. RESO DE
AGUAS RESIDUALES Y MANEJO DE LODOS ........41 2.6.1.
Aprovechamiento de aguas residuales tratadas en la
agricultura.........41 2.6.1.1. Directrices sobre la calidad de los
efluentes empleados en
agricultura..................................................................................................
42 2.6.1.2. Normas de calidad vigentes sobre la utilizacin de aguas
residuales proteccin sanitaria en el uso de aguas
residuales................................45 2.6.1.3. Proteccin
sanitaria en el uso de agua residual
............................... 46 2.6.1.3.1. Mtodos de aplicacin
de agua s residuales en cultivos agrcolas
.........................................................................................................
46 2.6.1.3.2.Control de la exposicin humana
................................................47 2.6.2.Manejo de
lodos............................................................................................47
2.6.2.1. Tratamiento y secado de
lodos........................................................... 48
2.6.2.1.1. Digestin
anaerobia......................................................................
48 2.6.2.1.2.Tratamiento con cal
......................................................................
49 2.6.2.1.3.Patio de
secar.................................................................................
49 2.7. GUA PARA LA OPERACIN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE LAGUNAS
DE ESTABILIZACIN ....................................... 51 2.7.1.
Personal, responsabilidades y equipamiento administrativo
................52 2.7.1.1. Personal necesario
................................................................................52
2.7.1.2. Descripcin de responsabilidades
......................................................52 2.7.1.3.
Requerimientos
administrativos.........................................................56
2.7.1.4. Documentacin requerida por el jefe de
planta................................57 2.7.1.5. Equipo de
trabajo..................................................................................57
2.7.1.6. Requerimientos
complementarios.....................................................
58 2.7.2. Puesta en marcha de las lagunas de estabilizacin
.................................59 2.7.2.1. Aspectos
previos....................................................................................59
2.7.2.2. Llenado de las lagunas
anaerbicas....................................................59
2.7.2.3. Llenado de las lagunas facultativas
................................................... 60 2.7.3.
Operacin normal, principales problemas de funcionamiento y posibles
soluciones.....................................................................................................
60 2.7.3.1.
Conductos..............................................................................................
60 2.7.3.2. Cmara de rejas
....................................................................................
60 2.7.3.3.
Desarenador...........................................................................................61
2.7.3.4. Medidor de
caudal.................................................................................61
2.7.3.5. Estructuras de distribucin
.................................................................61
2.7.3.6. Estructuras de ingreso, interconexin y salida de lagunas
.............61 2.7.3.7. Lagunas de
estabilizacin......................................................................
62
2.7.4.Monitoreo.....................................................................................................
66
7. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 2.7.4.1. Parmetros y frecuencia
de muestreo ............................................... 66
2.7.4.2. Equipos de laboratorio requeridos
.................................................... 66 2.7.5.
Limpieza de las lagunas de estabilizacin
................................................67 2.7.5.1.
Limpieza de las lagunas
anaerbicas..................................................67
2.7.5.2. Limpieza de las lagunas facultativas
................................................. 68 III.
MATERIALES Y MTODOS ............................................ 69
3.1. DISEO DE LA INVESTIGACIN
........................................... 69 3.1.1. Tipo de
investigacin..................................................................................
69 3.1.2. Hiptesis y
variables...................................................................................
69 3.1.3. Poblacin, muestra de estudio y
muestreo............................................... 71 3.1.4.
Mtodos, tcnicas e instrumentos de recoleccin de
datos.................... 71 3.2. METODOLOGA
......................................................................72
3.2.1. Metodologa para el clculo de
poblacin.................................................72
3.2.2.Metodologa para levantamiento topogrfico
..........................................72 3.2.3.Metodologa para
la ejecucin de ensayos de mecnica de suelos........72
3.2.4.Metodologa para anlisis de ensayos de calidad de agua
residual.......73 IV.RESULTADOS
....................................................................
74 4.1. DESCRIPCIN GENERAL DEL REA DE ESTUDIO.................74
4.1.1. Ubicacin datos referenciales de la zona
..................................................74 4.1.1.1.
Topografa
..............................................................................................74
4.1.1.2. Clima
.......................................................................................................74
4.1.1.3. Vientos
....................................................................................................75
4.1.2.
Urbanstico...................................................................................................75
4.1.2.1. Superficie
territorial..............................................................................75
4.1.2.2.
Urbanismo..............................................................................................75
4.1.3. Sistemas de saneamiento
existentes..........................................................75
4.1.3.1. Sistema de agua
potable.......................................................................75
4.1.3.2. Sistema de alcantarillado
.....................................................................78
4.1.4. Poblacin de censos realizados y proyecciones segn INEI
................. 80 4.2. ESTUDIOS BSICOS DEL PROYECTO
.....................................81 4.2.1. Estudio
topogrfico................................................................................81
4.2.1.1. Conclusiones
..........................................................................................91
4.2.2.Estudio de mecnica de suelos
..........................................................91
4.2.2.1. Conclusiones y recomendaciones
...................................................... 94
4.2.3.Estudio de calidad de agua
residual................................................97 4.2.3.1.
Conclusiones y recomendaciones
...................................................... 98
4.2.4.Evaluacin de impacto ambiental
................................................... 99 4.2.4.1.
Generalidades
.......................................................................................
99 4.2.4.2. Lnea base - aspectos de impacto
ambiental...................................102 4.2.4.3.
Identificacin de impactos ambientales
..........................................104 4.2.4.4. Descripcin
de impactos ambientales generados...........................106
4.2.4.5. Matriz de leopold identificacin de impactos ambientales
........ 110 4.2.4.6. Matriz de leopold estudio de impactos
ambientales ................... 112 4.2.4.7. Interpretacin del
estudio de impactos ambientales..................... 113 4.2.4.8.
Medidas preventivas, correctivas y/o de
mitigacin...................... 119 4.3. CLCULO DE POBLACIN FUTURA
..................................... 124 4.3.1. Seleccin del
modelo de crecimiento
poblacional.................................126 4.4. DISEO
HIDRULICO SISTEMA DE PRE-TRATAMIENTO 127 4.4.1. Caudal promedio
diario de afluente
........................................................ 127
8. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 4.4.1.1. Contribucin promedio
de viviendas............................................... 127
4.4.1.2. Contribucin por infiltracin en la
red............................................128 4.4.1.3.
Contribucin por infiltracin en el emisor
............................................128 4.4.2.Canal de
aproximacin antes de la rejillas
.............................................128 4.4.3.Cmara de
rejillas.......................................................................................128
4.4.4.Canal
desarenador......................................................................................129
4.4.5.Canaleta
parshall........................................................................................130
4.5. DISEO HIDRULICO CANALES DE CONDUCCIN.......... 132 4.5.1.
Tipos de
canales..........................................................................................132
4.5.2.Canal 2 -
caractersticas.............................................................................132
4.5.3.Canal 1 - caractersticas
.............................................................................133
4.5.4.Canal 0 - caractersticas
............................................................................134
4.6. DISEO HIDRULICO SISTEMA DE LAGUAS DE ESTABILIZACIN
.................................................................
135 4.6.1. Diseo de lagunas facultativas
.................................................................
135 4.6.1.1. Remocin de carga bacteriana patgena
.........................................138 4.6.1.2. Estabilizacin
de materia
orgnica...................................................139
4.6.1.3. Dimensionamiento de altura de lodos y periodo de
limpieza.......140 4.6.2.Diseo de lagunas de
maduracin...........................................................142
4.6.2.1. Remocin de carga bacteriana patgena
.........................................144 4.6.3.Verificacin de
la eficiencia encontrada
.................................................145 4.6.3.1.
Eficiencia de lagunas facultativas
.....................................................145 4.6.3.2.
Eficiencia de laguna de
maduracin.................................................145
4.6.3.3. Eficiencia en todo el sistema
.............................................................146
4.7. DISEO ESTRUCTURAL -
DIQUES........................................146 4.7.1.
Dimensionamiento de los
diques.............................................................146
4.7.1.1. Ancho de la
corona..............................................................................146
4.7.1.2. Altura del borde
libre..........................................................................146
4.7.1.3. Altura del dique
...................................................................................148
4.7.1.4. Determinacin del espesor de
fondo................................................148
4.7.2.Anlisis de estabilidad del
dique..............................................................149
4.7.2.1. Clculo de fuerzas
verticales..............................................................149
4.7.2.2. Clculo de fuerzas
horizontales.........................................................150
4.7.2.3. Factor de seguridad al
desplazamiento............................................150 4.8.
DISEO ESTRUCTURAL MAMPARAS TRANSVERSALES... 152 4.8.1. Verificacin
por fuerza
cortante...............................................................
155 4.9. ESPECIFICACIONES TCNICAS PARTIDAS RESALTANTES
..............................................................................................
156 4.10. IMGENES DEL PROYECTO EN
3D.....................................160 4.11.PRESUPUESTO FINAL
DE LA PTAR ...................................... 162 V.
DISCUSIN.......................................................................167
VI.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................170 VII.
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................172 VIII.
ANEXOS
9. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 NDICE DE CUADROS Cuadro Pg.
Cuadro N 01. Relacin entre algunos constituyentes inorgnicos con el
agua residual. 7 Cuadro N 02. Composicin tpica de un agua residual
domstica. 9 Cuadro N 03. Normas de diseo para rejillas manuales. 22
Cuadro N 04. Normas de diseo recomendadas para desarenadores
horizontales. 28 Cuadro N 05. Rangos de caudales para canaletas
parshall con flujo libre. 31 Cuadro N 06. Cantidades de slidos
arenosos encontradas en aguas residuales en amrica latina y los
EE.UU. 31 Cuadro N 07. Complejidad y requisitos de capacitacin y
monitoreo. 35 Cuadro N 08. Muestra el rea requerida para varios
procesos de tratamiento. 36 Cuadro N 09 Casos estudiados sobre
sistemas de tratamiento y disposicin final de aguas residuales en
Latinoamrica. 43 Cuadro N 10. Casos estudiados sobre el
aprovechamiento de aguas residuales en cultivos agrcolas en
Latinoamrica. 43 Cuadro N 11. Directrices recomendadas sobre la
calidad microbiolgica de las aguas residuales empleadas en
agricultura (OMS, 1989). 44 Cuadro N 12. Normativa de la agencia de
proteccin ambiental (EE. UU.), sobre la utilizacin de aguas
residuales para uso agrcola. 45 Cuadro N 13. Personal necesario
para la gestin de lagunas de estabilizacin. 52 Cuadro N 14.
