Lagunas Para Remoción De Orgánicos

Lagunas para remoción de orgánicos

Introducción

Dentro del curriculum de contenidos del curso se incluyen los tópicos más necesarios para aportar al diseño de soluciones actuales, entre ellos, el Tratamiento Bioquímico Clásico de aguas que contienen Orgánicos, usualmente asociado a tratamiento de aguas servidas pero también para RILES orgánicos

A nivel introductorio, conviene destacar que, en general, las aplicaciones bioquímicas a problemas ambientales consisten en utilizar recursos típicos de la biosfera para aumentar la capacidad de vertedero del ecosistema que se desea proteger. Son escasas las aplicaciones ambientales de bacterias (u hongos o algas) genéticamente modificadas que se han intentado hasta la fecha. Como excepción a este comentario, vale mencionar el uso de paredes celulares de algas para la biosorción de metales pesados.

Tratamiento Bioquímico Clásico de Aguas con Orgánicos

La humanidad ha enfrentado el problema de los orgánicos desechados desde tiempos inmemoriales, registrados en diversas culturas incluso dentro de sus tradiciones higiénicas. Una de las formas más comunes de este tipo de requisito de diseño (deshacerse de orgánicos) se enfrenta en la disposición final de aguas servidas de sectores de alta densidad urbana. En este caso, las concentraciones de orgánicos llegan a ser del orden de unos 300 mg/L de DBO5, concentración que también puede ser encontrada en operaciones industriales, naturalmente (por ejemplo, en la industria alimenticia).

La mayor parte de los problemas industriales asociados a orgánicos, sin embargo, presentan concentraciones uno o dos ordenes de magnitud superior, de modo que las tecnologías a utilizar cambian. Para orgánicos diluidos (p.e. 500 mg/L de DBO5) se utilizan tecnologías de lagunaje o de lodos activos, en muy diversas variantes. Para concentraciones más altas se recurre a tecnologías agrupadas bajo el descriptor de "filtros biológicos", si bien su funcionamiento no guarda relación ninguna con un filtro (que corresponde a una operación de separación),

Se presentan las metodologías de diseño, en términos prácticos, seguidas de ejemplos que permitan contrastar unas y otras soluciones tecnológicas.

Tratamiento por Lagunas

El término laguna indica un sistema de retención de aguas, de construcción humana, con cualquier propósito; el propósito suele estar indicado por el término a continuación de laguna. Se encuentran lagunas para regadío, para alimentación de centrales hidroeléctricas, de tratamiento de aguas servidas y muchas otras.

Las Lagunas de Tratamiento de Aguas Servidas, algunas veces llamadas de estabilización, tienen como propósito explícito conseguir que las aguas acumuladas en ellas lleguen a cumplir un conjunto de parámetros cuantitativos, fijados por ley, que permitan su descarga al ambiente receptor sin ocasionar problemas ambientales ulteriores. Los parámetros suelen estar relacionados con el potencial de riesgo a la salud pública, la cantidad de orgánicos disueltos, los sólidos suspendidos, las materias grasas, el contenido de nitrógeno orgánico, el contenido de fosfatos, la ausencia de olor y la ausencia de color. Cada nación del mundo regula, soberanamente, los parámetros aplicables, usualmente por sistema receptor y/o por región de aplicación de la regulación (por ejemplo en la regulación por ríos y en la regulación por cuencas).

La ciudades chilenas que conformen parte del territorio operacional de una empresa sanitaria concesionaria se deben regir por las normas de descarga a cauces superficiales, orientados a reuso de las aguas en regadío. La norma aplicable, en muchos casos, es la norma chilena de reuso de aguas para diversos usos, NCh1333, editada por el Instituto Nacional de Normalización. Las normas chilenas están en pleno cambio y se espera que a fines de 1999 existan nuevas regulaciones, más afinadas y explícitas.

Los parámetros exigibles hoy en día para el efluente de las lagunas de tratamiento de aguas servidas serán solamente que los coliformes fecales estén por debajo de 1000 UFC/100 mL, que los sólidos estén por debajo de 100 mg/L, que no se aporte olor evidente y que no se aporte color observable al sistema receptor, de acuerdo a la citada norma chilena. Las nuevas normas debieran regular la descarga de sólidos suspendidos y de DBO5 en 35 mg/L.

