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Marta Fuente Bada

María del Carmen Matute García

María Méndez de Lama

Tutor: Jaime La Iglesia Gandarillas

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Master en Ingeniería y gestión medioambiental

Julio 2010

Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge

1

1. INTRODUCCIÓN.............................................................. 6

2. OBJETIVO .................................................................... 8

3. MEDIO FÍSICO.............................................................. 10

3.1 Localización...................................................................................................................11

3.2 Climatología.................................................................................................................. 12

3.3 Geología e Hidrogeología.......................................................................................... 13

3.4 Flora y fauna................................................................................................................ 14

4. MEDIO SOCIOECONÓMICO................................................ 16

5. ESTUDIO DE ALTERNATIVAS ............................................. 19

5.1 Lagunaje........................................................................................................................20

5.2 Lechos de turba.......................................................................................................... 21

5.3 Filtros verdes..............................................................................................................22

5.4 Biodiscos .......................................................................................................................22

5.5 Tratamiento biológico...............................................................................................24

5.6 Selección del tratamiento .......................................................................................25

6. DISEÑO DEL SISTEMA..................................................... 27

6.1 Datos de diseño ..........................................................................................................28

6.2 Pretratamiento ...........................................................................................................33

6.2.1 Descripción del proceso.......................................................................................33

6.2.2 Diseño y cálculo de parámetros.........................................................................34

6.3 Lagunas anaerobias....................................................................................................38


INDICE


2

6.3.2 Condiciones operativas.........................................................................................40

6.3.3 Criterios de diseño................................................................................................42

6.3.4 Cálculo de parámetros..........................................................................................43

6.4 Lagunas facultativas..................................................................................................45


6.4.2 Condiciones operativas de las lagunas facultativas.....................................47


6.4.4 Cálculo de parámetros.......................................................................................... 51

6.5 Lagunas de maduración.............................................................................................53


6.5.2 Factores que influyen en la depuración ..........................................................53


6.5.4 Cálculo de parámetros..........................................................................................57

6.6 Filtros verdes.............................................................................................................. 61

6.6.1 Descripción del proceso....................................................................................... 61

6.6.2 Condiciones operativas.........................................................................................62

6.6.3 Diseño y cálculo de parámetros.........................................................................63

7. CONSTRUCCIÓN DE LAS LAGUNAS....................................... 67

7.1 Movimiento de tierras ..............................................................................................68

7.2 Revestimiento.............................................................................................................. 71

7.3 Conducciones ...............................................................................................................72

7.4 Unidades especiales ..................................................................................................73

7.5 Construcciones auxiliares ........................................................................................74

8. PUESTA EN MARCHA Y MANTENIMIENTO .............................. 75


3



8.3 Lagunas de maduración.............................................................................................78

8.4 Filtros verdes..............................................................................................................79

8.5 Casos anormales de funcionamiento .....................................................................79

8.5.1 Laguna anaerobia....................................................................................................79

8.5.2 Laguna facultativa .................................................................................................82

8.6 Actividades de limpieza y mantenimiento...........................................................84

8.7 Medidas higiénicas.....................................................................................................89

9. PROBLEMAS Y SOLUCIONES............................................... 91



10. ANEXOS...................................................................... 97


4

Indice de figuras

Figura 1.Situación del municipio de San Jorge, Nicaragua. Fuente: Google Maps.................... 11

Figura 2. Emplazamiento de la planta de aguas residuales. ........................................................ 11

Figura 3. Distribución de las precipitaciones anuales en Rivas (Nicaragua) .............................. 12

Figura 4. Regiones Naturales de Nicaragua. Fuente: INETER................................................... 13

Figura 5. Iguana .......................................................................................................................... 15

Figura 6. Puestos ambulantes en San Jorge................................................................................. 17

Figura 7. Peces muertos a orillas del lago Cocibolca.................................................................. 18

Figura 8. Cuadro comparativo de las distintas tecnologías de tratamiento no convencionales... 25

Figura 9. Evolución de la población según diferentes modelos .................................................. 28

Figura 10. Diseño final de la reja de gruesos y de finos ............................................................ 35

Figura 11. Variación del tiempo de retención con la temperatura para distintos porcentajes de eliminación.................................................................................................................................. 60

Figura 12. Esquema del proceso de tratamiento mediante filtros verdes. ................................... 62

Figura 13. Esquema de las distintas parcelas .............................................................................. 63

Figura 14. Esquema del proceso ................................................................................................ 63

Figura 15. Ceibo.......................................................................................................................... 64

Figura 16. Imagen del movimiento de tierra para la construcción de las lagunas....................... 69

Figura 17. Imagen de las lagunas. .............................................................................................. 70

Figura 18. Revestimiento del fondo de la laguna anaerobia. ...................................................... 71

Figura 19. Imagen de los taludes de las lagunas. ........................................................................ 72

Figura 20. Imagen de una conducción. ....................................................................................... 73

Figura 21. Imagen que muestra como nunca debería estar una laguna. ...................................... 78

Figura 22. Capa de costra en la laguna anaerobia de La Solana (Ciudad Real).......................... 93


5

Indice de tablas:

Tabla 1. Proyecciones de población según diferentes modelos .................................................. 28

Tabla 2. Caudales medio, máximo y punta que llegan a la planta .............................................. 31

Tabla 3. Parámetros del influente................................................................................................ 31

Tabla 4. Datos de diseño ............................................................................................................. 32

Tabla 5. Composición media del agua residual........................................................................... 32

Tabla 6. Parámetros utilizados para el cálculo de la reja de gruesos .......................................... 34

Tabla 7. Parámetros utilizados para el cálculo de la reja de finos............................................... 35

Tabla 8. Dimensiones de los desarenadores................................................................................ 37

Tabla 9. Intervalos habituales en el diseño de lagunas anaerobias y valores elegidos para nuestro diseño. ......................................................................................................................................... 44

Tabla 10. Parámetros de diseño para cada laguna anaerobia. ..................................................... 45

Tabla 11. Intervalos habituales en el diseño de lagunas facultativas y valores elegidos para nuestro diseño.............................................................................................................................. 51

Tabla 12. Parámetros de diseño para cada laguna facultativa. .................................................... 52

Tabla 13. Intervalos habituales en el diseño de maduración y valores elegidos para nuestro diseño. ......................................................................................................................................... 58

Tabla 14. Composición fecal de las aguas residuales ................................................................. 59

Tabla 15. Número de coliformes fecales en el efluente por cada 100 ml para distintos rendimientos................................................................................................................................ 59

Tabla 16.Valores de Kb para distintas temperaturas del agua residual. ...................................... 60

Tabla 17. Variación del tiempo de retención con el porcentaje de eliminación a 18ºC. ............. 61

Tabla 18. Porcentajes de eliminación de distintos parámetros mediante filtros verdes .............. 62

Tabla 19.- Parámetros de diseño de los filtros verdes................................................................. 65

Tabla 20. Utilización de las lagunas para diferentes porcentajes de eliminación de DBO ......... 84


6

1. Introducción


7

Las sociedades humanas, históricamente se han expandido y desarrollado a expensas de la

utilización de los recursos naturales de los que disponían, pero en los dos últimos siglos este

desarrollo no se ha realizado de una manera equilibrada con el medio por lo que en la actualidad

nos encontramos con diversos problemas de escasez o contaminación de los recursos de los que

dependemos.

Desde la antigüedad, el agua ha sido uno de los recursos naturales más íntimamente relacionado

con la civilización. El hombre lo ha usado para distintos usos que han ido variando en función

de su grado de desarrollo, siendo utilizado para consumo de la población o ganado, agricultura,

industria…

Hasta hace unas décadas se usaba de forma sostenible, pudiendo ser las actividades

contaminantes antrópicas compensadas con la capacidad autodepuradora de los ríos. Pero la

industrialización, la presión demográfica y la cada vez mayor demanda de servicios, han roto

este equilibrio planteándose la contaminación del agua como uno de los grandes problemas a los

que se enfrentan las sociedades actuales.

En el caso de los países desarrollados, a base de esfuerzos económicos y tecnológicos, se están

empezando a encontrar soluciones a este problema, ya que las depuradoras de aguas residuales

urbanas e industriales son cada vez más eficientes y capaces de obtener un efluente más limpio.

Pero estas tecnologías, en la gran mayoría de los casos, no son aplicables a los países en vías de

desarrollo, ya que precisan de equipos muy especializados y de considerables consumos de

energía eléctrica. En estas zonas, cada vez más pobladas, se vierten a los sistemas acuáticos las

aguas residuales sin ningún tipo de depuración previa, lo que está ejerciendo una presión cada

vez más fuerte sobre ríos, lagos y mares, con consecuencias no sólo de tipo medioambiental,

sino también relacionadas con la salud de las personas que habitan en estas zonas y con su modo

de vida.

Es por esto, que el objeto de este trabajo es el diseño de un sistema de depuración de aguas

residuales urbanas sin la utilización de energía eléctrica, en un país en vías de desarrollo.


8

2. Objetivo


9

La elección de este proyecto y el lugar seleccionado para su implantación han venido motivados

por un triple objetivo, medioambiental, social y económico, ya que creemos que la integración

de estas tres variables es imprescindible para la consecución de un verdadero desarrollo

sostenible acorde con el medio que nos rodea.

Nicaragua es uno de los países más pobres de Latinoamérica, con más de un 60% de su

población por debajo del umbral de la pobreza lo que haría, en principio, inviable la

implantación de tecnologías muy avanzadas para la depuración de sus aguas.

Por otro lado, el lago Cocibolca (o lago Nicaragua), al cual vierte la población que se ha elegido

para este proyecto, se encuentra en muy mal estado; la principal fuente de contaminación son,

precisamente, los desechos de las zonas urbanas asentadas a lo largo de toda su cuenca, ya que

en su gran mayoría vierten sus aguas negras en el lago, ya sea directamente o a través de los ríos

que en él desembocan.

Por todo lo anterior, se ha elegido el diseño de un sistema de depuración de aguas residuales sin

utilización de energía eléctrica, como objetivo de este proyecto.

El sistema de lagunaje y filtros verdes elegido permitirá disminuir la presión contaminante

ejercida durante generaciones sobre este reservorio de agua dulce que es el lago Nicaragua,

mediante la implantación de una tecnología económica y de fácil mantenimiento, que dotará de

un valor añadido a la población, ya que las aguas depuradas podrían utilizarse para regar las

plantaciones de la zona, y los fangos, ya mineralizados, como enmienda orgánica para los

cultivos.


10

3. Medio físico


11

3.1 Localización

El emplazamiento elegido para la realización de este proyecto de depuración de aguas residuales

es el municipio de San Jorge, en Nicaragua, que se encuentra situado a orillas del lago

Cocibolca, dentro de la provincia de Rivas.

Figura 1.Situación del municipio de San Jorge, Nicaragua. Fuente: Google Maps

Se trata de una población rural, de unos 8000 habitantes, dedicada principalmente a la

agricultura y a la ganadería, y que cuenta con 15 barrios urbanos y suburbanos y cuatro

comarcas rurales. Del total de la población municipal, aproximadamente el 85% se ubica en el

casco urbano, y el 15% en la zona rural.

Figura 2. Emplazamiento de la planta de aguas residuales.

Ubicación


12

Recientemente se ha instalado un sistema de alcantarillado en San Jorge, lo que favorecerá

sustancialmente la canalización de las aguas residuales a nuestra planta depuradora, que se

situará al sureste del municipio (Figura 2), y que verterá el efluente directamente al lago. Esta

red de alcantarillado es separativa, por lo que no se mezclarán las aguas pluviales con las

residuales. Éstas últimas llegarán a nuestra planta por medio de un colector.

3.2 Climatología

San Jorge se encuentra ubicado en una zona climática seca tropical, que se caracteriza por una

marcada estación seca de seis meses. La temperatura anual oscila entre los 25 y 30ºC, y la

precipitación pluvial varía de unos 1400 a 1500 mm anuales.

Figura 3. Distribución de las precipitaciones anuales en Rivas (Nicaragua)

En el diseño del sistema de tratamiento de las aguas, se ha colocado un aliviadero, que en caso

de lluvias torrenciales desviará una parte del caudal que llega a la planta.


13

3.3 Geología e Hidrogeología

Según su aspecto físico el territorio de Nicaragua se divide en tres grandes regiones

geomorfológicas: la región del Pacífico, la región Central y la región del Caribe. El

departamento de Rivas, en el que se localiza San Jorge, se encuentra en la del Pacífico, una

región que comprende la parte suroccidental del país, en la depresión o graben nicaragüense. En

ésta se localizan los lagos de Nicaragua o Cocibolca y de Managua o Xolotlán, así como la

cadena volcánica del Pacífico que se inicia con el volcán Cosigüina, en el Golfo de Fonseca, y

termina con el volcán Maderas en la Isla de Ometepe. También comprende la costa litoral que

presenta numerosas playas como Jiquilillo o Corinto, que junto con la cadena volcánica forman

el corredor turístico más importante del país. Se trata de la zona más fértil y más poblada de

Nicaragua, y se caracteriza por su geomorfología que presenta un relieve de bajas colinas y

cerros paralelos a las costas del litoral del Pacífico.