Herramientas para personal obrero. 57 Cuadro N 15. Equipos
requeridos por operadores. 57 Cuadro N 16. Equipo de apoyo. 58
Cuadro N 17. Cmara de rejas, desarenador y medidor de caudal. 61
Cuadro N 18. Lagunas anaerbicas. 62 Cuadro N 19. Lagunas
facultativas. 63 Cuadro N 20. Monitoreo para lagunas anaerobias y
facultativas. 67 Cuadro N 21. Muestras obtenidas en el rea de
estudio para la realizacin de ensayos de mecnica de suelos. 72
10. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 Cuadro N 22. Muestras a
realizar en la caracterizacin del agua residual. 73 Cuadro N 23.
Caractersticas de la red de distribucin de agua potable. 77 Cuadro
N 24. Conexiones domiciliarias de agua potable. 78 Cuadro N 25.
Caractersticas de la red de alcantarillado. 79 Cuadro N 26.
Conexiones domiciliarias de alcantarillado. 79 Cuadro N 27.
Poblacin nominalmente censada, por sexo, segn censo 1993, 2005 y
2007. 80 Cuadro N 28. Poblacin estimada al 30 de junio de aos
calendarios, por sexo, para el periodo 2012 2014. 81 Cuadro N 29.
Coordenadas UTM WGS 84 obtenidas en el rea de estudio. 83 Cuadro N
30. Descripcin de calicatas realizas en el rea de estudio. 91
Cuadro N 31. Resumen de ensayos realizados en laboratorio de
mecnica de suelos. 93 Cuadro N 32. Valores de parmetros de agua
residual obtenidos de los ensayo en laboratorio de la mezcla
compuesta. 98 Cuadro N 33. Medios, componentes y factores
ambientales presentes en el proyecto. 106 Cuadro N 34. Escalas de
valoracin para matriz de Leopold. 111 Cuadro N 35. Poblacin
nominalmente censada, por sexo, segn censo 1993, 2005 y 2007. 124
Cuadro N 36. Poblacin estimada al 30 de junio de aos calendarios,
para el periodo 2012 2014. 124 Cuadro N 37. Lmites mximos
permisibles para los efluentes de PTAR. 145 Cuadro N 38. Requisitos
de materiales para conformacin de diques. 147
11. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 NDICE DE IMGENES Imgenes Pg.
Imgenes N 01. Esquema del tanque imhoff. 13 Imgenes N 02.
Representacin esquemtica del proceso de lodos activados. 14 Imgenes
N 03. Sistema de tratamiento por lagunas de estabilizacin. 15
Imgenes N 04. Esquema del sistema UASB. 16 Imgenes N 05. Secuencia
completa de tratamientos de aguas residuales domsticas. 17 Imgenes
N 06. Solidos flotantes y gruesos dentro de la laguna. 22 Imgenes N
07. Caudal interrumpido por causa de material atrapado en la
rejilla. 23 Imgenes N 08. Detalle inclinacin de una rejilla con
plataforma de drenaje. 24 Imgenes N 09. Detalle de una rejilla de
metal con plataforma de drenaje. 24 Imgenes N 10. Detalle de
canaleta de desvo (By-pass). 25 Imgenes N 11. Detalle de rejillas
hechas con barras de acero de refuerzo. 25 Imgenes N 12. El canal a
la izquierda tiene demasiada turbulencia para tener una velocidad
uniforme. El canal a la derecha tiene suficiente largo para
asegurar una velocidad uniforme sin turbulencia. 27 Imgenes N 13.
rea reservada para enterrar los slidos arenosos y gruesos tan
pronto como los saque con el mnimo de manejo. 27 Imgenes N 14.
Muestran una instalacin tpica de una rejilla, un desarenador
horizontal con dos cmaras y una canaleta parshall prefabricada. 29
Imgenes N 15. Una canaleta parshall al extremo de un desarenador
rectangular. 29 Imgenes N 16. Un desarenador rectangular lleno de
solidos arenosos en el fondo. 32 Imgenes N 17. Canaleta parshall
fabricada in-situ de concreto. 32 Imgenes N 18. Cultivos de lechuga
y rabanito regada con agua tratada en Carapongo lima. 36 Imgenes N
19. Una batera de dos lagunas facultativas en paralelo con
dispositivos de entradas y salidas mltiples, 37
12. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 seguida por una laguna de
maduracin en serie canalizada con mamparas transversales. Este
diseo es el ms recomendado para las municipalidades. Imgenes N 20.
Laguna facultativa con dispositivo de entrada simple (Catacamas,
Honduras). 38 Imgenes N 21. Laguna facultativa con dispositivo de
entrada y salida mltiple (Chinendega, Nicaragua). 38 Imgenes N 22.
Un ejemplo de una laguna de maduracin canalizada con mamparas para
modelar flujo de tipo pistn y generar una mezcla completa (Masaya,
Nicaragua). 40 Imgenes N 23. Laguna de maduracin que est canalizada
con mamparas; en la foto resalta el color verde del agua, esto de
debido a la presencia excesiva de algas, productores de clorofila y
por ende el color verde del agua (Morocel, Honduras). 40 Imgenes N
24. Otros ejemplos de lagunas de maduracin que estn canalizadas con
mamparas; en la foto se puede apreciar que las mamparas estn
demasiado arriba del nivel del agua y prohben la insolacin solar
por la sombra que forman (Morocel, Honduras). 41 Imgenes N 25.
Cultivos de maz regado con aguas residuales. 42 Imgenes N 26.
Ejemplo de lodos secos que son mezclados con tierras agrcolas. 48
Imgenes N 27. Tanque cerrado para la digestin y estabilizacin
anaerobia del lodo. 49 Imgenes N 28. Estabilizacin y esterilizacin
del lodo con cal. 49 Imgenes N 29. rea reservada para el
almacenamiento y secado del lodo. 50 Imgenes N 30. Despus de secar,
los lodos empiezan a formar grietas, los cuales facilitan el secado
de las capas inferiores. 50 Imgenes N 31. Incorporacin del rea
reservada del lodo al sistema de lagunas de estabilizacin. 51
Imgenes N 32. Ubicacin geogrfica del distrito de Santa Rosa. 74
Imgenes N 33. Curvas de nivel elaboradas del rea de estudio. 90
Imgenes N 34. Perfil estratigrfico del terreno a partir de las
calicatas realizadas. 96 Imgenes N 35. Ubicacin de la zona de
proyecto. 102
13. VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4 NDICE DE FOTOGRAFAS Fotografas
Pg. Fotografas N 01. Reconocimiento del rea de estudio por parte de
las autoridades. 82 Fotografas N 02. Levantamiento topogrfico del
rea de estudio. 82 Fotografas N 03. Extraccin de muestras del
terreno para estudio de mecnica de suelos. 92 Fotografas N 04.
Realizacin de ensayos en el laboratorio de suelos. 93 Fotografas N
05. Extraccin de muestras de agua residual para el anlisis en el
laboratorio. 97 Fotografas N 06. Ubicacin satelital del distrito
Santa Rosa. 103 Fotografas N 07. Planta general de la PTAR. 160
Fotografas N 08. Sistema de pre-tratamiento. 160 Fotografas N 09.
Entradas mltiples a lagunas facultativas. 160 Fotografas N 10.
Salidas mltiples de laguna facultativa. 161 Fotografas N 11.
Mamparas transversales en Lagunas de maduracin. 161 Fotografas N
12. Entrada principal a PTAR. 161
14. RESUMEN El distrito de Santa Rosa de la provincia de
Chiclayo cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales
inoperativa, debido a su mala ubicacin. Por ende, se presenta una
necesidad latente y la exigencia de un nuevo diseo y una ubicacin
ms apropiada de la misma. Esta realidad, motiv esta investigacin.
La idea central de este estudio se orient a dar a conocer y aplicar
una metodologa apropiada para el diseo de sistemas de lagunas de
estabilizacin, investigacin realizada en base de metodologas
recogidas de experiencias desarrolladas en pases centroamericanos y
en estudios realizados posteriormente. Estas experiencias
obtuvieron buenos resultados y sus metodologas se fundamentaron en
una buena operacin de la planta de tratamiento de aguas residuales
para buscar un efluente de mejor calidad que cumpla con los
estndares exigidos en las normas e intentar dar un reso en la
agricultura u otra actividad. Las conclusiones finales demandaron
una nueva ubicacin, as como el diseo de las diferentes estructuras
que la componen y un anlisis del presupuesto total del proyecto.
Esta propuesta soluciona un problema lgido, dando a conocer una
metodologa eficiente que pueda ser tomada en cuenta en la
elaboracin de los prximos proyectos de esta naturaleza. Palabras
claves: Metodologa, planta de tratamiento, diseo, efluente.
ABSTRACT The district of Santa Rosa in the province of Chiclayo has
an inoperable treatment plant wastewater, due to its poor location.
Therefore, we present a latent need and requirement of a new design
and a more appropriate location of it. This fact motivated this
research. The central idea of this study was aimed to publicize and
implement "an appropriate methodology for the design of
stabilization pond systems" research based methodologies collected
from experiences in Central America and in subsequent studies.
These experiences obtained good results and methodologies were
based on a good operation of the treatment plant wastewater to seek
a better quality effluent that meets the standards required by the
rules and try to give a reuse in agriculture or other activity. The
final conclusions are demanding a new location and layout of the
different structures that compose and analysis of the total project
budget. This proposal would solve a fever problem, revealing an
efficient methodology that can be taken into account in the
preparation of the upcoming projects of this nature. Keywords:
Methodology, treatment plant, design, effluent.