Tipos de Lagunas

El sistema de tratamiento por lagunas ha tenido diversas adaptaciones tecnológicas, según el grado de tratamiento deseado y el momento histórico de su implementación. Desde los primeros registros históricos, hace unos 3000 años, existen hoy en día un par de decenas de miles de lagunas; las mayormente conocidas y caracterizadas son las 7000 (o más) lagunas en operación en los Estados Unidos, si bien se han implementado muchas en Israel y en América Latina de las cuales no se conocen datos precisos. La implementación de lagunas en Chile, alcanza varias decenas (tal vez un centenar) pero la gran mayoría corresponde a lagunas estáticas, sin aireación y enfrentan graves deficiencias de diseño, generan malos olores, tratamientos muy por debajo de las especificaciones originales y una grave ausencia de protocolos de mantención.

Las posibles variaciones en lagunas de tratamiento de aguas servidas se pueden clasificar de distintas maneras, pero una de las más habituales las clasifica según la participación del oxígeno disuelto en el sistema:

Lagunas Aerobias: una laguna en que se espera (por diseño) que exista oxígeno disuelto en todo el sistema se clasifica como laguna aerobia;

Lagunas Anaerobias: si el oxígeno está ausente en toda la laguna se clasifica como laguna anaerobia;

Lagunas Facultativas: si el oxígeno disuelto participa sólo en algunas partes de la laguna (por ejemplo en el sector superior) pero existen regiones sin oxígeno (por ejemplo en el fondo) se le clasifica como facultativa.

Los términos aerobia, anaerobia y facultativa se han tomado de la clasificación microbiológica de los microorganismos participantes. La clasificación de microorganismos se basa en diversos conceptos, uno de ellos el mecanismo respiratorio; las bacterias que respiran oxígeno se llaman aerobias; las que respiran mediante mecanismos de óxido reducción sin participación de oxígeno gaseoso son las anaerobias mientras que aquellas que se adaptan a uno u otro mecanismo respiratorio son las bacterias facultativas.

Las lagunas pueden también clasificarse según el mecanismo que aporta oxígeno, si es que el oxígeno es necesario. Se encuentran así:

las lagunas aireadas (se aporta aire mediante equipos mecánicos o neumáticos para la transferencia de oxígeno);

las de agitación superficial (la agitación promueve el contacto del agua con la atmósfera y transfiere así el oxígeno del aire) y

las no aireadas o estáticas (que usualmente se basan en el aporte diurno de oxígeno desde fotosintetizadores, como algas por ejemplo).

Similarmente, se pueden clasificar según el grado de mezcla forzada en el sistema; en tal caso se encuentran

lagunas de mezcla completa (cualquier volumen de líquido, en cualquier parte de la laguna, tiene la misma composición que cualquier otro) o

de mezcla parcial en que se admite una cierta estratificación de sólidos pero se busca asegurar que la potencia consumida consiga aportar estrictamente en oxígeno necesario para la reacción aerobia en todo el volumen de reacción

además, existen las lagunas estáticas. suelen llamarse de estabilización, en que no se promueve el mezclado).

Cada tipo de laguna ha sido clasificada y estudiada en busca de metodologías de diseño que permitan su adecuada selección técnica y económica y que su explotación resulte factible. Es tal vez evidente que se recurre a sistemas de tratamiento en lagunas porque ofrecen un tratamiento de más bajo costo de explotación que los sistema de reacción más rápidos (basados, generalmente, en tecnologías de muy alta densidad celular o lodos activos). En cuanto al costo de inversión, por otra parte, se debe comparar el valor del terreno y de las obras de lagunaje (movimiento de tierras e impermeabilización) con el de obras civiles y equipos (el terreno ocupado por tecnologías rápidas es prácticamente despreciable por comparación). Que la oferta de menor costo sea realidad frente a la consecución de los mismos valores de parámetros comparables es, precisamente, el punto crítico de un buen diseño.

Las lagunas aerobias estáticas se basan en el aporte de oxígeno a partir del crecimiento de fotosintetizadores 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 oxígeno, sobre todo teniendo presente que la turbiedad impide el paso de la luz solar; se suelen encontrar profundidades de 30 a 45 centímetros y tiempos de retención hidráulicos teóricos (es decir, volumen de la laguna dividido por caudal medio tratado) de 10 a 40 días de modo que el terreno requerido para esta tecnología puede ser intolerablemente grande. La tasa de carga de este tipo de lagunas cae en el rango de 85 a 170 Kg. de DBO5 por hectárea y por día.

Las lagunas anaerobias se utilizan para tratar caudales con alta carga de orgánicos, usualmente de origen industrial. Esta tecnología no se aplica a tratamiento de aguas servidas de alcantarillado porque los olores producidos resultarían ambientalmente más inaceptables que la propia descarga cruda. Sin embargo, las lagunas de tratamiento malamente diseñadas para ser facultativas (bajo tiempo de residencia;

...