En lo que respecta a la geología, la Provincia Geológica del Pacífico, a la que pertenece Rivas,

se caracteriza por un ambiente sedimentario; la cuenca está rellena de material de origen

marino, como depósitos turbidíticos y pelágicos depositados durante el Cretácico superior.

Figura 4. Regiones Naturales de Nicaragua. Fuente: INETER


14

Nicaragua se encuentra sobre el Cinturón de Fuego Circum-Pacífico. La actividad sísmica y

volcánica observada es el resultado del proceso de colisión de las placas Coco y Caribe, y la

subducción de la primera. El departamento de Rivas se ubica directamente en la zona sísmica

más activa y peligrosa, ya que se sitúa al borde la placa del Pacífico, que al chocar con otras

grandes placas tectónicas origina sismos de gran magnitud.

El municipio de San Jorge posee cuatro corrientes de agua superficiales, el río de Oro, el río

Obrajuelo, el río de Enmedio y el río Las Lajas, los cuales vierten sus aguas al Lago Cocibolca,

que tiene una extensión de 8070 km2 y una profundidad máxima de 40 metros. El depósito de

agua subterránea más cercano se localiza en Chatilla, en el Municipio de Buenos Aires.

En la actualidad, es el río de Oro el que recibe las aguas residuales procedentes de la población,

y por lo tanto, es el más contaminado.

3.4 Flora y fauna

Nicaragua se localiza en el centro del continente americano. Esta privilegiada localización

provoca que el país albergue una gran biodiversidad. Este factor junto con el clima y las ligeras

variaciones altitudinales permiten que el país de cobijo a 248 especies de anfibios y reptiles, 183

especies de mamíferos, 705 especies de aves, 640 especies de peces y unas 5796 especies de

plantas. Todas éstas se distribuyen en los diferentes biomas del país: selvas umbrófilas, selvas

tropófilas, bosques de coníferas, sabanas y matorrales. En Rivas hay sabanas con especies

propias de selvas. La fauna de las sabanas se compone de venados, coyotes y pecarís. Sin

embargo, la mayoría de sabanas del país han sido convertidas en terrenos de cultivo y pastoreo.

En el municipio de San Jorge la vegetación natural se encuentra a la orilla de los ríos, es muy

escasa y se encuentra muy degradada. Entre las especies de árboles existentes tenemos el

helemeque, el ceibo, el espino negro, el chilamate o el pochote entre otros, los cuales sirven de

hábitat para la fauna acuática. En la zona costera, sobre el suelo arenoso encontramos

vegetación arbustiva de espino negro, que es utilizada por la población como leña.

La fauna es escasa a consecuencia de la cacería, la deforestación, la contaminación y otras

actividades provocadas por el ser humano. En la actualidad se observan especies que habitan en

la cercanía de los ríos, donde existen reductos de vegetación natural, como el pato aguja, el

pájaro relojero, la urraca, la oropéndola, la garza, el conejo o la iguana.


15

Los ríos de Enmedio y Las Lajas tienen alto valor ecológico por tratarse de zonas de anidación

de aves acuáticas como garzas o patos, y también por ser hábitat de peces como la mojarra, el

guapote, la tilapia o el roncador. En el río Obrajuelo habitan especies como la machaca, el

guapote, el roncador o la guabina, mientras que en el río de Oro sólo se encuentra esta última.

Figura 5. Iguana


16

4. Medio socioeconómico


17

Dentro del sector primario, las principales actividades económicas en San Jorge son la

agricultura, la ganadería y, en menor medida, la pesca en el lago. La agricultura se da en todo el

municipio, y los cultivos predominantes son los cítricos, los frutales, el maíz, las musáceas, el

sorgo y las hortalizas. Pero el cultivo más extendido es el plátano, ya que tiene una gran

productividad. La ganadería se desarrolla esencialmente al sur del municipio. Este sector genera

el 32% de los empleos del municipio.

Dentro del sector secundario tiene una mayor relevancia la industria manufacturera, en concreto

la producción de ladrillos de barros, que emplea a, aproximadamente, el 8% de la población

municipal. También hay presencia de la industria maderera, que fabrica todo tipo de muebles

para comercio local y exterior, y la rama alimenticia, que abarca panaderías, molinos,

tortillerías, etc. En general el sector industrial tiene poco desarrollo pero con perspectivas a

crecer y proyectarse, ya que cuenta con la materia prima y personal capacitado para la

agroindustria.

Es en el sector terciario donde el municipio sustenta su economía, ya que emplea al 53% de la

población municipal. Las ramas que comprenden este sector se ubican casi en su totalidad en el

casco urbano, con 171 establecimientos de comercio y servicios, que funcionan de manera

mixta con las viviendas, además de vendedores ambulantes que conforman el sector informal

urbano. Por otro lado, la infraestructura de apoyo al turismo está en malas condiciones físicas,

de tal manera que no presenta atractivo para retener al turismo, a pesar de ser una actividad que

genera ingresos sustantivos al municipio.

Figura 6. Puestos ambulantes en San Jorge


18

Con respecto al abastecimiento de agua, el casco urbano de San Jorge es atendido por la

empresa ENACAL por medio de un pozo con un rendimiento de unos 800 litros/minuto, que se

refuerza por un sistema de otros tres pozos. En la actualidad hay, aproximadamente 700

conexiones domiciliares y 10 comerciales. La capacidad actual de los pozos es limitada respecto

a la demanda. El uso y destino de agua por parte del sector productivo afecta a los usuarios

domiciliarios, que en el caso de la población rural, se ve obligada a obtener de pozos e incluso

del mismo lago. Recientemente se ha instalado en el municipio un sistema de alcantarillado

sanitario, que recoge las aguas residuales y las trasladará en red separativa, mediante un

colector, a la planta de depuración.

En lo que respecta a la calidad del ambiente, existe un problema generalizado de contaminación

del suelo por uso de agroquímicos como los fungicidas o insecticidas. La contaminación de

agua superficial es otro problema ambiental causado por las actividades humanas y la falta de

educación ambiental en la población. Como ya se ha comentado anteriormente, el río Oro es el

más contaminado ya que recibe las aguas sin depurar de la población. La basura constituye el

mayor problema ambiental en el casco urbano, ya que está empezando a provocar efectos sobre

la salud de la población, y en la contaminación de los ríos y el lago Cocibolca.

Figura 7. Peces muertos a orillas del lago Cocibolca.


19

5. Estudio de alternativas


20

A continuación se va a realizar un análisis de las posibles alternativas existentes para la

depuración de aguas residuales urbanas, para posteriormente elegir la más adecuada para

nuestro emplazamiento:

5.1 Lagunaje

La depuración por lagunaje de aguas residuales consiste en el almacenamiento de éstas durante

un tiempo variable, de forma que la materia orgánica resulte degradada mediante la actividad de

los microorganismos presentes en el medio acuático.

El proceso de depuración tiene lugar gracias a reacciones biológicas, químicas y físicas, que

ocurren en las lagunas y que tienden a estabilizar el agua residual. Los fenómenos que se

producen tienen relación con la sedimentación, oxidación, fotosíntesis, digestión, aireación y

evaporación. En función de los tipos de microorganismos, que dependen, a su vez, de la

presencia de oxígeno disuelto, las lagunas, también conocidas como estanques de estabilización,

se clasifican en anaerobias, facultativas y aerobias o de maduración.

Ventajas

- Bajo coste de implantación

- Ausencia de elementos electromecánicos

- Bajo coste de explotación

- Personal de mantenimiento no especializado

- Admite variaciones importantes de carga y caudal

- No existen periodos de no funcionamiento

- Reducción importante de gérmenes patógenos

- Fácil integración paisajística

- Rendimientos adecuados incluso con temperaturas bajas

- Efluente rico en nutrientes muy adecuado para su utilización en regadío

Inconvenientes

- Necesita gran superficie

- Recuperación lenta cuando se produce un deterioro del sistema biológico

- Efluente con gran cantidad de algas


21

5.2 Lechos de turba

El sistema está formado por lechos de turba a través de los cuales circula el agua residual. Cada

lecho descansa sobre una delgada capa de arena, soportada, a su vez, por una capa de grava. El

efluente se recoge a través de un dispositivo de drenaje situado en la base del sistema. El terreno

donde se asienta cada lecho debe ser impermeable para garantizar la no contaminación de las

aguas subterráneas, en caso contrario hay que recurrir a la impermeabilización.

Para la depuración de aguas residuales se aprovechan las propiedades de absorción y adsorción

de la turba, así como la actividad bacteriana que se desarrolla en su superficie.

Se producen, por tanto, procesos físicos, químicos y biológicos en los que se elimina alrededor

del 80% de DBO5 y el 90% de sólidos en suspensión.

El proceso completo de los lechos de turba está formado por un pretratamiento, tratamiento

primario compuesto de una serie de filtros autolimpiables; tratamiento secundario formado por

los propios lechos de turba, y, opcionalmente, tratamiento terciario, cuyo objeto es la

eliminación de patógenos, sometiendo el efluente de los lechos a un lagunaje aerobio, o bien a

una desinfección.

Ventajas

- Sin consumo de energía


- Fácil adaptación al entorno

- Explotación y mantenimiento por personal no cualificado

- Adaptable a variaciones de carga y caudal

- Ausencia de olores

Inconvenientes

- Rendimiento menor que en los sistemas convencionales

- Mayor superficie que los sistemas convencionales

- Gastos en la compra de turba por necesidad de reposición debido a operaciones de

limpieza


22

5.3 Filtros verdes

Consiste básicamente en la aplicación de un caudal controlado de agua residual sobre la

superficie del terreno, donde previamente se ha instalado una masa forestal o un cultivo. Con

ello se consigue, además de la depuración del efluente, el crecimiento de especies vegetales,

generalmente arbóreas maderables, y la recarga artificial del acuífero.

La depuración se realiza mediante la acción conjunta del suelo, los microorganismos y las

plantas por medio de una triple acción: física (filtración), química (intercambio iónico,

precipitación y coprecipitación, fenómenos de óxido-reducción) y biológica (degradación de la

materia orgánica); tiene lugar en los horizontes superiores del terreno, donde se encuentra una

capa biológica activa.

Ventajas

- Sin consumo de energía


- Extraordinaria integración en el entorno

- Explotación y mantenimiento por personal no cualificado

- Ausencia de olores

- Obtención de un rendimiento económico por la venta del cultivo

Inconvenientes

- Rendimiento menor que en los sistemas convencionales

- Mayor superficie que en los sistemas convencionales

- Mantenimiento no técnico, pero sí elevado en cuanto al número de horas empleadas en

el riego y en la recolección, al tratarse de un cultivo

5.4 Biodiscos

Se trata de estructuras utilizadas en la depuración de aguas residuales, construidas con un medio

filtrante (generalmente sintético) que se coloca alrededor de un eje provisto de discos formando

un cilindro, el cual se sumerge parcialmente en un estanque de aguas residuales. La depuración

se logra al girar lentamente los cilindros, pasando el agua a través de la biopelícula que en ellos


23

se forma y alternando periodos de contacto con ésta (al estar sumergida) con periodos de

aireación. Este proceso se utiliza principalmente para remover la DBO carbonosa y nitrificada;

tiene eficiencias medias del 85 al 90%.

Ventajas

- Relativa estabilidad frente a las sobrecargas orgánicas e hidráulicas

- Bajo mantenimiento y control del proceso

- No necesita recirculación (salvo en el caso de nitrificación-desnitrificación)

- Posibilidad de nitrificación-desnitrificación

- No requiere personal especializado para el mantenimiento que controle las constantes

del proceso, ya que este se autorregula automáticamente.

- No es necesario controlar el oxígeno disuelto en el depósito de tratamiento ni la

concentración del licor de mezcla

- El nivel de ruidos muy bajo

- Hay ausencia de olores y aerosoles

- Las dimensiones de los depósitos de oxidación son menores que los utilizados por otros

procesos, y debido a esto, los costes se abaratan considerablemente

- El rendimiento del proceso es más rentable en épocas frías debido al hecho de

permanecer cubiertos los tanques

- El consumo energético es reducido y a igualdad de resultados, comparándolo con un

sistema de fangos activos el consumo resulta ser la tercera parte

- Ocupan poco espacio

- Facilidad de ampliación

Inconvenientes

- Inversión elevada respecto de los otros sistemas no convencionales o blandos

- Necesita algún proceso de tratamiento de fangos

- Equipos específicos sujetos a patentes.