15. 1 I. INTRODUCCIN. Las aguas residuales son generadas por
residencias, instituciones, actividades comerciales e industriales,
estas son tratadas a travs de procesos diversos que tienen la
finalidad de remover contaminantes fsicos, qumicos y biolgicos en
el caso del agua efluente del uso humano. (Ynez, 2004). En el
planeta existe una gran cantidad de agua residual, producto de las
actividades del hombre. Agua que no recibe un tratamiento adecuado,
que contamina lagos, lagunas y ocanos, las que afectan a los
ecosistemas y arrecifes, y que son las causantes de enfermedades
como diarrea, clera y la gastroenteritis, las que se encuentran
entre las tres principales causas de muerte en el mundo y en la
regin Latinoamericana. (Fabin, 1980). En Amrica Latina, solo el 10%
de las aguas residuales colectadas en alcantarillados reciben algn
tratamiento antes de ser dispuestas en los cuerpos de agua, como
ros y mares. Esto significa que alrededor de 400 m3/s de desages
vienen contaminando el medio ambiente y constituyen un vector de
transmisin de parsitos, bacterias y virus patgenos. (OMS, 2011). El
tratamiento de las aguas servidas constituye un factor importante
en la proteccin de la salud pblica y del medio ambiente, puesto que
la volcadura de aguas residuales sin tratamiento previo en un
cuerpo receptor es una fuente de contaminacin. Se estima que
durante el ao 2010, los sistemas de alcantarillado administrados
por las empresas de saneamiento en el Per recolectaron
aproximadamente 786.4 millones de metros cbicos de aguas
residuales, provenientes de conexiones domiciliarias, de los cuales
401.9 millones de metros cbicos fueron generados en las ciudades de
Lima y Callao. Sin embargo, debido a la inexistencia de una
adecuada infraestructura a nivel nacional, solamente el 35% de este
volumen recibe algn tipo de tratamiento previo a su descarga en un
cuerpo receptor; es decir 275.0 millones de metros cbicos de aguas
residuales se estaran volcando directamente a un cuerpo receptor
sin un tratamiento previo. (SUNASS, 2011). Los datos anteriores nos
muestran que existe una alta deficiencia en la cobertura del
tratamiento de sus aguas residuales en nuestro pas. Por esto, el
gobierno central tiene como meta principal dentro de los programas
de descontaminacin del recurso hdrico, la promocin y financiacin de
sistemas de tratamiento de aguas residuales municipales para los
prximos aos. Esto ha llevado a implementar diversos tipos de
tratamiento y como es lgico, se han encontrado inconvenientes en su
funcionamiento que apenas se comienzan a detectar. En nuestro
medio, la provincia de Chiclayo cuenta con una planta de
tratamiento de aguas residuales, en ella hay limitaciones en el
funcionamiento de las lagunas de estabilizacin. En consecuencia, la
mayor parte de las aguas servidas, o aguas negras, van directamente
a los ros, canales o al mar, siendo fuentes de contaminacin y un
peligro para la salud. Todo lo cual explica que se debe poner
especial nfasis para enfrentar este problema que afecta a la salud
tanto pblica como ambiental en nuestra regin. Entre las diferentes
formas de tratamiento de las aguas residuales, las lagunas de
estabilizacin constituyen una de las alternativas que ms se acerca
a reunir
16. 2 condiciones econmicas para nuestro medio, tanto por su
bajo costo como por su fcil construccin y operacin. En la
implementacin de estas lagunas, se encuentran algunos problemas de
funcionamiento y mala ubicacin, entre los que se aprecian
ineficiencias de remocin o comunidades de organismos presentes no
esperados. (Cuervo, 1987). El distrito de Santa Rosa atraviesa un
problema latente, se trata de la mala ubicacin del sistema de
lagunas de estabilizacin que hoy cuenta, zona en construccin que se
encuentra ubicada al ingreso de la ciudad, frente al terminal
pesquero de la misma. Si entrara en funcionamiento, ocasionara daos
sanitarios, ecolgicos y econmicos directos a la poblacin cercana.
Afectara la salud de la poblacin y el medio ambiente del distrito
tendra un impacto negativo en el turismo. Adems, golpeara
econmicamente a cientos de familias que subsisten de la
comercializacin de pescados y mariscos. La necesidad de realizar
estudios para la nueva ubicacin del sistema de lagunas de
estabilizacin se torna en un requerimiento inmediato y muy
prioritario, a fin de resolver los problemas de funcionamiento e
impacto ambiental. Teniendo en cuenta lo expuesto, se elabor el
estudio para el rediseo del sistema de lagunas de estabilizacin,
aplicando metodologas nuevas y eficientes que se vienen dando en
pases desarrollados. Estas, a travs de nuevos anlisis y estudios de
operacin, optimizan recursos y mejoran la funcionalidad del
sistema; cumpliendo tambin con los parmetros impuestos por los
organismos de ley y normas de diseo para su ptimo funcionamiento.
Frente a la problemtica expuesta y considerando la apremiante
necesidad que presenta el distrito de Santa Rosa, surgi la
siguiente interrogante: Cul es el diseo final del sistema de
lagunas de estabilizacin? Producto del estudio y anlisis
concienzudo, se plante la siguiente hiptesis: La aplicacin de
metodologa apropiada para el diseo de sistemas de lagunas de
estabilizacin desarrollada en este proyecto ser tomada en cuenta en
los prximos diseos de sistemas en nuestro pas; tambin ayudar a
solucionar un problema actual por la que est atravesando este
distrito. Para responder a la interrogante antes mencionada se
propuso como objetivo general elaborar el proyecto de una planta de
tratamiento de aguas residuales, aplicando la metodologa de diseo
que sea viable, econmica y funcional acorde a la necesidad actual
de la localidad. Asimismo, como objetivos especficos: Estudiar los
parmetros de las descargas residuales que se vienen dando en la
actualidad, y compararlos con los valores mximos permitidos en la
normativa ambiental en vigor. Evaluar el impacto ambiental, con el
fin de elaborar instrumentos eficaces, para la toma de decisiones
sobre la viabilidad ambiental del proyecto. Aplicar nuevas tcnicas
de diseo que se vienen utilizando en pases desarrollados, de esta
manera complementar al sistema actual de tratamiento en nuestro
pas. Establecer criterios para el mantenimiento del sistema, de
esta manera lograr su ptima funcionalidad dentro del periodo de
tiempo para la cual fue diseada.
17. 3 Adems, se presentan justificaciones de carcter social,
tcnico y ambiental que respaldan la viabilidad de la investigacin:
Social: Esta investigacin tiene como motivacin ayudar a resolver la
problemtica actual que se presenta en uno de los distritos de la
provincia de Chiclayo. Nos referimos al distrito de Santa Rosa, que
tiene un problema muy grave en cuanto a tratamiento de las aguas
residuales producto de la actividad humana. Se comprueba que la
mala ubicacin del sistema de lagunas de estabilizacin que hoy
cuenta el distrito, deja inoperativo este sistema que no cumple los
parmetros establecidos por los reglamentos de ley. Por tanto, hasta
la fecha las aguas residuales producidas en dicha ciudad son
vertidas directamente al mar, lo que causa un dao irremediable
tanto a la salud pblica como al ambiente. Su ubicacin al ingreso
del distrito, adems de atentar contra la imagen de la ciudad de
Santa Rosa, expone a la poblacin a un constante vector de
enfermedades de la piel y respiratorias, especialmente a los nios
que siempre son los primeros afectados. Tcnica: Las lagunas de
estabilizacin son los sistemas de tratamiento biolgico de lquidos
residuales ms sencillos de operar y mantener, (Ruddy, 1999). El
presente proyecto es importante porque proporcionar una metodologa
eficiente en el diseo de lagunas de estabilizacin, aplicando nuevas
tcnicas metodolgicas utilizadas en pases desarrollados y cuyas
diversas investigaciones han trado consigo buenos resultados. De
esta manera se fomentar el diseo con esta metodologa que se adapta
a nuestro medio, teniendo en cuenta la funcionalidad y economa del
sistema. Ambiental: Es necesario tomar conciencia y decidir la
accin ms conveniente frente a la situacin por la que atraviesa el
distrito, producto de la poca o ninguna atencin que se ha brindado
a las aguas residuales. Situacin que est ligada con problemas que
se pueden dar a corto y largo plazo. Cuando nos referimos a
problemas de corto plazo podremos encontrar a las enfermedades
gastrointestinales; y cuando nos referimos a problemas a largo
plazo podemos mencionar a los malos vertimientos y contaminacin de
los mantos acuferos que a la larga son tambin lo causantes de los
cambios climticos en el mundo.
18. 4 II. MARCO TERICO. 2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA. Entre
los diversos estudios y bibliografa relacionada con el tema
Aplicacin de metodologa en el diseo de sistemas de lagunas de
estabilizacin desarrollado para el distrito Santa Rosa Chiclayo,
encontramos las siguientes: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de
aguas residuales domsticas en Centroamrica. EE.UU: Agencia de los
Estados Unidos para el Desarrollo Internacional. Presenta las
experiencias de los expertos regionales en la gestin de tratamiento
de aguas residuales en Centroamrica. Proporciona a los entes
pblicos encargados de la regulacin de aguas residuales, ingenieros
sanitarios, planificadores, consultores, supervisores de obras,
ingenieros municipales y operadores de plantas de tratamiento de
aguas residuales, los instrumentos necesarios para incorporar en su
trabajo las variables de diseo, construccin, operacin,
mantenimiento, monitoreo, manejo de lodos, reso y sostenibilidad
para que los sistemas tengan xito a largo plazo. Salguero, Louis.
2010. Manual de diseo, construccin, operacin, mantenimiento,
monitoreo y sostenibilidad. EE.UU: Universidad Estatal de
California. La introduccin comienza con una presentacin de la
situacin de las aguas residuales en Centroamrica, sus efectos en la
salud y la contaminacin. El segundo captulo presenta los resultados
del proyecto de monitoreo de varias lagunas de estabilizacin en
Honduras, tal vez el proyecto de monitoreo ms amplio de
Centroamrica en el tema de tratamiento de aguas residuales, que
provee conclusiones importantes sobre el funcionamiento, operacin,
mantenimiento y sostenibilidad de una de las tecnologas ms
apropiadas para las municipalidades. El tercer captulo presenta el
desarrollo y los parmetros del diseo de un filtro percolador en
Guatemala. Silva Burga, Javier. 2004 .Evaluacin y rediseo del
sistema de lagunas de estabilizacin de la universidad de Piura.
Tesis profesional: Departamento de Ingeniera Civil de Piura. Esta
tesis contiene la exposicin de conceptos fundamentales referidos a
la naturaleza del agua residual domstica y a su tratamiento; la
evaluacin del sistema actual de las lagunas de estabilizacin de la
Universidad de Piura y la determinacin de los parmetros a ser
utilizados en el rediseo. Rossi Luna, Mara Grazia. 2010.
Oportunidades de mejoras ambientales por el tratamiento de aguas
residuales en el Per. FONAM: Fondo Nacional de Ambiente Per. En
esta publicacin se destacan las principales investigaciones hechas
en el pas en el tema de aguas residuales. Se han recopilado
diferentes estudios realizados por instituciones pblicas y
privadas, de esta manera ha generado una importante referencia
bibliogrfica para el desarrollo del tema.
19. 5 2.2. DEFINICIONES Y CARACTERSTICAS. 2.2.1. Agua residual.
Las aguas residuales pueden definirse como el conjunto de aguas que
lleva elementos extraos, bien por causas naturales, bien provocadas
de forma directa o indirecta por la actividad humana, estando
compuestas por una combinacin de: Lquidos de desage de viviendas,
comercios, edificios de oficinas e instituciones. Lquidos efluentes
de establecimientos industriales. Lquidos efluentes de
instalaciones agrcolas y ganaderas. Aguas subterrneas,
superficiales y aguas de lluvia que circulan por calles, espacios
libres, tejados y azoteas de edificios que pueden ser admitidas y
conducidas por las alcantarillas. En general las aguas residuales
se clasifican as: Aguas Residuales Domsticas (ARD): Son las
provenientes de las actividades domsticas de la vida diaria como
lavado de ropa, bao, preparacin de alimentos, limpieza, etc. Estos
desechos presentan un alto contenido de materia orgnica,
detergentes y grasas. Su composicin vara segn los hbitos de la
poblacin que los genera. Esta agua tiene un contenido de slidos
inferior al 1%. Aguas Lluvias (ALL): Son las originadas por el
escurrimiento superficial de las lluvias que fluyen desde los
techos, calles, jardines y dems superficies del terreno. Los
primeros flujos de ALL son generalmente muy contaminados debido al
arrastre de basura y dems materiales acumulados en la superficie.
La naturaleza de esta agua vara segn su procedencia: zonas urbanas,
rurales, semi-rurales y an dentro de estas zonas se presentan
enormes variaciones segn el tipo de actividad o uso del suelo que
se tenga. Residuos Lquidos Industriales (RLI): Son los provenientes
de los diferentes procesos industriales. Su composicin vara segn el
tipo de proceso industrial y an para un mismo proceso industrial,
se presentan caractersticas diferentes en industrias diferentes.
Los RLI pueden ser alcalinos o cidos, txicos, coloreados, etc. Su
composicin refleja el tipo de materias primas utilizado dentro del
proceso industrial. Aguas Residuales Agrcolas (ARA): Son las que
provienen de la escorrenta superficial de las zonas agrcolas. Se
caracterizan por la presencia de pesticidas, sales y un alto
contenido de slidos en suspensin. La descarga de esta agua es
recibida directamente por los ros o por los alcantarillados. 2.2.2.
Principales caractersticas de las aguas residuales. Es importante
conocer todas las caractersticas del agua residual, con ello se
logra deducir de manera ms rpida y prctica el tipo de tratamiento
al cual se la puede someter. Cada agua residual es nica en sus
caractersticas, contenido y cantidad de contaminantes presentes,
por lo cual, es importante los anlisis personalizados donde se
analiza a cada muestra como nica en su especie.
20. 6 2.2.2.1. Caractersticas fsicas. Temperatura. La
temperatura es un parmetro de importancia en las aguas residuales,
en la mayora de las caracterizaciones se determina este parmetro,
(UNOPS). La temperatura de las aguas residuales es mayor que la de
las aguas no contaminadas, debido a la energa liberada en las
reacciones bioqumicas, que se presentan en la degradacin de la
materia orgnica. Las descargas calientes son otra causa de este
aumento de temperatura. Turbidez. La turbiedad es una medida ptica
de transmisin de la luz en el agua del material slido o coloidal
suspendido en el agua, este ensayo es utilizado para indicar la
calidad de los vertidos de aguas residuales con respecto a la
materia suspendida, (Metcalf-Eddy, 1991). Color. El color es un
indicativo de la edad de las aguas residuales. El agua residual
reciente suele ser gris; sin embargo, a medida que los compuestos
orgnicos son descompuestos por las bacterias, el oxgeno disuelto en
el agua residual se reduce y el color cambia a negro. En esta
condicin, se dice que el agua residual es sptica, (Metcalf-Eddy,
1991). Olor. El olor es debido a los gases producidos en la
descomposicin de la materia orgnica, sobre todo, a la presencia de
cido sulfhdrico y otras sustancias voltiles. El agua residual
reciente tiene un olor peculiar algo desagradable, pero ms
tolerable que el del agua residual sptica, (Metcalf-Eddy, 1991).
Slidos totales. Los slidos totales presentes en el agua residual se
clasifican segn su tamao o presentacin en slidos suspendidos y
slidos filtrables. Slidos suspendidos: Son las partculas flotantes,
como trozos de vegetales, animales, basuras, etc. Estn otras que
tambin son perceptibles a simple vista y tienen posibilidades de
ser separadas del lquido por medios fsicos sencillos. Dentro de los
slidos suspendidos se pueden distinguir los slidos sedimentables,
que se depositarn por gravedad en el fondo de los receptores. Estos
slidos sedimentables, son una medida aproximada de la cantidad de
fango que se eliminar mediante sedimentacin, (Metcalf-Eddy, 1991).
Slidos filtrables: Esta fraccin se compone de slidos coloidales y
disueltos. La fraccin coloidal consiste en partculas con un dimetro
menores a 1 micra. Esta fraccin no puede eliminarse por
sedimentacin. Los slidos disueltos se componen de molculas
orgnicas, molculas inorgnicas e iones que se encuentran disueltos
en el agua. Por lo general, se requiere una coagulacin seguida de
sedimentacin para eliminar estas partculas de la suspensin,
(Metcalf-Eddy, 1991). 2.2.2.2. Caractersticas qumicas. Las
caractersticas qumicas estarn dadas, principalmente, en funcin de
los desechos que ingresan al agua servida.
21. 7 Materia orgnica. La materia orgnica est compuesta en un
90% por carbohidratos, protenas, grasas y aceites provenientes de
excrementos y orina de seres humanos, restos de alimentos y
detergentes. Estos contaminantes son biodegradables, es decir,
pueden ser transformados en compuestos ms simples por la accin de
microorganismos naturales presentes en el agua, cuyo desarrollo se
ve favorecido por las condiciones de temperatura y nutrientes de
las aguas residuales domsticas, (Gutirrez, 1994). Materia
inorgnica. Se incluyen en este grupo todos los slidos de origen
generalmente mineral, como son sales minerales, arcillas, lodos,
arenas y gravas no biodegradables. En el siguiente cuadro se
presenta la relacin entre algunos constituyentes inorgnicos y el
agua residual. Cuadro N 01. Relacin entre algunos constituyentes
inorgnicos con el agua residual. Elemento Relacin con el agua
residual Hidrgeno (pH) El intervalo de concentracin idneo para la
existencia de la mayora de la vida biolgica es muy estrecho y
crtico. El agua residual con una concentracin adversa de ion
hidrgeno es difcil de tratar por medios biolgicos. Por lo general,
el pH ptimo para el crecimiento de los organismos se encuentra
entre 6.5 y 7.5. Cloruros Proceden de la disolucin de suelos y
rocas que los contienen y que estn en contacto con el agua,
intrusin del agua salada (zonas costeras), agua residual domstica,
agrcola e industrial. Suministra informacin sobre el grado de
concentracin del agua residual. Nitrgeno Nutriente esencial para el
crecimiento de protistas y plantas. Bsico para sntesis de protenas.