24

5.5 Tratamiento biológico

Los tratamientos biológicos consisten en provocar el desarrollo de microorganismos capaces de

asimilar la materia orgánica biodegradable, utilizándola como sustrato o fuente de alimentación,

para que una parte la transformen en nuevos microorganismos y otra sea oxidada. Por realizarse

este proceso mediante microorganismos, se le conoce por el nombre de tratamiento biológico.

Las reacciones bioquímicas que tiene lugar de forma natural en los cauces receptores, o bajo

condiciones controladas en las plantas de tratamiento, se clasifican en dos grandes grupos, de

acuerdo con los microorganismos que las lleven a cabo:

• Reacciones aerobias: Se producen en presencia de oxígeno disuelto en el agua

• Reacciones anaerobias: Se produce en ausencia de oxígeno disuelto, tomando el preciso

para las reacciones de síntesis de los compuestos orgánicos que lo contienen o bien

sales inorgánicas.

Las ventajas y desventajas de la digestión anaerobia con respecto a la digestión aerobia son las

siguientes:

Ventajas

- Detección rápida cuando se produce un deterioro del sistema biológico

- Admite variaciones importantes de carga y caudal

- Rendimientos muy altos

- El metano tiene un valor calorífico de aproximadamente 9000 kcal/m3 y se puede

utilizar para producir calor para la digestión o como fuente de energía eléctrica

mediante motogeneradores.

- Se puede adaptar a cualquier tipo de residuo industrial.

- Se pueden cargar los digestores con grandes cantidades de materia.

Inconvenientes

- Elevado coste de implantación

- Utilización de elementos electromecánicos

- Alto coste de explotación

- Personal de mantenimiento especializado


25

5.6 Selección del tratamiento

Se va a realizar un análisis a través de un cuadro comparativo entre todas las tecnologías, para

facilitar la elección

TIPOS DE TRATAMIENTO PARÁMETROS

Lagunaje Lechos de turba Filtros verdes Biodiscos Biológico

Consumo

energético

Sencillez equipos

Mantenimiento y

explotación

Facilidad de

construcción

Rendimientos

depuración

Superficie

utilizada

Personal

cualificado

Figura 8. Cuadro comparativo de las distintas tecnologías de tratamiento no convencionales.

Óptimo

Medio

Crítico


26

El municipio de San Jorge sufre un gran problema de contaminación de las aguas superficiales.

Este es causado por actividades humanas y la falta de educación ambiental en la población para

evitar la destrucción del recurso natural. Además, La contaminación de las aguas del río de Oro

representa una amenaza para la salud humana y para el principal cuerpo de agua que posee el

país, el lago Cocibolca.

Para solventar este gran problema se ha procedido al estudio de distintas alternativas para el

tratamiento de aguas residuales, tomando como la más optima, el método de lagunaje en

combinación con filtros verdes.

Tal y como se ha comentado anteriormente, se han considerado tres pilares básicos para la

elección de este tratamiento de aguas:

1. Factor medioambiental: Con este tratamiento evitamos cualquier consumo eléctrico,

además, con la utilización de filtros verdes, se va reforestar los alrededores con distintas

especies vegetales, solucionando en parte el gran problema de deforestación que sufre esta

localidad.

2. Factor social: la mano de obra que necesita este tratamiento no requiere ser cualificada,

por lo se puede contratar a personal de la zona sin necesidad de formación específica. Al

ser San Jorge una localidad mayoritariamente agropecuaria, esta agua tratada se podrá

utilizar para riego de cultivos.

3. Factor económico: al mejorar la problemática de contaminación de las aguas, se dará un

valor añadido al pueblo además de que al contratar personal de la zona mejorará la

situación económica de ésta. También con la ausencia de consumo eléctrico, evitamos un

gasto adicional.


27

6. Diseño del sistema


28

6.1 Datos de diseño

Se va a comenzar calculando la cantidad de agua que va a llegar a nuestra estación depuradora,

y la carga contaminante que esta presenta.

Para el diseño de la planta, se ha de tener en cuenta el posible crecimiento de población que

puede experimentar San Jorge, ya que de no ser así podría quedarse obsoleta en un breve

periodo de tiempo. Se realizará la proyección de la población para el año 2029.

Se han realizado proyecciones según distintos modelos, obteniéndose los resultados siguientes:

MODELO NÚMERO DE HABITANTES

Aritmético 8484

Geométrico 8700

MOPU 18498

Curva logística 12885

Tabla 1. Proyecciones de población según diferentes modelos

POBLACIÓN

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

2.002 2.005 2.008 2.011 2.014 2.017 2.020 2.023 2.026 2.029 2.032

MODELOARITMÉTICO

MODELO MOPU

METODO DE LACURVALOGISTICA

MODELOGEOMETRICO

Figura 9. Evolución de la población según diferentes modelos


29

En la gráfica anterior se puede ver la tendencia para cada uno de los modelos. Se ve, que

mientras para los modelos del MOPU y de la curva logística, la tendencia es ascendente, para el

modelo geométrico y aritmético tiende a mantenerse constante.

Actualmente la emigración de las zonas rurales a las grandes ciudades, hace pensar que la

evolución de la población no será ascendente, tendiendo a permanecer constante o incluso

disminuyendo. Por este motivo se ha elegido el modelo geométrico para la proyección (8.700

habitantes en el año 2029).

El número de habitantes en 2029 en la localidad de San Jorge será de 8.700; utilizando un factor

de conversión de 1,5 para calcular los habitantes equivalentes, se obtiene que la población de

estudio será de 13.050 habitantes equivalentes.

Una vez estimada la población, se pasará a analizar la dotación por habitante equivalente y día.

Los datos obtenidos revelan una dotación de 115 litros por habitante equivalente y día. Esta

dotación puede parecer un poco baja si se compara con los niveles a los que estamos

acostumbrados, sin embargo, se ha de tener en cuenta que nos encontramos en una zona

subdesarrollada con escasa industrialización.

Obtenidos ya los datos de población y dotación es necesario calcular los caudales que va a

recibir la estación depuradora.

El municipio de San Jorge es una región que no recibe importantes flujos turísticos que haga

aumentar la población considerablemente en ciertos meses del año, por tanto, se asumirá que la

ciudad no presenta variaciones demográficas por estacionalidad. El caudal que se calcule a

continuación será aplicable a todo el año, solamente siendo influido por situaciones anormales

que puedan darse en la zona (un congreso, unas fiestas en el pueblo) que puedan aumentar el

caudal que llega a nuestra planta.

Así pues se harán tres distinciones, ya que habrá que calcular tres tipos de caudales básicos para

el dimensionamiento de la planta, que son el caudal medio de entrada, el caudal máximo y el

caudal punta.

Caudal diario

Se calculará a través de la siguiente expresión:

)/(1000

3 díamPobDot

Qdiario×

=


30

Siendo:

D=Dotación (l/día).

Pob.=Población equivalente.

)/(75,15001000

13050115 3 díamQdiario =×

=

Caudal medio


)/(24

3 díamQdiario

Qmedio ==

)/(53,6224

75,1500 3 díamQmedio ==

Este caudal medio será el caudal para el que se diseñarán todos los procesos de la planta

depuradora, ya que durante la mayor parte del año el caudal que recibirá será este. Sin embargo

no se deben dejar de lado otras situaciones de caudal que pueden presentarse y afectar al

rendimiento de los procesos de depuración. Por ello se calcula tanto el caudal máximo como el

caudal punta para prever y tomar medidas ante estas situaciones extraordinarias de aumento del

caudal.

Caudal máximo


)/(575,2

15,1max 3

25,0hm

QmedQmedQ

+×=

)/(11,12953,62

575,215,153,62max 3

25,0hmQ =

+×=

Caudal punta

Para calcular el caudal punta se usará el coeficiente de mayorización, que usa el MOPU que es

generalmente el más adoptado y cuyo valor es de 2,4 sobre el caudal medio, dando como

resultado lo siguiente:


31

)/(4,2 3 hmQmedQpunta ×=

)/(05,1504,253,62 3 hmQpunta =×=

A continuación la siguiente tabla resume los cálculos realizados:

RESÚMEN DE CAUDALES

Caudal diario (m3/dia)

Caudal medio (m3/h) Caudal máximo (m3/h)

Caudal punta (m3/h)

1500,75 62,53 129,11 150,05

Tabla 2. Caudales medio, máximo y punta que llegan a la planta

El siguiente paso, será la determinación de la carga contaminante que produce la ciudad y que

será con la que trabaje la planta depuradora.

Esta carga contaminante está, al igual que la dotación de agua, ligada a hábitos de la población,

y la proyección futura estima que las mejoras en educación y hábitos de la región harán

disminuir la cantidad de residuos que, sin ser propios de las aguas residuales, son arrojados a

ellas (como papeles, cartones, algunos residuos agrarios, etc…). Este hecho, sin embargo no

produce ningún efecto negativo sobre el funcionamiento de la estación, ya que como se

mostrará a continuación en el dimensionamiento de cada uno de los procesos, este hecho ya ha

sido resuelto, ampliando el número de unidades que actúan en cada proceso, lo que da una

versatilidad de funcionamiento amplia a la depuradora para hacer frente a diversas situaciones

manteniendo un alto rendimiento de todo el sistema.

Tras hacer un análisis de la carga contaminante de las aguas residuales los resultados obtenidos

han sido los siguientes:

COMPOSICIÓN DEL AGUA RESIDUAL

PARÁMETRO Ppm

DBO5 350

SS 300

Tabla 3. Parámetros del influente


32

Para posteriores operaciones de diseño de la planta depuradora, es recomendable expresar tanto

la DBO5 como los SS en Kg/día, para ello, útilizaremos la siguiente expresión:

1000

Qmedppm

día

Kg ×=

día

KgDBODBO

día

Kg 55 26,525

1000

75,1500350=

×=

día

KgSSSS

día

Kg22,450

1000

75,1500300=

×=

En las siguientes tablas se resumen todos los datos de partida anteriormente calculados.

PARÁMETROS BÁSICOS

Dotación

(l/día)

Población

equivalente

(2029)

Caudal diario

(m3/dia)

Caudal medio

(m3/h)

Caudal

máximo (m3/h)

Caudal punta

(m3/h)

115 13050 1500,75 62,53 129,11 150,05

Tabla 4. Datos de diseño

En la tabla siguiente se muestra la composición del agua residual que llega a la planta:

COMPOSICIÓN AGUA RESIDUAL

Parámetros ppm Kg/día

DBO5 350 525,26

SS 300 450,22

Tabla 5. Composición media del agua residual.


33

A continuación se va a ver el proceso al que se va a someter a las aguas residuales que llegan a

la planta. Ver ANEXO I.

6.2 Pretratamiento

El proceso de pretratamiento en una planta de depuración de aguas residuales es fundamental

para asegurar el correcto funcionamiento de los sistemas posteriores. Se trata de un conjunto de

procesos físicos que tienen como objeto la eliminación de objetos de gran tamaño o arenas que

pudieran acompañar a las aguas residuales y que son arrastrados por los colectores pudiendo

producir obstrucciones que alterarían el régimen hidráulico de la planta.

El pretratamiento, tiene una capacidad de trabajo de tres veces el caudal medio, una vez

sobrepasado este caudal, mediante una arqueta de reparto, se desvía el excedente al aliviadero.

6.2.1 Descripción del proceso

La primera operación en las plantas de tratamiento de aguas residuales es la operación de

desbaste. El procedimiento más corriente consiste en pasar el agua residual por rejas o tamices.

En este caso se ha optado por la utilización de un sistema de rejas (de gruesos y de finos)

seguido por un desarenador.

Las rejas pueden ser de limpieza manual o mecánica; como nuestro sistema va a funcionar por

acción de la gravedad y no utilizaremos ningún tipo de electricidad, las rejas utilizadas serán de

limpieza manual.

La misión de los desarenadores es separar arenas, término que engloba a las arenas propiamente

dichas y a la grava, cenizas y cualquier otra materia pesada que tenga velocidad de

sedimentación o peso específico superiores a los de los sólidos orgánicos putrescibles del agua

residual. La arena incluye también cáscaras de huevo, pedazos de hueso, granos de café y

grandes partículas orgánicas, tales como residuos de comidas. Los desarenadores deberán

proteger el desgaste de los equipos, reducir la formación de depósitos pesados en tuberías,

canales y conductos y la frecuencia de limpieza de las lagunas anaerobias que hay que realizar


34

como resultado de excesivas acumulaciones de arena en tales unidades. Se ha elegido un

desarenador de flujo horizontal, ya que este tipo de desarenadores no requieren energía eléctrica

para su funcionamiento.

El agua residual se distribuirá a través de una arqueta a tres canales: se utilizará uno cuando la

planta trabaje a caudal medio, dos para caudal máximo, y un tercero de reserva para operaciones

de limpieza.