Fsforo Incrementa la tendencia de proliferacin de algas en el
receptor. ntimamente ligado, igual que el nitrgeno, al problema de
la eutrofizacin. Azufre Requerido en la sntesis de las protenas y
liberado en su degradacin. Fuente: Metcalf-Eddy. 1991. Tratamiento
y depuracin de las aguas residuales. Gases. Las aguas residuales
contienen diversos gases con diferente concentracin. Oxgeno
disuelto: Es el ms importante y es un gas que va siendo consumido
por la actividad qumica y biolgica. La presencia de oxgeno disuelto
en el agua residual evita la formacin de olores desagradables. La
cantidad de oxgeno disuelto depende de muchos factores, como
temperatura, altitud, movimientos del curso receptor, actividad
biolgica, actividad qumica, etc. (Seoanez, 1995). cido sulfhdrico:
Se forma por la descomposicin de la materia orgnica que contiene
azufre, o por la reduccin de sulfitos y sulfatos minerales. Su
presencia,
22. 8 que se manifiesta fundamentalmente por los olores que
produce, es un indicativo de la evolucin y estado de un agua
residual, (Metcalf-Eddy, 1991). Anhdrido carbnico: se produce en la
fermentacin de los compuestos orgnicos de las aguas residuales
negras, (Seoanez, 1995). Metano: se forma en la descomposicin
anaerobia de la materia orgnica por la reduccin bacteriana del CO2,
(Seoanez, 1995). Otros gases: se producen adems gases malolientes,
como cidos grasos voltiles y otros derivados del nitrgeno,
(Seoanez, 1995). 2.2.2.3. Caractersticas biolgicas. Estas
caractersticas estn definidas por la clase de microorganismos
presentes en el agua, entre los cuales tenemos: Bacterias,
(Seoanez, 1995). Juegan un papel fundamental en la descomposicin y
estabilizacin de la materia orgnica. Pueden clasificarse en base a
su metabolismo en: hetertrofas y auttrofas. Las bacterias auttrofas
son aquellas que se nutren de compuestos inorgnicos, tomando la
energa necesaria para sus biosntesis a partir de la luz (bacterias
fotosintticas: familia Thiorhodaceae, Chlorobiaceae) o a partir de
ciertas reacciones qumicas (bacterias quimiosintticas: Nitrobacter,
Nitrosomonas, Hydrogenomonas, Thiotrix). Las bacterias hetertrofas
constituyen el grupo ms importante, por su necesidad de compuestos
orgnicos para el carbono celular. Las bacterias auttrofas y
hetertrofas pueden dividirse, a su vez, en anaerobias, aerobias o
facultativas, segn su necesidad de oxgeno. Bacterias anaerobias:
son las que consumen oxgeno procedente de los slidos orgnicos e
inorgnicos y la presencia de oxgeno disuelto no les permite
subsistir. Los procesos que provocan son anaerobios, caracterizados
por la presencia de malos olores. Bacterias aerobias: son aquellas
que necesitan oxgeno procedente del agua para su alimento y
respiracin. El oxgeno disuelto que les sirve de sustento es el
oxgeno libre (molecular) del agua; las descomposiciones y
degradaciones que provocan sobre la materia orgnica son procesos
aerobios, caracterizados por la ausencia de malos olores. Bacterias
facultativas: algunas bacterias aerobias y anaerobias pueden llegar
a adaptarse al medio opuesto, es decir, las aerobias a medio sin
oxgeno disuelto y las anaerobias a aguas con oxgeno disuelto.
Bacterias coliformes: bacterias que sirven como indicadores de
contaminantes y patgenos. Son usualmente encontradas en el tracto
intestinal de los seres humanos y otros animales de sangre
caliente. Las bacterias coliformes incluyen los gneros Escherichia
y Aerobacter. Algas. En los estanques de estabilizacin, son un
valioso elemento porque producen oxgeno a travs del mecanismo de la
fotosntesis.
23. 9 Las algas, al igual que sucede con otros microorganismos,
requieren compuestos inorgnicos para reproducirse. A parte del
anhdrido carbnico, los principales nutrientes necesarios son el
nitrgeno y el fsforo. Las algas pueden presentar el inconveniente
de reproducirse rpidamente, debido al enriquecimiento del agua
(eutrofizacin) y crear grandes colonias flotantes originando
problemas a las instalaciones y al equilibrio del sistema,
(Metcalf-Eddy, 1991). Los tipos ms importantes de algas de agua
dulce son: verdes (Chlorophyta), verdes mviles (Volvocales
euglenophyta), Verdiamarillas o marrn dorado (Chrysophyta) y
verdiazules (Cyanophyta). 2.2.2.3.1. Demanda qumica de oxgeno
(DQO). Es la cantidad de oxgeno requerida para oxidar qumicamente
los materiales orgnicos presentes en una muestra de agua. Esta
oxidacin degrada el material orgnico biodegradable y no
biodegradable. 2.2.2.3.2. Demanda bioqumica de oxgeno (DBO). El
parmetro de polucin orgnica ms utilizado y aplicable a las aguas
residuales y superficiales es la DBO a los 5 das (DBO5). Supone
esta determinacin la medida del oxgeno disuelto utilizado por los
microorganismos en la oxidacin bioqumica de materia orgnica
biodegradable, (Metcalf-Eddy, 1991). La medida de la DBO es
importante en el tratamiento de aguas residuales, tambin para la
gestin tcnica de la calidad de agua porque se utiliza para
determinar la cantidad aproximada de oxgeno que se requerir para
estabilizar biolgicamente la materia orgnica. En el siguiente
cuadro, se presentan datos tpicos de los constituyentes encontrados
en un agua residual domstica. Cuadro N 02. Composicin tpica de un
agua residual domstica. Componente Intervalo de concentraciones
Alta Media Baja Materia slida, mg/l 1200 720 350 en suspensin 350
220 100 inorgnica 75 55 20 orgnica 275 165 80 DBO5 a 20 C, mg/l 400
220 110 DQO, mg/l 1000 500 250 Nitrgeno, mg/l N, total 85 40 20
Grasa, mg/l 150 100 50 Fuente: Metcalf-Eddy. 1991. Tratamiento y
depuracin de las aguas residuales. 2.3. TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DOMSTICAS. El proceso de autodepuracin ocurre gracias a
la presencia de diversos microorganismos como bacterias y algas,
que descomponen los desechos, metabolizndolos y transformndolos en
sustancias simples tales como dixido de carbono, nitrgeno, entre
otros; adems de ciertos microorganismos que absorben algunas
sustancias inorgnicas.
24. 10 Es por esto que, al arrojar sustancias extraas a los
cuerpos de agua, si estas se encuentran dentro de ciertas
concentraciones lmites, se inicia el proceso de autodepuracin, este
proceso se aplica a sustancias orgnicas como detergentes, fenoles,
ciertas sustancias inorgnicas, entre otros. De lo contrario, si son
vertidos que pasan las concentraciones lmites para que el cuerpo de
agua inicie el proceso de autodepuracin natural, es necesario un
tratamiento, (IDEA, 2001). El diseo eficiente y econmico de una
planta de tratamiento de aguas residuales requiere de un cuidadoso
estudio basado en aspectos, tales como: el caudal (m3/seg), el uso
final del producto final (agua tratada), el rea disponible para la
instalacin, la viabilidad econmica, caractersticas meteorolgicas
(clima, precipitacin). En tal sentido, teniendo en mente que la
solucin tecnolgica ms adecuada es aquella que optimiza la
eficiencia tcnica en la forma ms simple y menos costosa, la
tecnologa debe hacer uso de los recursos humanos y materiales
disponibles en el pas. Asimismo, cabe sealar que la seleccin de los
procesos y/o el tipo de planta sern diferentes dependiendo de cada
caso especfico. Sin embargo, el proceso usual del tratamiento de
aguas residuales domsticas puede dividirse en las siguientes
etapas: Pre-tratamiento. Tratamiento primario o fsico. Tratamiento
secundario o biolgico. Tratamiento terciario que normalmente
implica una cloracin. 2.3.1. Pre-tratamiento. Esta etapa no afecta
a la materia orgnica contenida en el agua residual. Se pretende con
el pre-tratamiento la eliminacin de materias gruesas, cuerpos
gruesos y arenosos cuya presencia en el efluente perturbara el
tratamiento total y el funcionamiento eficiente de las maquinas,
equipos e instalaciones de la estacin depuradora. En el
pre-tratamiento se efecta un desbaste (rejas) para la eliminacin de
las sustancias de tamao excesivo y un tamizado para eliminar las
partculas en suspensin. Un desarenado, para eliminar las arenas y
sustancias slidas densas en suspensin y un desengrasado para
eliminar los aceites presentes en el agua residual as como
elementos flotantes. El tratamiento preliminar o pre-tratamiento,
es un proceso que se sita en cabecera y tiene como objetivo
eliminar, de las aguas residuales, todos aquellos elementos de
tamao considerable que por su accin mecnica pueden afectar al
funcionamiento del sistema depurador, as como las arenas y
elementos minerales que puedan originar sedimentacin a lo largo de
las conducciones. Los pre-tratamientos para aguas residuales
domsticas ms frecuentes son: Desbaste (rejas). Desarenado.
Desaceitado y Desengrasado. 2.3.1.1. Desbaste. El desbaste mediante
rejas es una operacin sencilla pero llamativa, ya que en ella, se
retienen los slidos de gran tamao. Estos slidos son una
verdadera
25. 11 muestra de la actividad que se ha realizado en la
poblacin unas horas antes, pues en su mayora, proceden de los
restos que se arrojan por los inodoros y los fregaderos urbanos.
As, encontramos desde restos de comida hasta pelos, plsticos,
trozos de cristales, etc. (IDEA, 2001). En el canal de entrada del
agua a una planta de tratamiento es habitual encontrar una reja,
constituida por barras paralelas que forman un ngulo de 30 a 80
respecto a la superficie del agua, aunque tambin las hay
horizontales y verticales. En esta reja quedarn retenidos todos
aquellos cuerpos voluminosos, flotantes y en suspensin, arrastrados
por el agua y cuyas dimensiones superen la luz de paso de la reja.
As mismo, el canal de rejas se debe proyectar de forma que se evite
la acumulacin y sedimentacin de arenas y otros materiales pesados.
Para ello se recomiendan velocidades superiores a 0.4 m/s, (IDEA,
2001). Luego de las rejillas se pueden colocar tamices, con
aberturas menores para remover un porcentaje ms alto de slidos, con
el fin de evitar atascamiento de tuberas, filtros biolgicos, con
una abertura mxima de 2.5 mm. 2.3.1.2. Desarenado. El objetivo de
esta operacin es eliminar todas aquellas partculas de granulometra
superior a 200 micras, con el fin de evitar que se produzcan
sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas
y otros aparatos contra la abrasin, para evitar tambin sobrecargas
en las fases de tratamiento siguiente. Los desarenadores se disean
para eliminar partculas de arenas de tamao superior a 0,200 mm y
peso especfico medio 2,65 g/ml. Si el peso especfico de la arena es
bastante menor de 2,65 g/ml, deben usarse velocidades de
sedimentacin inferiores a las anteriores, (CEPIS. 1976). En el
tratamiento de aguas residuales se catalogan como arenas aquellas
sustancias slidas densas formadas por gravas, arenas, cenizas y
otros materiales (dimetro >2.2 mm y peso especfico >1.5
g/ml). La densidad media de este tipo de materiales se encuentra en
torno a 1600 kg/m3. El tipo de desarenador, segn el procedimiento
utilizado en la separacin, ms comn es el de flujo horizontal, que
realiza una separacin natural por decantacin. Este tipo de
desarenador se ver de una manera ms detallada en el captulo
siguiente. 2.3.1.3. Desengrasado. El objetivo en este paso es
eliminar grasas, aceites, espumas y dems materiales flotantes ms
ligeros que el agua, que podran distorsionar los procesos de
tratamiento posteriores. El desaceitado o desengrasado consiste en
una separacin slido-lquido. En ambos casos se eliminan mediante
insuflacin de aire, para desemulsionar las grasas y mejorar la
flotabilidad, (CEPIS. 1976). Si se hacen desengrasado y desarenado
junto en un mismo recinto, es necesario crear una zona de
tranquilizacin donde las grasas flotan y se acumulan en la
superficie, evacundose por vertedero o por barrido superficial,
luego las arenas sedimentan en el fondo y son eliminadas.