6.2.2 Diseño y cálculo de parámetros

El sistema va a constar de tres canales, cada uno con dos rejas (una de gruesos y una de finos),

seguidos de tres desarenadores en paralelo.

Reja de gruesos

El dimensionamiento de estas rejas se ha realizado en función del caudal medio y la velocidad

de aproximación obteniéndose los siguientes datos:

Concepto Limpieza manual

Caudal diario 1500,75 m3/dia

Espesor de la barra 10 mm

Luz 50 mm

Velocidad de aproximación 0,5 m/s

Inclinación respecto de la vertical 30º

Coeficiente de colmatación 0,7

Tabla 6. Parámetros utilizados para el cálculo de la reja de gruesos

Reja de finos

Al igual que en el caso de las rejas de gruesos, el dimensionamiento de estas rejas se ha

realizado en función del caudal medio y la velocidad de aproximación obteniéndose los

siguientes datos:


35

Concepto Limpieza manual

Caudal diario 1500,75 m3/día

Espesor de la barra 6 mm

Luz 10 mm

Velocidad de aproximación 0,5 m/s

Inclinación respecto de la vertical 30º

Colmatación 0,7

Tabla 7. Parámetros utilizados para el cálculo de la reja de finos

Para el cálculo de la superficie de las rejas, se ha utilizado la siguiente expresión:

( )( )( )

( ) ( )

( ) CmmL

mmemmL

smv

smQ

mS1

3

2×

+×=

Las medidas obtenidas y que se van a implantar para las rejas de gruesos y finos son las

siguientes:

Figura 10. Diseño final de la reja de gruesos y de finos

Desarenador

El tipo de desarenador que se ha elegido es un desarenador de flujo horizontal. En estos

desarenadores ha de controlarse la velocidad rectilínea, que debe ser próxima a 0,3 m/s. Con


36

esta velocidad se consigue que decanten las partículas cuya densidad es mayor a 2,65 kg/m3 y

que se mantengan en suspensión los de menor densidad, la materia orgánica.

Se va a proyectar un desarenador de flujo horizontal de triple canal paralelo con flujo

alternativo. Para el cálculo de los canales vamos a suponer que el caudal máximo se distribuye

en dos desarenadores que operan a la vez. El tercero será de las mismas dimensiones, y como se

ha comentado anteriormente, se utilizará en aquellas situaciones en que por cualquier causa el

caudal que llega a la planta aumente.

En primer lugar calculamos la superficie transversal de los desarenadores:

( )( )( )s

mv

smQ

mS

3

2= 212,0 mS =

Como el flujo se distribuye en dos canales, la superficie transversal de cada uno será de 0,06 m2.

Para calcular la altura de la lámina de agua se considera el criterio de la máxima eficiencia

hidráulica:

2

bh =

Por lo que las dimensiones de cada desarenador serán:

Base = 0,34 m

Altura = 0,17 m

Además, sabiendo la velocidad de decantación de una partícula (V = 0,018 m/s), obtenemos el

tiempo de caída:

V

hT = T = 9,44 segundos

Con este dato hallamos la longitud teórica del equipo:

( ) ( )s

mvsTmL ×= )( L = 2,8 metros


37

Se incrementa la longitud en un 50% en previsión de las posibles turbulencias que pudieran

producirse a la entrada o a la salida:

L(m) = 4,2 metros

Las dimensiones de cada uno de los tres desarenadores son las siguientes:

Concepto Flujo horizontal

Anchura 0,34 m

Altura 0,17 m

Longitud 4,2 m

Volumen 0,24 m3

Tabla 8. Dimensiones de los desarenadores

A continuación se va a calcular la pendiente que han de tener los desarenadores, según la

fórmula de Manning-Strickler:

( )n

IRW

smQ

21

32

3 ××=

Siendo:

Q: caudal

n: coeficiente de rugosidad (para el hormigón utilizamos 0,013)

W: área de la sección mojada

R: radio hidráulico (R = W/P)

P: perímetro mojado

I: pendiente de la conducción

Sustituyendo obtenemos una pendiente del 0,04% en el desarenador.


38

6.3 Lagunas anaerobias


Las lagunas anaerobias se utilizan normalmente como primera fase en el tratamiento de aguas

residuales urbanas o industriales con alto contenido en materia orgánica biodegradable. El

objetivo primordial de estas lagunas es la reducción del contenido en sólidos y materia orgánica

del agua residual, y no la obtención de un efluente de alta calidad. Por esta razón, se van a

colocar tres lagunas anaerobias en paralelo, el efluente de éstas, se une en una sola corriente,

que vuelve a ser repartida en tres lagunas facultativas en paralelo para posteriormente atravesar

dos lagunas de maduración en serie.

Los procesos anaerobios, son realizados por microorganismos cuyo metabolismo se desarrolla

en ausencia de oxígeno, pudiendo verse gravemente afectados por la presencia de este elemento.

En esta etapa decantan la mayor parte de los sólidos en suspensión presentes en el agua residual.

La estabilización de esta materia orgánica, se produce por acción de las bacterias anaerobias en

el fondo de la laguna. Estas bacterias primero transforman materia orgánica en ácidos volátiles y

posteriormente por acción de las bacterias metanogénicas en dióxido de carbono, metano y

sólidos mineralizados.

Se persigue retener la mayor parte de los sólidos, que pasan a incorporarse a la capa de fangos

acumulados en el fondo, eliminándose por consiguiente parte de la materia orgánica. Esta

disminución se va a expresar como DBO5. Se han tomado los parámetros que se usan en España

que proponen una eliminación del 50% en invierno y el 80% en verano. En el caso que nos

ocupa, a pesar de las altas temperaturas anuales, de 26ºC, por ser una población rural, con

cargas orgánicas muy elevadas y bajo caudal, se va a considerar el caso más desfavorable, en el

cuál la reducción de la DBO5 en las lagunas anaerobias es del 50%.

En este tipo de lagunas, como consecuencia de la elevada carga orgánica y corto periodo de

retención del agua residual, el contenido en oxígeno disuelto se mantiene muy bajo o nulo

durante todo el año.

La estabilización tiene lugar mediante tres etapas: fase de hidrólisis, formación de ácidos grasos

volátiles (acético, propiónico, butírico) y fase de metanogénesis.


39

En la etapa de hidrólisis, se produce la rotura de los compuestos orgánicos complejos e

insolubles en otros más sencillos y solubles en agua. Esta etapa es fundamental, pues se facilita

el trabajo de los microorganismos de las etapas posteriores.

La etapa de acidogénesis, consiste en la obtención de ácidos orgánicos de cadena corta. Esta

etapa la pueden llevar a cabo bacterias anaerobias o facultativas.

En la siguiente etapa, la acetogénesis, unas bacterias llamadas acetogénicas convierten las

moléculas orgánicas de pequeño tamaño y los ácidos grasos volátiles en ácido acético e

hidrógeno.

Finalmente, la última etapa es la metanogénesis, en ésta, un nuevo tipo de bacterias entra en

acción, utilizándose los ácidos de la etapa anterior para la obtención de metano y dióxido de

carbono. La liberación de estos gases es responsable de la aparición de burbujas, que son un

síntoma de buen funcionamiento en las lagunas anaerobias. Esta fase de la depuración anaerobia

es fundamental para conseguir la eliminación de materia orgánica.

A diferencia de lo que ocurría con la fase acidogénica, hay pocos microorganismos capaces de

desarrollar la actividad metanogénica, su metabolismo es más lento y además, son mucho más

sensibles a distintas condiciones ambientales.

De los dos grupos de bacterias referidos anteriormente, las bacterias “formadoras de metano”

son las más importantes para el proceso anaerobio.

Dentro de los mecanismos que ayudan a mantener el ambiente anaerobio necesario para el buen

funcionamiento de estas balsas destacan los siguientes:

1. La abundante carga orgánica, presente en esta primera fase del tratamiento, da lugar a que el

posible oxígeno introducido en las lagunas con el influente o por reaireación superficial se

consuma rápidamente en la zona inmediatamente adyacente a la entrada o a la superficie.

2. En las lagunas anaerobias se produce la reducción de los sulfatos que entran con el agua

residual, a sulfuros. La presencia de sulfuros en el medio disminuye la posibilidad de

crecimiento de las algas en dos formas:

a) La penetración de la luz necesaria para el crecimiento de las algas se ve impedida por la

presencia de sulfuros metálicos en suspensión, como el sulfuro de hierro, responsables de la

tonalidad gris de las lagunas anaerobias. Estos sulfuros acaban precipitando en el fondo de las

lagunas, y provocan la coloración gris oscura o negra que presentan los fangos.


40

b) Los sulfuros solubles son tóxicos para las algas, de modo que los cortos períodos de

residencia, la falta de iluminación y un ambiente de composición química hostil impiden el

crecimiento de éstas y en consecuencia, mantienen el medio en condiciones anaerobias.

3. Puesto que las lagunas carecen de agitación, el aporte de oxígeno atmosférico es despreciable,

debido a que la difusión de este gas en la columna de agua es muy lenta.

Además de las bacterias responsables de las etapas acidogénica y metanogénica de la

degradación anaerobia, en ocasiones se desarrollan en estas lagunas otras bacterias que

confieren una coloración rojiza. Se trata de bacterias fotosintéticas del azufre, que viven en la

zona superficial y oxidan los sulfuros a azufre elemental. Los pigmentos que poseen estas

bacterias le dan a las lagunas una coloración rosa o roja. La presencia de estas bacterias es

indicativa de carga insuficiente en las lagunas anaerobias, lo que puede dar lugar a la aparición

de algas en superficie. En algunos casos la presencia de estas bacterias puede resultar

beneficiosa, ya que al oxidar a los sulfuros evitan la aparición de olores relacionados con la

liberación de ácido sulfhídrico. Sin embargo, la carga orgánica apenas se modifica por la acción

de estas bacterias, y las lagunas rojas presentan típicamente unas concentraciones muy elevadas

de carga orgánica a la salida.

6.3.2 Condiciones operativas

Teniendo en cuenta la secuencia de etapas por las que tiene lugar la digestión anaerobia, es

necesario ajustar las condiciones operativas de las lagunas para que se produzca la

estabilización de la materia orgánica hasta los productos finales: metano (CH4) y dióxido de

carbono (CO2).

Se van a controlar los siguientes parámetros:

Tiempo de retención: En primer lugar, si las balsas operan con tiempos de retención muy

pequeños, sólo las fases hidrolítica y acidogénica tienen tiempo de desarrollarse, pero no la de

formación de metano, que es más lenta, y por tanto, se producirán olores y se obtendrá una

eliminación muy baja de la materia orgánica. Por otra parte, si la carga es escasa y el tiempo de

retención elevado, comienzan a desarrollarse algas en superficie, y el oxígeno producido da

lugar a la muerte de las bacterias metanígenas, también con el resultado de desarrollo de olores

desagradables. Por tanto, las lagunas anaerobias requieren un mantenimiento adecuado para


41

preservar en todo momento el equilibrio entre las fases responsables de la depuración.

Temperatura: El tratamiento anaerobio requiere temperaturas elevadas, esto es debido a que a

medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de reacción. Por debajo de los 10ºC

no se produce reducción de la materia orgánica. Por lo que se ha de trabajar a una temperatura

superior, teniendo en cuenta, que existe una temperatura crítica, en torno a los 40ºC, por encima

de la cual los microorganismos mueren. La temperatura óptima de trabajo es en torno a 36ºC, en

nuestro caso la temperatura media es de 26ºC, por lo que nos encontramos dentro del intervalo

de trabajo requerido y a una temperatura próxima a la óptima.

Presencia de tóxicos o inhibidores. La posible existencia de metales pesados, compuestos

organoclorados u otro tipo de contaminantes en las aguas residuales puede resultar letal para los

microorganismos, haciendo imposible la depuración. Sin embargo, en el agua residual de San

Jorge no se ha registrado presencia alguna de contaminantes letales.

Variaciones del pH: Para conseguir una correcta velocidad de las reacciones de digestión se

mantendrá el pH entre 6,8 y 7,6, ya que disminuciones de pH provocan un descenso de la

velocidad de las reacciones e incluso la parada de las mismas.

Potencial Redox: El potencial redox mide la tendencia de las especies químicas a oxidarse o

reducirse, es decir, dar o aceptar electrones. Los potenciales redox que pueden presentarse en la

naturaleza van desde un mínimo de -0,42 voltios hasta un máximo de +0,82 voltios. El límite

inferior corresponde a un ambiente muy reductor, rico en hidrógeno gas, y por tanto, apropiado

para el crecimiento de microorganismos anaerobios estrictos, como son las bacterias

metanígenas. El límite máximo se produce en ambientes muy oxigenados, y por tanto,

oxidantes.

A medida que aumenta el potencial redox del medio, los microorganismos capaces de

desarrollarse pasan de ser anaerobios estrictos a anaerobios aerotolerantes, es decir, que resisten

la presencia de oxígeno, si bien crecen mejor en su ausencia. Cuando una laguna anaerobia

presenta muy poca carga, y se favorece el desarrollo de algas en superficie, aumenta el potencial

redox, lo que puede producir la muerte de las bacterias metanígenas, que presentan tolerancias

muy estrechas para los niveles de esta variable.


42

6.3.3 Criterios de diseño

Se van a colocar 4 lagunas anaerobias en paralelo, es decir, el influente se va a repartir en varias

tuberías que alimentan a cada una de las lagunas, reuniéndose de nuevo el efluente de éstas para

alimentar el resto de la instalación.

Se ha experimentado con el uso de varias lagunas anaerobias en serie, pero los resultados

desaconsejan el uso de esta modalidad, ya que las lagunas que reciben el efluente ya tratado

presentan problemas de operación debidos a la escasez de carga orgánica aplicada Por otra

parte, la disposición en paralelo con varias lagunas permite paralizar una o varias de ellas para

efectuar labores de limpieza sin que ello afecte la marcha global de la depuradora.

Las lagunas anaerobias se construyen de acuerdo con una de las dos concepciones básicas

siguientes:

a) Lagunas de gran tamaño, poca profundidad y tiempos de residencia del agua residual

medios.

b) Lagunas pequeñas, profundidad media a alta y tiempos cortos de residencia. Este diseño

es el normal en la mayoría de los países.

En este proyecto se va a elegir la segunda de las opciones. Existen una serie de razones por las

que se debe escoger la alternativa b al proyectar las lagunas anaerobias, es decir, construir varias

lagunas pequeñas, profundas y con tiempos cortos de residencia del agua residual. Las

principales razones para esta elección son las siguientes:

1. Conservación de calor. La superficie expuesta a intercambios de calor con la atmósfera en

lagunas profundas y de pequeño tamaño es muy reducida, y además, los taludes de tierra

proporcionan un adecuado sistema de aislamiento para prevenir el enfriamiento excesivo del

agua durante el invierno.

2. Disminución en los requerimientos de terreno. Cuando se usan lagunas profundas disminuye

la necesidad de superficie a ocupar para alcanzar un determinado nivel de depuración. Las

lagunas anaerobias profundas permiten reducir la superficie ocupada total por la planta de

lagunaje en un 40-50%.


43

3. Disminución del riesgo de arrastre de sólidos. En el diseño profundo, el fango sedimenta en el

fondo de la balsa y es muy poco probable que se produzca su arrastre con la salida, que tiene

lugar por superficie.

4. Oxigenación restringida al minimizar la superficie. Por una parte, al ser inferior la superficie

la transferencia de oxígeno disminuye. Por otra, la mezcla inducida por la acción del viento es

muy escasa, debido al efecto de los taludes y a la imposibilidad de formación de olas.

5. La concentración de sólidos en una zona pequeña favorece la compactación de los fangos. En

lagunas anaerobias de gran tamaño y escasa profundidad se produce a menudo la flotación de

los fangos, con el consiguiente peligro de arrastre por el efluente. Sin embargo, en lagunas

profundas (profundidad superior a 2,5 m.) el fango se acumula en el fondo, donde se produce su

mineralización en condiciones anaerobias.

6. Los costes de mantenimiento son menores en lagunas profundas, ya que el fango se va

acumulando durante un periodo de varios años (normalmente de 3-6 años), por lo que sólo es

necesario el vaciado de las lagunas después de un tiempo elevado de utilización. De esta forma

el diseño profundo no sólo facilita la acumulación de fangos, sino que proporciona un lugar de

almacenamiento, donde tiene lugar su mineralización.

7. Las lagunas pequeñas y profundas son mucho más flexibles, ya que permiten establecer

distintos tipos de circulación y modificar los tiempos de tratamiento si se detectan anomalías en

su funcionamiento. Por otra parte, la disponibilidad de varias lagunas anaerobias es necesaria

para las operaciones de vaciado y limpieza, y los costes implicados son mucho menores en

lagunas pequeñas.

8. Dados los mecanismos por los que transcurre la degradación, un tiempo de residencia

prolongado y una elevada superficie son contraproducentes, ya que de esta forma se favorece la

oxigenación del medio (por reaireación y/o fotosíntesis), que como hemos visto da lugar a

problemas en las lagunas anaerobias.

6.3.4 Cálculo de parámetros

Los parámetros más adecuados a considerar para el diseño de lagunas anaerobias son el tiempo

de retención y la carga volumétrica, debido a que la depuración en medio anaerobio es


44

independiente de los fenómenos de superficie (reaireación, fotosíntesis), que sin embargo van a

desempeñar un papel fundamental en las lagunas facultativas y de maduración.

En la tabla siguiente aparecen los parámetros de diseño, el intervalo habitual para cada uno de

ellos y los valores que se han elegido para el diseño de la planta.

PARÁMETROS DE DISEÑO

INTERVALOS HABITUALES

VALORES ELEGIDOS

Tiempo de retención(días) 2-5 3,5

Carga volumétrica(g DBO/m3 día)

100-180 100

Profundidad (metros) 2,5-5 3,5

Funcionamiento Paralelo paralelo

Producción media de fangos(l/hab año)

40 40

Tabla 9. Intervalos habituales en el diseño de lagunas anaerobias y valores elegidos para

nuestro diseño.

Se ha elegido un tiempo de retención de 3,5 días para que exista margen en caso de que el agua

llegue mas cargada, sin sobrepasar el tiempo de retención máximo para trabajar en lagunas

anaerobias. Para este caso, todos los sólidos que no estén en disolución van a decantar, por lo

que habrá una reducción de sólidos en suspensión del 90%.

Se parte de un caudal de 1500,75 m3/día. Con esto, y el tiempo de retención, de 3,5 días, se

puede calcular el volumen necesario para realizar la depuración anaerobia.

33

52535,375,1500 mdíasdía

mVolumen =⋅=

Inicialmente se tiene una DBO5 de 350 ppm, que son 525,26 Kg DBO5/día, con la carga y el

volumen, se puede calcular la carga volumétrica:

Carga v olumétrica díam

grDBO

Kg

gr

mdía

KgDBO3

53

5 1001

1000

5253

126,525 =⋅⋅=


45

Se cumple de esta manera las condiciones necesarias para que se realice eficazmente el proceso

de depuración anaerobio.

Se van a construir 4 lagunas anaerobias, de las cuales, solo tres van a estar operativas, dejando

una como reserva, para evitar problemas en la planta en caso de fallo en una de las lagunas y

para el periodo de vaciado de fangos.

En la tabla siguiente se muestran los parámetros vistos anteriormente, para cada una de las

cuatro lagunas anaerobias, de las que solo vamos a utilizar tres, dejando la cuarta como reserva.


VALORES ELEGIDOS

Tiempo de retención(días) 3,5

Caudal (m3/ día) 500

Volumen (m3) 1.751 m3

Carga volumétrica (gr DBO/m3.día)

100

Producción media de fangos (l/hab.año)

40

Altura (metros) 3,5

Tabla 10. Parámetros de diseño para cada laguna anaerobia.

Se construirán cuatro lagunas de 1751 m3. En condiciones normales se trabajará con tres

lagunas, que trabajarán a 500 m3/día cada una, dejando la cuarta como reserva para casos

anormales de funcionamiento o retirada de los fangos.

6.4 Lagunas facultativas


Las lagunas facultativas son aquellas que poseen una zona aerobia y una zona anaerobia,

situadas respectivamente en superficie y fondo. Por tanto, en estas lagunas podemos encontrar


46

cualquier tipo de microorganismo, desde anaerobios estrictos en el fango del fondo hasta

aerobios estrictos en la zona inmediatamente adyacente a la superficie. Sin embargo, los seres

vivos más adaptados al medio serán los microorganismos facultativos, que pueden sobrevivir en

las condiciones cambiantes de oxígeno disuelto típicas de estas lagunas a lo largo del día y del

año. Además de las bacterias y protozoos, en las lagunas facultativas es esencial la presencia de

algas, que son las principales suministradoras de oxígeno disuelto.

A diferencia de lo que ocurre con las lagunas anaerobias, el objetivo perseguido en las lagunas

facultativas es obtener un efluente de la mayor calidad posible, en el que se haya alcanzado una

elevada estabilización de la materia orgánica, y una reducción en el contenido en nutrientes y

bacterias coliformes.

La degradación de la materia orgánica en las lagunas facultativas tiene lugar fundamentalmente,

por la actividad metabólica de bacterias heterótrofas facultativas, que pueden desarrollarse tanto

en presencia como en ausencia de oxígeno disuelto, si bien su velocidad de crecimiento, y por

tanto la velocidad de depuración, es mayor en condiciones aerobias. Puesto que la presencia de

oxígeno es ventajosa para el tratamiento, las lagunas facultativas se diseñan de forma que se

favorezcan los mecanismos de oxigenación del medio.

Las dos fuentes de oxígeno en las lagunas facultativas son la actividad fotosintética de las algas

y la reaireación a través de la superficie. Puesto que las algas necesitan luz para generar

oxígeno, y la difusión de éste en el agua es muy lenta, las lagunas tienen normalmente poca

profundidad (1-2 metros), para facilitar así un ambiente oxigenado en la mayor parte del perfil

vertical. La profundidad a la cual se anula el contenido de oxígeno disuelto se llama oxipausa y

varía a lo largo del día y del año.

Las bacterias y algas actúan en forma simbiótica, con el resultado global de la degradación de la

materia orgánica. Las bacterias utilizan el oxígeno suministrado por las algas para metabolizar

en forma aeróbica los compuestos orgánicos. En este proceso se liberan nutrientes solubles

(nitratos, fosfatos) y dióxido de carbono en grandes cantidades. Estos son utilizados por las

algas en su crecimiento. De esta forma, la actividad de ambas es mutuamente beneficiosa.


47

6.4.2 Condiciones operativas de las lagunas facultativas

A continuación estudiaremos las condiciones operativas que influyen en el comportamiento de

las lagunas facultativas. Dado que la actividad de algas y bacterias es el fundamento de la

depuración del agua residual almacenada, cualquier variable que afecte esta actividad

repercutirá en el tratamiento. Los factores más importantes son los siguientes.

FACTORES CLIMÁTICOS

Temperatura

Como ocurre con todos los procesos biológicos, la temperatura presenta una influencia marcada

en todas las etapas. En general, y como hemos visto para el caso anterior, la velocidad de la

depuración aumenta con la temperatura, en especial en lo que concierne a la actividad de las

bacterias.

Sin embargo, y en lo que respecta a las algas, se han detectado retardaciones importantes en la

actividad fotosintética a temperaturas elevadas (superiores a 28º C), este fenómeno coincide con

una gran actividad de las bacterias, y por tanto, con grandes consumos de oxígeno, por lo que

pueden desarrollarse zonas anaerobias en las lagunas facultativas en épocas muy calurosas,

especialmente si el calentamiento se produce de forma brusca. En nuestro caso, la temperatura

media es de 26ºC, por lo que en principio, no deberían existir problemas en este sentido, y si

existen, serán situaciones transitorias y las lagunas volverán a funcionar correctamente al cabo

de poco tiempo.

Radiación solar

La luz es fundamental, como hemos visto, para la actividad fotosintética. Esta depende no sólo

de la luz que alcanza la superficie del agua, sino de la que penetra en profundidad. Dado que el

medio es normalmente muy turbio, debido sobre todo a la presencia de las mismas algas (este

fenómeno se conoce como autosombreado), la luz que penetra en la laguna se atenúa

rápidamente y se anula a poca distancia de la superficie. Por esta razón la profundidad de las

lagunas debe ser pequeña, garantizando así que la mayor parte de la columna de agua va a

contar con cierto grado de iluminación.

Puesto que la intensidad de la luz varía a lo largo del día y a lo largo del año, la velocidad de

crecimiento de las algas varía también de la misma forma. Este fenómeno da lugar a dos efectos

fundamentales: el oxígeno disuelto y el pH del agua presentan valores mínimos al final de la


48

noche, y aumentan durante las horas de luz solar hasta alcanzar valores máximos a media tarde.

A partir de este punto los valores decrecen de nuevo a lo largo de la noche. Esta evolución se

observa mejor durante la primavera y verano, cuando la actividad fotosintética es más intensa.

Viento

La acción del viento en las lagunas facultativas es importante por dos razones:

1. La reaireación a través de la interfase aire-agua depende de la velocidad del viento.

2. El efecto de mezcla del viento puede evitar el desarrollo de estratificación térmica, aunque en

ocasiones la acción del viento puede dar lugar a la aparición de problemas de flujo.