26. 12 2.3.2. Tratamiento primario. El principal objetivo del
tratamiento primario es remover aquellos contaminantes que pueden
sedimentarse, como los slidos sedimentables y algunos slidos
suspendidos, o aquellos que pueden flotar como las grasas. 2.3.2.1.
Sedimentacin primaria. La mayor parte de las sustancias en
suspensin y disolucin en las aguas residuales no pueden retenerse,
por razn de su finura o densidad, en las rejas y desarenadores. Por
ello se recurre a la sedimentacin (tambin llamada decantacin) que
es la separacin de un slido del seno de un lquido por efecto de la
gravedad. La decantacin se produce reduciendo la velocidad de
circulacin de las aguas residuales, con lo que el rgimen de
circulacin se vuelve, cada vez, menos turbulento y las partculas en
suspensin se van depositando en el fondo del sedimentador, (CEPIS.
1976). Se realiza en tanques rectangulares o cilndricos donde se
remueve aproximadamente el 65% de los slidos suspendidos y el 35%
de la DBO presente en las aguas residuales. Los lodos producidos
estn conformados por partculas orgnicas. Los lodos de un
sedimentador primario son diferentes a los lodos de un desarenador
los cuales son de tipo inorgnico. Las grasas y espumas que se
forman sobre la superficie del sedimentador primario son removidas
por medio de rastrillos que ejecutan un barrido superficial
continuo. Los lodos que son sedimentados en un sedimentador
primario se llaman lodos primarios, los cuales se recogen del fondo
con rastrillos para luego ser sometidos a una digestin. 2.3.2.2.
Tanques de imhoff. Se utiliza con el fin de efectuar simultneamente
una sedimentacin y una digestin anaerbica. Utilizado para el
tratamiento primario en combinacin con otro tratamiento secundario.
Consta de 2 cmaras: la superior o cmara de sedimentacin, por la que
pasan las aguas negras a una velocidad muy reducida, permitiendo el
asentamiento de la materia en suspensin; y la cmara inferior o de
digestin, en la cual se desarrolla la digestin anaerobia de la
materia sedimentada, (Metcalf-Eddy, 1991). El fondo de la cmara de
sedimentacin est conformado por dos losas inclinadas que en su
parte ms baja se traslapan, dejando un espacio a travs del cual los
slidos asentados pasan a la cmara inferior, aislando as las
condiciones spticas y malos olores provenientes de la digestin de
lodos y evitando el contacto con las aguas negras que pasan por la
cmara de sedimentacin. Los lodos acumulados en el digestor se
extraen peridicamente y se conduce a lechos de secado, en donde el
contenido de humedad se reduce por infiltracin, despus de lo cual
se retiran y se disponen de ellos enterrndolos o pueden ser
utilizados para mejoramiento de los suelos.
27. 13 Imagen N 01. Esquema del tanque imhoff. Fuente:
Wikipedia. 2.3.3. Tratamiento secundario. El tratamiento secundario
tiene como objetivo la eliminacin de la materia orgnica
biodegradable no sedimentable (materia orgnica finamente dividida y
disuelta en el agua residual), junto a otros varios contaminantes.
Bsicamente, consiste en provocar el crecimiento de microorganismos
que asimilan la materia orgnica, los cuales se reproducen y
originan nuevos microorganismos insolubles que despus son separados
del flujo tratado como un fango destinado a una digestin definitiva
o a la reutilizacin como enmienda del terreno. De hecho, se trata
de una aplicacin controlada de los sistemas naturales de
autodepuracin de las aguas, por lo que a este tipo de tratamiento
se le llama tratamiento biolgico, (IDEA, 2001). Un tratamiento
secundario remueve aproximadamente un 85% de la DBO y los slidos
suspendidos aunque no remueve cantidades significativas de nitrgeno
y fsforo, metales pesados y bacterias patgenas. En el tratamiento
secundario de tipo biolgico, la materia orgnica es utilizada como
alimento de los microorganismos tales como hongos, bacterias,
protozoos, rotferos, etc. de tal manera que sta es transformada en
CO2, H2O y un nuevo material celular. Adems de los microorganismos
y materia orgnica es necesario hablar de oxgeno biodegradable o
DBO, tambin de ciertas condiciones favorables como el pH, entre
otros. 2.3.3.1. Lodos activados. Los lodos activados es un proceso
de tratamiento por el cual, el agua residual y el lodo biolgico
(microorganismos) son mezclados y aireados en un tanque denominado
aireador. Los flculos biolgicos formados en este proceso se
sedimentan en un tanque sedimentador, de donde son recirculados
nuevamente al tanque aireador o de aireacin. En el proceso de lodos
activados, los
28. 14 microorganismos son completamente mezclados con la
materia orgnica en el agua residual de manera que sta les sirve de
alimento para su produccin. Es importante indicar que la mezcla o
agitacin se efecta por medios mecnicos (aireadores superficiales,
sopladores, etc.) los cuales tiene doble funcin: producir una
mezcla completa y agregar oxgeno al medio para que el proceso se
desarrolle. La representacin esquemtica del proceso se muestra en
la figura mostrada a continuacin. Imagen N 02. Representacin
esquemtica del proceso de lodos activados. Fuente: Wikipedia.
2.3.3.2. Lagunas de estabilizacin. Tambin llamadas estanques de
estabilizacin, son grandes embalses donde la carga orgnica del
afluente es depurada por la accin de micro-algas y bacterias
saprfitas, principalmente. Para la disposicin apropiada de aguas
residuales, su tratamiento mediante lagunas de estabilizacin,
constituye un sistema natural, que ofrece costos mnimos de
operacin, por lo cual es reconocido como el ms adecuado para las
condiciones econmicas de poblaciones de bajos recursos financieros.
El proceso se convierte en una solucin de costo mnimo al problema
de salud humana. Este tipo de tratamiento constituye tambin una
buena solucin para pequeas comunidades de clima clido o templado
(la temperatura tiene una notable influencia sobre la cintica del
proceso).
29. 15 Imagen N 03. Sistema de tratamiento por lagunas de
estabilizacin. Fuente: Wikipedia. 2.3.3.3. Lecho de lodos (UASB).
Son reactores anaerobios denominados UASB (Upflow Anaerobis Sludge
Blanket o Manto de Fango de Flujo Ascendente), (IDEA, 2001). En el
interior de estos reactores se favorece la formacin de flculos o
agregados de bacterias; al realizarse la alimentacin del afluente
por la parte inferior, se generan gases (principalmente CO2 y
metano). Tanto el gas libre como las partculas a las que se ha
adherido el gas, ascienden hacia la parte superior del reactor
donde se produce la liberacin de este gas adherido, al entrar en
contacto con unos deflectores (desgasificadores). Las partculas
desgasificadas suelen volver a caer y el gas se captura en una
bveda de recogida de gases instalada en la parte superior del
reactor. Es decir, permanentemente tenemos un flujo ascendente y
otro descendente de agregados bacterianos, aunque no hay una
distribucin homognea de los mismos, ya que su concentracin es tanto
mayor cuando ms prximos estn a la base del reactor. El tiempo de
contacto del reactor UASB es de 4 a 12 horas, permitiendo una
reduccin aproximada del 75 al 85% en la DQO.
30. 16 Imagen N 04. Esquema del sistema UASB. Fuente: Wikipedia
2.3.4. Tratamientos terciarios. Cuando los efluentes de una planta
de tratamiento de aguas residuales de tipo secundario no cumplen
con ciertos niveles de calidad se hace entonces necesario un
tratamiento terciario o avanzado. Los objetivos del tratamiento
terciario son eliminar la carga orgnica remanente de un tratamiento
secundario, desinfectarla para eliminar microorganismos patgenos,
eliminar color y olor indeseables, remover detergentes, fosfatos y
nitratos residuales, que ocasionan espuma y eutrofizacin
respectivamente. Esta depuracin puede realizarse tambin por medio
de lagunado. El fundamento de este sistema no es ms que utilizar el
poder depurador de las bacterias presentes en el agua residual, las
cuales permiten eliminar la materia en suspensin o disuelta y
aquellos compuestos biodegradables como es la materia nitrogenada y
carbonada. La cloracin tambin es parte del tratamiento terciario o
avanzado que se emplea para lograr un agua ms pura. 2.3.5.
Tratamiento de residuos obtenidos de la depuracin de las aguas
residuales. Las diferentes operaciones de depuracin de un agua
residual generan una serie de residuos que pueden clasificarse en
dos grupos, (IDEA, 2001). Slidos gruesos, que normalmente se
obtienen en los pre-tratamientos y que, por lo general, o bien son
incinerados o bien se depositan en vertederos. Lodos, que se
generan tanto en los tratamientos primarios como en los
secundarios. Los lodos se sometern a uno u otro tratamiento segn
sea su origen y su carga contaminante o txica. Estos tratamientos
intentan reducir el volumen de estos fangos (mediante
deshidratacin) y contemplan la posibilidad de, o bien
31. 17 recuperar algn componente, o bien acondicionarlos para
su reutilizacin (por ejemplo: en agricultura). 2.3.5.1. Sistemas de
eliminacin o reutilizacin del fango. Los fangos de las depuradoras,
una vez sometidos a todos o algunos de los tratamientos, se envan a
un destino final que puede consistir en: Eliminacin de fango,
Consiste en la incineracin o bien en la deposicin en vertederos
especiales. En ambos casos, se produce una prdida econmica
importante y es inevitable un fuerte impacto medio- ambiental.
Reutilizacin del fango, Minimiza los efectos negativos econmicos y
ambientales de la eliminacin. Los objetivos fundamentales de la
reutilizacin son aprovechar los fangos como fuente de energa y
aprovechar los componentes de los mismos. Esta reutilizacin del
fango, para que sea de utilidad agrcola, debe tener un efecto
fertilizante y/o de enmienda y correctivo del suelo (facilitar el
transporte de nutrientes; incrementar la retencin de agua). Imagen
N 05. Secuencia completa de tratamientos de aguas residuales
domsticas. Fuente: Wikipedia. 2.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
MEDIANTE LAGUNAS DE ESTABILIZACIN. 2.4.1. Concepto de laguna de
estabilizacin. Una laguna de estabilizacin de aguas residuales es
una estructura simple para embalsar agua, de poca profundidad de 1
a 4 m y con perodos de retencin de magnitud considerable (de uno a
cuarenta das). Cuando las aguas residuales son descargadas en
lagunas de estabilizacin, se realiza en las mismas, en forma
espontnea, un proceso conocido con el nombre de autodepuracin o
estabilizacin natural, en el que ocurren fenmenos de tipo fsico,
qumico y biolgico. Este proceso se lleva a cabo en casi todas las
aguas con alto contenido de materia orgnica putrescible o
biodegradable.
32. 18 La demanda bioqumica de oxgeno (DBO) de las aguas
descargadas en una laguna de estabilizacin y del efluente de las
mismas, es el parmetro que ms se ha utilizado para evaluar las
condiciones de trabajo de las lagunas de estabilizacin y su
comportamiento. La estabilizacin de la materia orgnica se lleva a
cabo a travs de la accin de organismos aerobios cuando hay oxgeno
disuelto en el agua, y de organismos anaerobios cuando no hay
oxgeno disuelto en la misma. Los factores que intervienen en el
proceso de las lagunas de estabilizacin son: Fsicos: Temperatura,
insolacin, infiltracin, evaporacin, precipitacin pluvial y vientos.
Qumicos: Demanda bioqumica de oxgeno, pH, nutrientes, contaminantes
resistentes. Biolgicos: Algas y bacterias. 2.4.2. Objetivos de las
lagunas de estabilizacin. Las lagunas de estabilizacin se
construyen con los siguientes objetivos, (Senz, 1985). Proteccin
epidemiolgica, a travs de la disminucin de organismos patgenos
presentes en las aguas residuales y dificultando la transmisin de
los mismos. Proteccin ecolgica, a travs de la disminucin de la
carga orgnica (DBO) de las aguas residuales, logrndose de esta
manera que el nivel de oxgeno disuelto en los cuerpos receptores se
vea menos comprometido, con el consiguiente beneficio para su reso.
Reso directo del agua servida tratada en la agricultura, as como en
piscicultura, evitando los riesgos e inconvenientes del reso de
aguas servidas crudas. 2.4.3. Ventajas y desventajas. 2.4.3.1.
Ventajas. Presenta alta eficiencia. Gastos de operacin y
mantenimiento bajos. Gran capacidad para recibir sobrecarga.
Simplicidad de operacin. No requiere equipo mecnico. 2.4.3.2.
Desventajas. Requiere grandes extensiones. Puede ocasionar
problemas de olores (generalmente las lagunas anaerobias). Puede
producir vectores. En pocas de fro disminuye su eficiencia. Si el
precio del terreno es alto puede salir costosa.
33. 19 2.4.4. Clasificacin. 2.4.4.1. De acuerdo al proceso
biolgico desarrollado: Lagunas aerobias: Predominan los procesos
aerobios (presencia de oxgeno). Se basan en el aporte de oxgeno a
partir del crecimiento de foto-sintetizadores y permiten obtener
efluentes de baja DBO soluble pero de alto contenido de algas, las
que debieran ser cosechadas a fin de controlar los cuerpos
receptores. La profundidad debe ser tal que no se alcancen a
producir regiones sin oxgeno, sobre todo teniendo presente que la
turbiedad impide el paso de la luz solar; se suelen encontrar
profundidades de 30 a 50 centmetros y tiempos de retencin
hidrulicos (es decir, volumen de la laguna dividido por caudal
medio tratado) de 4 a 6 das de modo que el terreno requerido para
esta tecnologa puede ser intolerablemente grande. Permiten
reducciones del 80 al 95% de la DBO5. La tasa de carga de este tipo
de lagunas cae en el rango de 85 a 170 kg de DBO5/ha-da. Lagunas
anaerobias: Predominan los procesos de fermentacin anaerobia. Las
bacterias anaerobias no requieren oxgeno para reducir la materia
orgnica, el proceso es ms sensible a condiciones ambientales,
produce olores desagradables, es largo y la estabilizacin no es
total, (Metcalf-Eddy, 1991) Las lagunas anaerobias suelen recibir
cargas de 225 a 600 kg de DBO5/ha-da con tiempo de retencin
hidrulico de 20 a 50 das. Rendimientos en la reduccin de la DBO5
del 50 a 85%. La profundidad puede ser entre 2.5 y 5 m, (IDEA,
2001) Lagunas facultativas: Laguna o estanque de tratamiento con
una seccin superior aerobia y una inferior anaerobia de modo tal
que los procesos biolgicos aerobios y anaerobios se produzcan en
forma simultnea. En el estrato superior de una laguna facultativa
primaria existe una simbiosis entre algas y bacterias, en presencia
de oxgeno; en los estratos inferiores se produce una biodegradacin
anaerobia de los slidos sedimentables. La carga aceptable para
estas lagunas cae entre 85 y 170 kg de DBO5/ha-da. Se recomienda
eficiencias entre el 70 y 90%. El tiempo de retencin hidrulico cae
en el rango de 5 a 30 das y la profundidad de operacin debe estar
entre 1.2 a 2.5 m; por otra parte, se debe garantizar que el fluido
utilice todo el volumen de la laguna, evitando corto circuitos y/o
regiones muertas, (CEPIS, 1998). Lagunas de aeracin: Este tipo de
lagunas se desarroll a partir de los estanques de estabilizacin
facultativos en los que solo se tuvo que instalar aireadores de
superficie para eliminar los olores que se producan al estar
sometidos a sobrecargas orgnicas, (CEPIS, 1998). 2.4.4.2. De
acuerdo al lugar que ocupan; con relacin a otros procesos: Lagunas
primarias: reciben aguas residuales crudas.
34. 20 Lagunas secundarias: reciben efluentes de otros procesos
de tratamiento. Lagunas de acabado: lagunas de mayor grado que las
secundarias. Tambin llamadas estanques de estabilizacin de baja
carga, son lagunas terciarias diseadas para mejorar la calidad de
los efluentes de tratamientos secundarios y la nitrificacin
estacional. 2.4.4.3. De acuerdo a la disposicin de las unidades:
Lagunas en serie: permite una mejora importante en la calidad
bacteriolgica del efluente. Lagunas en paralelo: no mejora la
calidad del efluente, pero en cambio, ofrece muchas ventajas desde
el punto de vista constructivo y operativo. En contar con por lo
menos un sistema en paralelo para sobrecargar una mientras se lleva
a cabo la limpieza o mantenimiento de la otra. 2.4.5.
Funcionamiento de las lagunas. El funcionamiento de las lagunas est
gobernado por diferentes factores, entre los cuales tenemos:
Penetracin de la luz solar en el agua: necesaria para el desarrollo
de condiciones aerobias, (Barnes, 1967). La profundidad del
estanque: los muy profundos limitan el alcance de los rayos solares
slo a las capas superiores y los estanques poco profundos son
favorables a la aparicin de diversos tipos de plantas que podran
limitar el paso de los rayos. Precipitacin y evaporacin en la zona:
que podran alterar el funcionamiento debido a las variaciones de
volumen. Permeabilidad del suelo: por la cantidad de caudal que se
filtra en el fondo y costados de la laguna. Vientos: mejoran el
funcionamiento cuando son moderados, por la accin mezcladora que
producen. Naturaleza y fructificacin de las algas: ya que consumen
anhdrido carbnico y en condiciones climticas adecuadas liberan
oxgeno durante el da, (Metcalf-Eddy, 1991). 2.4.5.1. Mecanismos de
funcionamiento. Ynez, ha esquematizado el funcionamiento de las
lagunas en procesos: Proceso aerobio: Este proceso se caracteriza
porque la descomposicin de la materia orgnica se lleva a cabo en
presencia de oxgeno, producindose compuestos inorgnicos que sirven
de nutrientes a las algas, las cuales a su vez producen ms oxgeno
que facilita la actividad de las bacterias aerobias. El proceso de
desdoblamiento de la materia orgnica se lleva a cabo con
intervencin de enzimas producidas por las bacterias en sus procesos
vitales. A su vez, las algas logran sintetizar materia orgnica que
se incorpora a su propio protoplasma. Este proceso que se lleva a
cabo en presencia de la luz solar recibe el nombre de fotosntesis.
En el mismo se desprende oxgeno (que es aprovechado por las
bacterias aerobias para satisfacer la DBO).