Se ha de estudiar cuidadosamente el régimen de vientos en la zona donde se va a construir la

depuradora por lagunaje, de forma que el diseño se beneficie al máximo del efecto del viento en

el área. Por ejemplo, hay que evitar que se produzcan corrientes superficiales estimuladas por el

empuje del viento entre la entrada y la salida. Para ello habría que reorientar la laguna o la

posición de la alimentación y el efluente. Por otra parte, es necesario estudiar el efecto de los

taludes o de los árboles situados alrededor de la planta en la reaireación de las lagunas, o en la

posibilidad de aparición de estratificación si éstos actúan como cortavientos.

Evaporación

Este factor debe tenerse en cuenta en climas muy cálidos y secos. Se considera que una

evaporación diaria de 5 milímetros no provoca efectos apreciables en las lagunas. La

repercusión principal de la evaporación es la concentración de los sólidos que contiene el agua

almacenada. El consiguiente aumento de la salinidad puede resultar perjudicial si el efluente se

va a emplear en riegos.

Precipitación

El efecto inmediato de la lluvia es provocar un aumento del caudal de entrada, por lo que el

tiempo de residencia del agua disminuye. Cuando la lluvia es fuerte, la turbulencia que ésta

genera da lugar a que las lagunas aparezcan revueltas.

El oxígeno disuelto suele bajar después de las tormentas debido a la demanda adicional de

oxígeno provocada por los sólidos arrastrados por el agua de lluvia y los sedimentos de las

lagunas que se mezclan con la columna de agua. Este último fenómeno es especialmente

importante en días cálidos, cuando la caída de tormentas provoca el enfriamiento superficial de


49

las lagunas, con lo que se crea una capa de inversión que favorece el desprendimiento de fangos

hacia la superficie. Otro efecto de la lluvia es una cierta oxigenación en la zona superficial de

las lagunas, debida tanto al propio contenido en oxígeno de la lluvia como a la turbulencia que

provoca con su caída.

FACTORES QUÍMICOS Y BIOQUÍMICOS

pH

El pH de las lagunas facultativas viene determinado fundamentalmente por la actividad

fotosintética del fitoplancton y la degradación de la materia orgánica por las bacterias. Las algas

consumen anhídrido carbónico en la fotosíntesis, lo que desplaza el equilibrio de los carbonatos

y da lugar a un aumento del pH. Por otra parte, la degradación de la materia orgánica conduce a

la formación de CO2 como producto final, lo que causa una disminución del pH. Cuando las

lagunas facultativas están operando correctamente el pH presenta valores ligeramente alcalinos,

del orden de 7,5-8,5.

Debido a que la fotosíntesis depende de la radiación solar, el pH de las lagunas facultativas

presenta variaciones durante el día y el año. Cuanto mayor es la intensidad luminosa, los valores

del pH son más altos. Estas variaciones diarias son muy marcadas en verano, cuando pueden

alcanzarse niveles de pH de hasta 9 o mayores, partiendo de valores del orden de 7-7,5 al final

de la noche.

Oxígeno disuelto

El contenido de oxígeno disuelto en las lagunas facultativas es uno de los mejores indicadores

sobre su funcionamiento. La principal fuente de oxígeno disuelto es la fotosíntesis, seguida por

la reaireación superficial. Una laguna facultativa que opere correctamente debe tener una capa

superficial oxigenada. La concentración de oxígeno disuelto presenta una variación sinusoidal a

lo largo del día. El contenido en oxígeno es mínimo al amanecer y máximo por la tarde, y puede

oscilar entre un valor nulo hasta la sobresaturación. Durante el verano es muy común encontrar

que las lagunas están sobresaturadas de oxígeno disuelto en las capas superficiales.

Además de las variaciones diarias en el contenido en oxígeno disuelto, éste presenta también

variaciones importantes en profundidad. La concentración de oxígeno disuelto es máxima en

superficie, y a medida que aumenta la profundidad va disminuyendo hasta anularse. La


50

profundidad a la que se anula el oxígeno disuelto se llama oxipausa, y su posición depende de la

actividad fotosintética, el consumo de oxígeno por las bacterias y el grado de mezcla inducido

por el viento. En invierno la capa oxigenada tiende a ser mucho más reducida que en verano.

Nutrientes

Los nutrientes son fundamentales para la buena marcha de la depuración en lagunas. El agua

residual urbana posee un contenido en nutrientes adecuado para el desarrollo de los

microorganismos responsables de la depuración sin que sea necesario ajustar la concentración

de ninguno de ellos. A medida que progresa la depuración, y especialmente cuando se dispone

de varias lagunas en serie, se va produciendo una eliminación de nutrientes que puede dar lugar

a que uno o varios alcancen concentraciones limitantes para el desarrollo subsiguiente de algas o

bacterias.


De la misma manera que en el caso anterior, se van a colocar 4 lagunas facultativas en paralelo,

es decir, se va a dividir el influente en varias partes que alimentan a cada una de las lagunas,

reuniéndose de nuevo el efluente de éstas para alimentar el resto de la instalación.

Se han de diseñar las lagunas con una profundidad de entre 1-2 metros. El límite inferior viene

condicionado a la posibilidad de crecimiento de vegetación emergente para profundidades

menores, lo cual se desaconseja normalmente para evitar el desarrollo de mosquitos. En cuanto

al límite superior, las profundidades inferiores a 2 metros tienen el objetivo de limitar la

posibilidad de estratificación, así como favorecer un ambiente aerobio en la mayor parte del

perfil vertical. Sin embargo, recientemente se ha construido un número creciente de lagunas

profundas, en las que se han obtenido buenos resultados en eficacia de depuración.

La mayor eficacia depuradora detectada en estos sistemas profundos, es debida entre otras

causas, a la mayor productividad de las algas en un medio en el que tienden a sedimentar en la

zona profunda y morir, bien por ausencia de luz o por el efecto tóxico de sulfuros solubles, lo

que da lugar a que las poblaciones en superficies sean más jóvenes y, por tanto, productivas. La

zona profunda tiende a estar en condiciones anaerobias, y en ella se produce la degradación

lenta de compuestos orgánicos y microorganismos sedimentados desde la zona superficial. De

esta forma se generan nutrientes solubles que se reincorporan a la capa superficial y contribuyen

a la actividad biológica en ésta. Por otra parte, en climas áridos la mayor profundidad repercute


51

en una disminución de la evaporación, lo que es beneficioso tanto desde el punto de vista de

almacenamiento para riegos como para evitar aumentos de salinidad en el efluente. Por último,

otra ventaja de los sistemas profundos es la mayor retención de calor durante los meses fríos,

esta última causa no afecta en exceso a nuestra planta, ya que no existen cambios importantes de

temperatura.

En nuestro caso se va a elegir una profundidad de 1,2 metros, altura un poco inferior a la media,

ya que se ha de tener en cuenta que se van a diseñar las lagunas facultativas y de maduración

con las mismas dimensiones para en caso de ser necesario poder utilizar una de las primeras

como maduración. De esta forma se simplifica la distribución de caudales, ya que si tuvieran

dimensiones diferentes el reparto hidráulico sería muy complicado. Además, la altura para

ambas será de 1,2 metros porque para una altura mayor, se dificulta la desinfección en las

lagunas de maduración.

Además, se ha considerado una carga superficial de 150 Kg DBO/Ha día. Se ha tomado un valor

intermedio para no suponer el mejor de los casos, a pesar de ser un clima cálido.


Los parámetros más adecuados para dimensionar las lagunas son el tiempo de retención

hidráulico y fundamentalmente los fenómenos de superficie (reaireacion, fotosíntesis).

En la tabla siguiente aparecen los parámetros generales de diseño para lagunas facultativas, y

los valores que se han elegido para el diseño de nuestra planta:



VALORES ELEGIDOS

Tiempo de retención(días) >1 semana 14

Carga superficial (Kg DBO/Ha.día)

100-180 150

Profundidad (metros) 1-2 1,2

Funcionamiento Paralelo paralelo


Inapreciable inapreciable

Tabla 11. Intervalos habituales en el diseño de lagunas facultativas y valores elegidos para

nuestro diseño.


52

En la etapa anterior, lagunas anaerobias, se ha supuesto una eliminación de materia orgánica en

forma de DBO5 del 50%, por tanto los Kg de DBO5 que llegan a las lagunas facultativas será:

día

KgDBO

día

KgDBO 55 2635,026,525 =⋅

Se ha fijado una carga superficial de 150 Kg DBO5/Ha.día, con este dato y la carga que entra a

las lagunas facultativas, se puede calcular la superficie:

Superficie 2

5

5 17509751,1150

263 mHaKgDBO

díaHa

día

KgDBO→=

⋅⋅=

Sabiendo la superficie y fijando la altura de las lagunas en 1,2 metros, se obtiene el volumen de

laguna necesario: 21010,5 m3.

Con el caudal y el volumen, se obtiene un tiempo de retención de 14 días.

De la misma manera que en la etapa anterior, se va a trabajar con 3 lagunas facultativas en

paralelo. El caudal total queda de nuevo dividido entre tres, al igual que la carga que llega a las

lagunas.

En la tabla siguiente aparecen los parámetros de funcionamiento adoptados:


VALORES ELEGIDOS

Tiempo de retención(días) 14

Caudal (m3/ día) 500

Volumen (m3) 7003,5

Carga superficial (Kg DBO/Ha.día)

150

Superficie (m2) 5836

Altura (metros) 1,2

Tabla 12. Parámetros de diseño para cada laguna facultativa.


53

6.5 Lagunas de maduración


Las lagunas de maduración tienen como objetivo primordial la eliminación de bacterias

patógenas, así como finalizar la eliminación de DBO5 en el supuesto de que quedase algo por

oxidar. Si la cantidad de DBO5 que queda por oxidar fuese superior al 20% del total inicial, se

podría considerar que dicha laguna trabaja como laguna facultativa y no como laguna de

maduración.

Estas lagunas operan siempre como lagunas secundarias, es decir, como mínimo el agua

residual ha pasado otro tratamiento antes de ser introducida en ellas.

Además de su efecto desinfectante, las lagunas de maduración cumplen otros objetivos, como

son la nitrificación del nitrógeno amoniacal, cierta eliminación de nutrientes, clarificación del

efluente y consecución de un efluente bien oxigenado. En cuanto a su aspecto físico, las lagunas

de maduración son muy similares a las facultativas, y como en este caso, en muchas ocasiones

tienen incluso el mismo tamaño y profundidad.

Debido a que la alimentación de estas lagunas presenta un alto grado de estabilización de la

materia orgánica, la demanda de oxígeno disuelto es mucho menor que en las facultativas, y la

fotosíntesis y aireación superficial permiten obtener un ambiente aerobio en toda la columna de

agua.

6.5.2 Factores que influyen en la depuración

A continuación veremos los factores que influyen sobre los distintos aspectos de la depuración

alcanzada en este tipo de lagunas.

Eliminación de patógenos

Las bacterias coliformes se utilizan como indicadores de la calidad del agua desde el punto de

vista de su contaminación por microorganismos patógenos, es decir, causantes de enfermedades.

Su eliminación en las lagunas de maduración se debe a la acción combinada de varios factores,

que en conjunto crean unas condiciones muy desfavorables para su supervivencia. Los factores


54

que afectan a la desaparición de microorganismos patógenos en las lagunas de maduración

pueden dividirse en las categorías siguientes:

• Físicos: La temperatura y sedimentación son los dos factores más importantes. La

sedimentación consiste en la incorporación al fondo de la laguna de agregados de

microorganismos, debido a que su peso específico es mayor que el del agua. Una vez

que se produce su depósito en el fondo, estos agregados son atacados por bacterias que

se desarrollan en la capa de fango, y finalmente desaparecen. Como ocurre con todos

los procesos biológicos, la temperatura es un factor muy importante en la velocidad de

desaparición de microorganismos patógenos. La velocidad de eliminación de patógenos

aumenta con la temperatura. Por tanto, la eficacia en la reducción de patógenos es buena

en nuestras lagunas.

• Físico-químicos: La salinidad del agua, pH, concentración de oxígeno disuelto e

intensidad de la luz solar son los factores físico-químicos más influyentes.

El tiempo de supervivencia de los microorganismos patógenos varía inversamente con la

salinidad del medio. Puesto que las lagunas de maduración son la última etapa del tratamiento,

la evaporación en estas lagunas y en las etapas anteriores determina un aumento en la

concentración de sales que resulta beneficioso desde este punto de vista. Sin embargo, este

aumento de salinidad puede ser perjudicial, pues vamos a utilizar el efluente en riegos.

La eliminación de patógenos aumenta con el pH de la laguna. La actividad del fitoplancton da

lugar a un aumento del pH, mientras que la actividad metabólica de las bacterias genera CO2

que provoca un descenso en el pH. Puesto que en las lagunas de maduración la carga orgánica

es muy baja, se produce una generación muy escasa de CO2. Por otra parte, la actividad

fotosintética suele ser bastante elevada, por lo que globalmente se suele apreciar un aumento de

pH con respecto a las lagunas facultativas, que se traduce en un medio más desfavorable para la

supervivencia de los microorganismos patógenos. La presencia de oxígeno disuelto, y sobre

todo el efecto de choque del paso entre lagunas facultativas con concentraciones bajas o

moderadas de oxígeno a lagunas de maduración con concentraciones elevadas, da lugar a un

aumento en la velocidad de eliminación de patógenos. Uno de los principales factores es la

intensidad de la luz. La eliminación de patógenos es mucho más rápida en presencia de luz, por

lo que debe evitarse la construcción de lagunas de maduración profundas en las que buena parte

de la columna de agua se encuentra en la oscuridad. Por la misma razón, la eliminación de

patógenos es mucho más eficaz en días despejados.


55

Factores bioquímicos

La concentración de nutrientes, presencia de compuestos tóxicos y predadores son los

principales factores bioquímicos implicados en la eliminación de patógenos.

La limitación en nutrientes es un factor muy importante, no sólo por su efecto directo sobre la

posibilidad de crecimiento de los microorganismos patógenos, sino por la competencia con

otros microorganismos mejor adaptados que aquellos al medio.

La escasa concentración de materia orgánica en estas lagunas constituye un serio obstáculo para

la supervivencia de los microorganismos heterótrofos como los que se pretende eliminar en esta

etapa del tratamiento (bacterias, protozoos y hongos). Por último, la presencia de predadores

como protozoos, bacteriófagos, microcrustáceos y rotíferos da lugar a una fuerte reducción en

las bacterias patógenas.

Nitrificación

Aunque la conversión biológica de nitrógeno amoniacal a nitratos puede iniciarse en las lagunas

facultativas cuando la concentración de oxígeno disuelto es suficientemente elevada, el medio

aerobio propio de las lagunas de maduración es mucho más adecuado para el desarrollo de las

bacterias nitrificantes. Esta conversión tiene gran importancia para impedir el acceso del

nitrógeno amoniacal a cursos de agua receptores donde puedan tener efectos tóxicos sobre la

fauna (muchos peces presentan una tolerancia muy baja a la presencia de amoniaco en el agua).

Por otra parte, aunque las oscilaciones de oxígeno disuelto durante el día son menos acusadas

que en las lagunas facultativas, también se producen descensos durante la noche. Cuando estos

descensos dan lugar a concentraciones nulas de oxígeno se inicia el ciclo nitrificación-

desnitrificación, que conduce a una pérdida neta de nitrógeno hacia la atmósfera. Con este

fenómeno se consigue una reducción neta de nutrientes, con efectos beneficiosos para los cursos

de agua donde vaya a verterse el efluente final.

Reducción de nutrientes

El descenso en la concentración de nutrientes solubles observado en las lagunas de maduración

se debe fundamentalmente al consumo por el fitoplancton, posible desnitrificación durante la

noche y a la precipitación de sales insolubles de fósforo que se incorporan al sedimento.

Además de los efectos principales de las lagunas de maduración, éstas, pueden suplir en parte el

mal funcionamiento de las lagunas facultativas, permitiendo así obtener un efluente de calidad


56

aceptable durante épocas del año en las que la depuración es muy lenta, o ayudando a absorber

puntas de carga y caudal. Aunque esto no es el objetivo para el que se construyen las lagunas de

maduración, puede resultar muy conveniente su presencia ante situaciones excepcionales. Por

otra parte, las lagunas de maduración garantizan que el efluente final va a contener una cantidad

aceptable de oxígeno disuelto durante todo el año, especialmente en situaciones de sobrecarga.

Finalmente, otro efecto de las lagunas de maduración es la clarificación del efluente, sobre todo

cuando se cuenta con varios módulos en serie. Este efecto se consigue debido a la

sedimentación de las algas, presencia de predadores como la pulga de agua y el

empobrecimiento del agua en nutrientes que impide nuevos crecimientos de microorganismos.


Para este tipo de lagunas, se va a realizar una disposición en serie, se va a realizar esta

disposición, cuando se precise una calidad de efluente mayor, ya que a medida que el agua

atraviesa las lagunas la calidad del efluente mejora, reduciéndose los patógenos en el agua

residual.

Como se ha explicado anteriormente, las lagunas de maduración van a tener el mismo volumen

y altura que las lagunas facultativas, así, en caso de necesidad, la última de las lagunas

facultativas y la primera de las lagunas de maduración podrán usarse indistintamente como

facultativa o como maduración.

Debido a que el objetivo que se persigue en este tipo de lagunas es la eliminación de las

bacterias patógenas, representadas por los coliformes fecales, el diseño se va a basar en modelos

cinéticos para su eliminación.

La mayoría de los modelos de simulación de la calidad de las aguas superficiales utilizan una

cinética de primer orden para representar la desaparición de coliformes del medio acuático.

La ecuación que se recomienda más a menudo para el diseño de las lagunas de maduración se

basa en suponer una cinética de eliminación de patógenos de primer orden, así como un régimen

en mezcla completa en la laguna.


57

De esta manera, la ecuación de diseño es la siguiente:

).1( tKb

NiNe

+=

Donde:

Ne = Número de coliformes fecales/100 ml en el efluente.

Ni = Número de coliformes fecales/100 ml en el influente.

Kb = constante de velocidad para la eliminación de coliformes, día-1; se utiliza entre 0,8

y 2

t = tiempo de retención, días

La constante de velocidad Kb depende de la temperatura. Esta dependencia suele escribirse en

la forma siguiente:

Kb = K20 θ (T-20)

Donde:

K20 = Constante de velocidad a 20ºC, dia-1;se utiliza un valor de 2,6.

θ = coeficiente de temperatura, adimensional, se utiliza un valor de 1,19.

T = temperatura media anual del agua, ºC.

La organización mundial de la salud, recomienda un tiempo de retención de 3 días por laguna

cuando tenemos una disposición de lagunas en serie.


Como se ha comentado anteriormente, se va a diseñar la planta de manera que la última de las

lagunas facultativas pueda usarse como laguna de maduración, y la primera de las de

maduración como facultativa, en caso de necesidad.


58

En la tabla siguiente se muestran los parámetros generales de diseño de las lagunas maduración,

y los valores que se han elegido para el diseño de nuestra planta.



VALORES ELEGIDOS

Tiempo de retención(días) >3 * 9,3

Profundidad (metros) 0,5-1,2 1,2

Funcionamiento Serie Serie


Inapreciable inapreciable

Tabla 13. Intervalos habituales en el diseño de maduración y valores elegidos para nuestro

diseño.

Así, tenemos que el volumen de las lagunas de maduración y la altura, van a ser:

Volumen de cada laguna (igual al volumen de las lagunas facultativas): 7003,5 m3.

Altura: 1,2 m.

Caudal total que atraviesa cada laguna: 1500,75día

m3

A partir del caudal y el volumen de las lagunas, se obtiene el tiempo de retención necesario en

cada una de las dos lagunas: 4,67 días.

Como las lagunas de maduración se encuentran en serie, y se tiene que el tiempo de retención

para cada una de ellas es de 4,67 días, se obtiene un total de 9,3 días.

El objetivo que se persigue en este tipo de lagunas es la eliminación de las bacterias patógenas,

representadas por los coliformes fecales. El diseño se va a basar en el modelo cinético para su

eliminación visto anteriormente.

* El tiempo de retención es de tres días porque tenemos dos lagunas de maduración en serie, si tuviéramos solo una el tiempo de retención sería superior a 5 días.


59

En la tabla siguiente se muestra el análisis fecal de las aguas residuales:

COLIFORMES 4,6.107 / 100 ml.

C.F 6,4.106 / 100 ml.

ESTREPTOCOCOS 1,1.106 / 100 ml.

TOTAL 5,35.107 / 100 ml.

Tabla 14. Composición fecal de las aguas residuales

Antes de la laguna de maduración se elimina el 75% de los coliformes fecales.

Número de coliformes fecales/100 ml en el influente: Ni = 1,3375.107 coliformes/100ml.

Para distintos rendimientos y con el número de coliformes fecales por cada 100 ml en el

influente, se calcula el número de coliformes fecales en el efluente, Los resultados obtenidos se

muestran en la tabla siguiente:

PORCENTAJE DE ELIMINACIÓN Ne

90 1.337.500

92 1.070.000

94 802.500

96 535.000

98 267.500

99 133.750

Tabla 15. Número de coliformes fecales en el efluente por cada 100 ml para distintos

rendimientos

A partir de la siguiente expresión: Kb = K20 θ (T-20) y para distintas temperaturas del agua

residual, se obtiene el valor de Kb:


60

TEMPERATURA Kb

10 0,46

12 0,65

14 0,92

16 1,3

18 1,84

20 2,6

Tabla 16.Valores de Kb para distintas temperaturas del agua residual.

En el gráfico siguiente se muestra como varía el tiempo de retención con la temperatura para

distintos rendimientos.

Variación del tiempo de retención con la temperatura para distintos porcentajes de eliminación

0

20

40

60

80

100

120

10 12 14 16 18 20

TEMPERATURA (ºC)

TIE

MP

O D

E R

ET

EN

CIÓ

N

(día

s)

Rto=90%

Rto=92%

Rto=94%

Rto=96%

Rto=99%

Rto=98%

Figura 11. Variación del tiempo de retención con la temperatura para distintos porcentajes de

eliminación.

Como es lógico, para conseguir un porcentaje de eliminación mayor, el tiempo que ha de

permanecer el agua residual en la laguna será mayor. Asimismo, a menor temperatura, el

tiempo de retención necesario será mayor. Se puede concluir, que la eliminación será poco

efectiva cuanto más baja sea la temperatura y menor sea el tiempo de retención.


61

Tenemos un tiempo total de retención de 9,3 días, además se sabe que la temperatura

aproximada del agua residual es de 18ºC. Con esto, y a partir de la tabla siguiente, se tiene:

PORCENTAJE DE ELIMINACIÓN Ne TIEMPO RETENCIÓN 90 1.337.500 5

92 1.070.000 6

94 802.500 9

96 535.000 13

98 267.500 27

99 133.750 55

Tabla 17. Variación del tiempo de retención con el porcentaje de eliminación a 18ºC.

Para nuestro caso por tanto, el porcentaje de eliminación va a ser de un 94%.

6.6 Filtros verdes

Esta tecnología se basa en la utilización de una superficie de terreno, sobre la que se establece

una especie vegetal, y a la que se aplica el agua residual a tratar. En nuestro caso, el agua que se

utilizará, es agua que ha pasado por un tratamiento de lagunaje.

6.6.1 Descripción del proceso.

La depuración de las aguas se consigue por la combinación de una serie de acciones: físicas,

químicas y biológicas:

Acciones físicas: la principal de estas acciones es la filtración, mediante la cual los sólidos en

suspensión, presentes en el agua residual, quedan retenidos en los primeros centímetros del

terreno.

Acciones químicas: en estas acciones juega un papel muy destacado la capacidad de cambio

iónico que tenga el suelo, así como su pH y las condiciones de aireación/encharcamiento que

afectan a los procesos de óxido/reducción.


62

Acciones biológicas: dentro de este grupo de acciones puede diferenciarse entre las inherentes a

las actividades radiculares de las plantas establecidas en el Filtro Verde y las producidas por los

microorganismos del suelo

Figura 12. Esquema del proceso de tratamiento mediante filtros verdes.

Este tratamiento sin estar en combinación de otros, tiene los siguientes rendimientos:

Parámetro Porcentaje de eliminación(%)

Sólidos de suspensión 85 – 95

DBO5 85 – 95

N 50 – 90

P 40 – 80

Coliformes Fecales 99 – 99,9

Tabla 18. Porcentajes de eliminación de distintos parámetros mediante filtros verdes

6.6.2 Condiciones operativas

Como se ha descrito anteriormente, el influente que se aplica al filtro verde se ha sometido a un proceso de desbaste mediante rejas y desarenador, de forma que se eviten obstrucciones en las tuberías de conducción y reparto. Tras el desbaste, el agua residual ha sido tratada por un tratamiento de lagunaje.

El terreno en el que se implanta el filtro verde se subdivide en una serie de parcelas que se riegan de forma rotativa, generalmente mediante riego a manta o por surcos. Esta rotación en los riegos permite la reoxigenación natural de las parcelas tras el período de encharcamiento.