35. 21 Proceso anaerobio: El tratamiento anaerobio supone la
descomposicin de la materia orgnica y/o inorgnica en ausencia de
oxgeno molecular. Las reacciones anaerobias son ms lentas y los
productos de las mismas originan malos olores. Los microorganismos
causantes de la descomposicin de la materia orgnica se dividen
frecuentemente en dos grupos: El primer grupo, hidroliza y fermenta
compuestos orgnicos complejos a cidos simples, de los cuales los ms
corrientes son el cido actico y el cido propinico. Este grupo de
microorganismos se compone de bacterias facultativas y anaerobias
colectivamente denominadas bacterias formadoras de cidos. El
segundo grupo, convierte los cidos orgnicos formados por el primer
grupo en gas metano y anhdrido carbnico, las bacterias responsables
de esta conversin son anaerobias estrictas y se les conoce como
bacterias formadoras de metano. Las bacterias ms importantes de
este grupo tienen tasas de crecimiento muy lentas y por ello su
metabolismo se considera como limitante del tratamiento anaerobio
de un residuo orgnico. 2.5. METODOLOGA DE DISEO EN EL SISTEMA DE
LAGUNAS DE ESTABILIZACIN. 2.5.1. Sistema de Pre-tratamiento y
medicin de caudales. En un sistema de tratamiento de aguas
residuales a travs de lagunas de estabilizacin, el pre-tratamiento
sirve para lo siguiente: Remover los slidos grandes (gruesos) que
flotan o estn suspendidos. Estos slidos gruesos consisten
principalmente en papel, plsticos, trapos, tela y otros desechos
slidos que pueden entrar al alcantarillado. Dependiendo de la
abertura de las barras en una rejilla, los slidos gruesos tambin
pueden consistir de excretas humanas. Remover los slidos inorgnicos
pesados, los que se llaman slidos arenosos, que han entrado al
alcantarillado. Estos slidos entran al alcantarillado por las
conexiones de la tubera y los pozos de inspeccin, consisten
principalmente de arena y otros slidos que tienen una gravedad
especfica alrededor 2.5 kg/m3 Los slidos flotantes y gruesos pueden
causar problemas nocivos en la operacin de las lagunas: ellos
ayudan a la formacin de nata que puede producir malos olores,
sirven como un foco para la reproduccin de insectos y producen
condiciones desagradables a la vista, a continuacin una foto de lo
antes mencionado.
36. 22 Imagen N 06. Solidos flotantes y gruesos dentro de la
laguna. Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas
residuales domsticas en Centroamrica. 2.5.1.1. Proceso de
pre-tratamiento. Desbaste (rejillas). Para la separacin de slidos
gruesos se utilizan rejillas ubicadas transversalmente al flujo. Al
pasar el agua, el material grueso queda retenido en el enrejado. El
material debe ser retirado manualmente y enterrado diariamente; ya
que pueden daar u obstruir las tuberas, interfiriendo en los
procesos de tratamiento. La cantidad de desperdicios slidos
retenidos por las rejas vara segn la naturaleza de las aguas negras
y el tamao de las aberturas de la reja. Los desperdicios retenidos
contienen de 75 a 90% de humedad y estn formados por trapos, papel,
trozos de caucho, residuos de alimentos y otros productos expuestos
a la putrefaccin, por lo que se requiere su rpida eliminacin, a
travs de procesos como enterramiento, incineracin o digestin.
Normas para el diseo de rejillas. El siguiente cuadro muestra las
normas de diseo recomendadas y los detalles para rejillas en
sistemas de lagunas. Cuadro N 03. Normas de diseo para rejillas
manuales. Parmetro Norma recomendada Forma de barra Rectangular No
se debe utilizar barras corrugadas de construccin Ancho de barra 5
- 15 mm Espesor de barra 25 - 40 mm Espaciamiento (abertura) entre
baas 25 - 50 mm 50 mm recomendado para que las heces humanas pasen
por las barras
37. 23 Inclinacin con la horizontal 45 - 60 Plataforma de
drenaje Suficiente para el almacenamiento temporal del material
retenido en condiciones sanitarias Canaleta de desvo (By-pass)
Suficiente para desviar el caudal mximo durante una emergencia
Material de construccin de barras y plataforma de drenaje Acero
inoxidable o galvanizado; aluminio Velocidad de aproximacin 0.45
m/s Tiempo de retencin en canal de aproximacin 3 seg Largo de canal
de aproximacin 1.35 m Velocidad a travs de las barras 0.6 m/s para
caudal promedio 0.9 m/s para caudal mximo Prdida de carga mxima
0.15 m Cantidades de material retenido 0.008 - 0.038 m3/1.000 m3
Disposicin final de residuos Solucin tcnica utilizando mtodos
sanitarios Fuente: Reynolds y Richards. 1996 y viceministerio de
vivienda y construccin. 1997. ANOTACIONES. La rejilla debe tener
barras rectangulares con anchos de 5 a 15 mm y espesores de 25 a 40
mm. Se recomienda una abertura entre las barras de 50 mm para que
la mayora de las heces humanas pasen por la rejilla sin ser
retenidas. Imagen N 07. Caudal interrumpido por causa de material
atrapado en la rejilla. Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento
de aguas residuales domsticas en Centroamrica. La inclinacin con la
horizontal de la rejilla vara entre 45 y 60 para que se remueva el
material retenido fcilmente con un rastrillo.
38. 24 Imagen N 08. Detalle inclinacin de una rejilla con
plataforma de drenaje. Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento
de aguas residuales domsticas en Centroamrica. Las Rejilla debe
tener una plataforma de drenaje para poder drenar los slidos
gruesos retenidos, estos tienen una humedad de aproximadamente 80%
antes de disponerlos en una manera sanitaria (Mendoa. 2000,21).
Imagen N 09. Detalle de una rejilla de metal con plataforma de
drenaje. Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas
residuales domsticas en Centroamrica. El canal de aproximacin antes
de la rejilla debe tener un canal de desvo en el caso de una
emergencia; cuando el operador no est disponible para limpiar la
rejilla.
39. 25 Imagen N 10. Detalle de canaleta de desvo (By-pass)
Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas residuales
domsticas en Centroamrica. El material de construccin de las barras
y la plataforma de drenaje debe ser resistente a la corrosin. Se
deber utilizar acero inoxidable, acero galvanizado o aluminio en su
construccin. Imagen N 11. Detalle de rejillas hechas con barras de
acero de refuerzo. Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de
aguas residuales domsticas en Centroamrica. Dimensionamiento de
rejillas y el canal de aproximacin. Se dimensiona la rejilla y el
canal de aproximacin antes de la rejilla con la siguiente ecuacin
adaptada de Mara (1976): Dimensionamiento de canal de aproximacin.
(1) Donde: acanal = Ancho de canal de aproximacin, m. Qmax = Caudal
mximo, m3/s. 0.6 = Velocidad mxima a travs de las barras, m/s. Pmax
= Profundidad mxima de agua en el canal cuando Q = Qmax. = 0.6 .
+
40. 26 ab = Ancho de barras, mm. eb = Espaciamiento (abertura)
entre barras, mm. Nota: La profundidad mxima (Pmax), es determinada
durante el diseo del desarenador, que se realizar posteriormente.
Velocidad en el canal de aproximacin. Se calcula la velocidad en el
canal de aproximacin con la siguiente ecuacin: (2) Donde: v =
Velocidad en el canal de aproximacin, m/s. Nota: La ecuacin (2)
asume que la velocidad mxima a travs de la rejilla es 0.6 m/s; por
lo tanto, la velocidad calculada, v (velocidad en el canal de
aproximacin) debe ser cerca de 0.45 m/s si se utiliza dimensiones
de ab y eb tpicas detalladas en las anotaciones anteriores. Se
calculan las prdidas de carga a travs de la rejilla con la
siguiente ecuacin (Metcalf & Eddy, 1991): (3) Donde: hf =
Prdida de carga, m. vR = Velocidad a travs de la rejilla, m/s. va =
Velocidad en el canal de aproximacin, m/s. g = Aceleracin de
gravedad, m/s2. Nota: Se aplica la ecuacin (3) solamente cuando la
rejilla est limpia (Metcalf & Eddy, 1991). ANOTACIN. Los
canales de aproximacin deben tener un tiempo de retencin hidrulica
mnimo de 3 segundos y un largo mnimo de 1.35 metros para asegurar
una velocidad uniforme a travs de las barras. Si el tiempo de
retencin hidrulica y el largo son menos, es muy probable que el
canal tenga turbulencia por las barras como se ve en las siguientes
figuras: v = 0.6 + = 1 0.7 2 2 2
41. 27 Imagen N 12. El canal a la izquierda tiene demasiada
turbulencia para tener una velocidad uniforme. El canal a la
derecha tiene suficiente largo para asegurar una velocidad uniforme
sin turbulencia. Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de
aguas residuales domsticas en Centroamrica. Disposicin final de los
slidos gruesos en las rejillas. Sin duda los desechos gruesos estn
muy contaminados con patgenos, estos son excesivamente nocivos con
malos olores y malas apariencias. Deben ser enterrados diariamente
con el mnimo de manejo por el operador de la instalacin. El diseo
de la instalacin de pre-tratamiento debe incluir un rea reservada
cerca de la rejilla, donde el operador pueda enterrar los slidos
gruesos. Imagen N 13. rea reservada para enterrar los slidos
arenosos y gruesos tan pronto como los saque con el mnimo de
manejo. Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas
residuales domsticas en Centroamrica.
42. 28 Desarenado. El tipo de desarenador, segn el
procedimiento utilizado en la separacin, ms comn es el de flujo
horizontal, que realiza una separacin natural por decantacin. Los
desarenadores de flujo horizontal son canales rectangulares donde
se mantiene una velocidad controlada del agua residual, de forma
que las arenas sedimentan y los slidos orgnicos pasan a las
siguientes unidades de tratamiento. El parmetro principal de diseo
es la velocidad horizontal del flujo a travs de la unidad.
Generalmente una velocidad de 0.3 m/s permite la sedimentacin de
partculas de 0.2 mm y mayores. El tiempo de retencin vara de 20
segundos a 1 minuto. El ancho mnimo recomendable para estas
unidades es de 0.6 m. Debe de proveerse un espacio dentro de la
cmara para la acumulacin y almacenamiento de las arenas. Normas
para el diseo de desarenadores. En el siguiente cuadro se presenta
un resumen de las normas de diseo recomendadas para desarenadores
horizontales. Cuadro N 04. Normas de diseo recomendadas para
desarenadores horizontales. Fuente: Marais y van Haandel, 1996:
Reynolds y Richards. 1996; y Viceministerio de Vivienda y
Construccin, 1997. ANOTACIN. La manera ms apropiada de remover los
slidos arenosos y gruesos es por medio de rejillas y desarenadores
horizontales, con el nivel de agua y la velocidad en los Parmetro
Norma Recomendada Veloc