63

Figura 13. Esquema de las distintas parcelas

Con esta tecnología de depuración las aguas depuradas no son reutilizables de forma inmediata, sino que se infiltran en el terreno y se incorporan a los acuíferos. Para controlar la calidad de las aguas que se infiltran es necesario instalar dentro la parcela en la que se implanta el filtro una red de lisímetros, que permitan la recogida de muestras a diferentes profundidades.

Figura 14. Esquema del proceso

6.6.3 Diseño y cálculo de parámetros

Las características que ha de tener un suelo para que la instalación de un filtro verde funcione de

manera óptima son suelos con una permeabilidad media y buena textura. La edafología del

municipio de San Jorge muestra que los suelos pertenecen al orden de los Alfisoles, éstos se

caracterizan por presentar un horizonte subsuperficial de enriquecimiento secundario de arcillas

desarrollado en condiciones de acidez o de alcalinidad sódica, y asociado con un horizonte

superficial claro, generalmente pobre en materia orgánica o de poco espesor. Los suelos que

pertenecen a este orden presentan una alta saturación con bases en todo el perfil.


64

Analizando estos datos, se observa que el suelo es franco-arcilloso, por lo que el suelo es idóneo

para la instauración de los filtros verdes, ya que la filtración será muy efectiva.

La especie vegetal que se va a implantar en el filtro verde es el ceibo.

Figura 15. Ceibo.

Para calcular las necesidades hídricas de esta especie se utiliza la siguiente expresión:

KcETET oc ×=

Siendo:

ETc: evapotranspiración de cultivo

ET0: evapotranspiración de referencia

Kc: coeficiente de cultivo

La evapotranspiración de referencia, es un dato que depende la climatología de la zona, en

nuestro caso la ET0 media anual es de 9,5 mm/dia.

Para calcular las necesidades hídricas de nuestra especie utilizaremos la Kc más desfavorable, es

decir, la Kc en épocas de máxima insolación y desarrollo del cultivo, que en nuestro caso es de

0,85.


65

Las necesidades hídricas son:

añohamdiammETc ./200.29/885,05,9 3==×=

El caudal que se destinará para filtros verdes es un 25% del total:

diamdiamQdiario /375100

25/1500 33

=×=

anualmQanual /875.136365375 3=×=

Por tanto la superficie que se destinará para el cultivo de eucaliptos es de:

hasNH

CaudalSuperficie año 7,4

200.29

875.136===

En la siguiente tabla se resumen los parámetros que se han utilizado para este tratamiento:

PARÁMETROS DE

DISEÑO

VALOR

Caudal anual(m3/año) 136.875

Necesidades hídricas

(m3/ha.año) 29.200

Superficie (Ha) 4,7

Tabla 19.- Parámetros de diseño de los filtros verdes.

Se tendrá en consideración que Kc varía a lo largo del ciclo vegetativo del árbol. Esta constante

comienza siendo pequeña, en los primeros años de vida del árbol y aumenta a medida que la

planta cubre más el suelo.

A su vez, los valores máximos de Kc se alcanzan en la floración, se mantienen durante la fase

media y finalmente decrecen durante la fase de maduración.


66

Las necesidades hídricas varían dependiendo del estado vegetativo del árbol, por lo que el agua

de nuestra depuradora destinado al filtro verde también será variable, siendo mayor en la época

seca y menor en la lluviosa.


67

7. Construcción de las lagunas


68

El diseño de lagunas no consiste solamente en determinar su superficie y profundidad sino,

particularmente, en resolver un sin número de detalles de construcción y especificaciones que

asegurarán un funcionamiento y estabilidad adecuado de la unidad a lo largo de su vida útil.

Muchos informes acerca de lagunas existentes demuestran una serie de defectos en su

funcionamiento, averías en las estructuras y molestias de una pobre ingeniería. Un buen diseño

minimiza malos funcionamientos tales como manchas anaeróbicas en una laguna facultativa,

carencia de efluente por infiltración excesiva hacia el fondo, diques erosionados, crecimiento

excesivo de maleza, proliferación de mosquitos, débil efecto de mezcla inducido por el viento,

acumulación de sedimentos alrededor de la entrada y otras penosas circunstancias. Además, una

buena ingeniería trae como consecuencia, casi siempre, la reducción en los costes por la

minimización en el revestimiento y la optimización de la excavación y el relleno.

Las unidades de mayor importancia a la hora de construir una depuradora por lagunaje son:

- Movimiento de tierras

- Revestimiento

- Conducciones

- Unidades especiales

- Varios

7.1 Movimiento de tierras

Volumen mínimo de movimiento de tierra

En un terreno llano es suficiente realizar una excavación poco profunda para conseguir el

material requerido para la construcción de los diques. Dos condiciones son obligatorias:

a) El nivel de agua en la laguna debe quedar situado debajo del nivel de la solera del último

tramo de la alcantarilla de llegada si es por gravedad.

b) El suelo removido debe ser adecuado para la compactación y mantener una cohesión cuando

es humedecido.


69

La tierra orgánica y la arena no son adecuadas para la construcción de diques, normalmente, un

buen material se encuentra debajo de la superficie del suelo. Este terreno más adecuado puede

ser utilizado para formar el núcleo impermeable y estable del dique y el sobrante utilizarse para

completar el dique y para formar el talud.

De no haber tierra disponible en el lugar de la obra, la misma deberá ser transportada de otro

lugar. En este caso, pueden surgir problemas económicos. Los suelos compresibles o plásticos

pueden afectar considerablemente el costo de la construcción, lo que haría que la alternativa de

lagunas de estabilización como medio de tratamiento no sea económica.

Ante la presencia de un terreno adecuado, el material excavado es apilado en capas y

compactado sucesivamente. La condición más económica surge cuando toda la tierra requerida

para construir las represas proviene de la excavación del fondo de la laguna. Partiendo de un

punto de vista puramente geométrico, el volumen excavado debe igualar al apilado. Debe

hacerse una compensación adicional por la expansión durante la excavación y la reducción

durante la compactación. Dependiendo de la compresibilidad de la tierra, contenido de humedad

y otros factores, por lo general el volumen de suelo que entra en la conformación del dique es

menor al excavado.

El sondeo del suelo con un horadador manual puede ayudar a identificar el material disponible

para estimar los costos de construcción.

Figura 16. Imagen del movimiento de tierra para la construcción de las lagunas.

Geometría de la laguna

Con la finalidad de mantener al mínimo la erosión causada por olas provocadas por el viento, la

pendiente del dique en el lado húmedo debe ser suave (pendiente 1:3). Los taludes más


70

empinados pueden ser adoptados en el caso de suelos muy duros y si se utiliza un revestimiento

protector. En el lado seco el declive es usualmente 1:1.5 o más empinado.

El talud en el lado seco y la faja sobre el nivel del agua en el lado húmedo deberán protegerse

con césped contra la erosión. El tipo de césped utilizado para este propósito tiene una marcada

influencia en los costos de mantenimiento.

Si el césped llega por debajo de la superficie del agua, esto creará un hábitat para larvas,

caracoles y otros tipos de animales. Una angosta faja desnuda, de alrededor de 0.2 m, deberá

mantenerse entre el césped y el nivel del agua.

La coronación de las lagunas debe ser hecha lo suficientemente ancha como para permitir el

fácil tráfico de camionetas o camiones en grandes instalaciones, considerando que en

instalaciones pequeñas todo lo que se necesita es un sendero de 1 m de ancho y de por lo menos

3.0 m en instalaciones mayores para el acceso de vehículos. La parte de la coronación debe

consolidarse adecuadamente para evitar su deterioro como consecuencia del tránsito y tener una

geométrica curva que evite la acumulación del agua de lluvia.

Después de terminar el movimiento inicial de la tierra los taludes son afinados a mano o

mecánicamente por medio de niveladora. Luego se siembra el, césped siempre que se disponga

de personal suficiente, y del equipo para su manutención.

El mantenimiento de las lagunas consiste en cortar las malezas que crezcan en ellas, y procurar

que haya un césped bien cuidado que evite la erosión eólica y les dé un aspecto agradable a las

lagunas. La parte superior de las lagunas puede mantenerse acondicionada para la circulación de

vehículos. Los descensos de nivel del dique por asentamiento deben repararse rápidamente

agregando material adicional, previo despalme y escarificación.

Figura 17. Imagen de las lagunas.


71

7.2 Revestimiento

Salvo cuando el terreno donde se construyen las balsas sea muy impermeable y la población

muy reducida, es aconsejable impermeabilizar las lagunas anaerobias con láminas artificiales.

Con el resto de las lagunas, es suficiente con añadir arcilla.

Impermeabilización del fondo

Se va a utilizar un revestimiento de polietileno de alta densidad con espesor de 1,5 mm para las

lagunas anaerobias. La impermeabilización se va a utilizar tanto para revestir el fondo de la

laguna como los taludes.

Hay que tener especial cuidado en las diferentes uniones de los bordes de las láminas, éstos

deben ser fijados por los medios más adecuados, ya que una pequeña fuga puede causar la ruina

de la obra. Hay que perfilar muy bien los taludes y se suele poner una lámina de geotextil para

evitar roturas en la lámina.

Figura 18. Revestimiento del fondo de la laguna anaerobia.

Revestimiento de taludes

En términos generales, el revestimiento de un talud suave es innecesario. En este caso las olas

que resultan de la fricción del viento chocan con el talud aligerándose, pero ello no significa que

no dañe el talud. En caso de pendientes más pronunciadas el revestimiento puede hacerse

obligatorio.


72

Aparentemente, el revestimiento de piedra es lo más recomendable para el talud, siempre y

cuando el material rocoso se pueda adquirir a bajo costo, colocándose una parte por encima y

otra por debajo del nivel del agua. Las piedras de diferentes tamaños y formas se acomodan

manualmente sin unirlas con argamasa. El empedrado es un medio efectivo contra la erosión y

la maleza.

Es importante recalcar que el plantar árboles de gran envergadura en las cercanías de la laguna

puede, hasta cierto punto, reducir la fricción causada por el viento. El efecto de mezcla y de

difusión del oxígeno fotosintético en las capas subterráneas depende en su mayor parte de las

corrientes inducidas por el viento. Por lo tanto, el viento resulta, más que un perjuicio, un

beneficio.

Figura 19. Imagen de los taludes de las lagunas.

7.3 Conducciones

Las tuberías de interconexión se utilizan para transferir el efluente de una laguna a otra en casos

donde se operan dos o más unidades en serie, tal como de una laguna anaerobia conectada a una

facultativa o una facultativa conectada a una de maduración. En muchos casos una tubería que

atraviesa la balsa, bajo el nivel del espejo de agua, es suficiente para establecer una

interconexión adecuada.


73

Esta red de tuberías trabajará por gravedad. Por ello, se utilizarán tuberías convencionales de

saneamiento (PVC, fibrocemento, hormigón) cuidando la estanqueidad de las juntas para evitar

que las fugas pongan en peligro la estabilidad de los taludes.

Deben de ponerse pozos de registro en los cambios de dirección y a distancias no mayores de 50

metros.

Figura 20. Imagen de una conducción.

7.4 Unidades especiales

Estructuras de entrada

Las unidades de entrada a las diferentes lagunas constan de una arqueta receptora y una tubería

que conduce el agua hasta el fondo de la laguna siguiendo el talud. La arqueta se suele realizar

en hormigón o fábrica de ladrillo y la tubería con cualquiera de los materiales utilizados para

agua a presión pero con el timbraje más bajo.

Estas lagunas cuentan con aliviadero. Las lagunas se diseñan con un borde libre que da margen

para el aumento de carga sobre el vertedero de salida cuando sucede este caudal máximo.

Estructuras de salida

La estructura de salida de una laguna determina el nivel del agua dentro de ella y podrá

colocarse en cualquier punto del borde, ordinariamente al pie de la balsa y opuesto a la tubería

de entrada.


74

Estas estructuras de salida constan de una arqueta a la cual se la acopla una chapa deflectora

para evitar que salga la capa de agua superficial, ya que en el caso de lagunas anaerobias es

recomendable impedir que desaparezca la costra superficial formada, y en de las lagunas

facultativas y de maduración evitar la salida de algas que proliferan más en la capa superficial.

Se pueden poner salidas a diferentes alturas (la menor a 2,5 metros y la mayor a 5 metros), con

el fin de tener la posibilidad de manejar distintos volúmenes de en una misma laguna.

Las tuberías de descarga que atraviesan las balsas deberán instalarse con anterioridad a la

construcción de los mismos a fin de evitar cortes y rellenos en una obra recién construida,

corriéndose el peligro de debilitar algún punto.

Arquetas de reparto

Las arquetas de reparto tienen como función dividir el caudal de entrada entre las diferentes

lagunas de un mismo proceso. Se suelen ejecutar de hormigón armado y el reparto se realiza con

vertederos rectangulares de acero inoxidable o de aluminio.

7.5 Construcciones auxiliares

En este concepto se engloba todas las unidades complementarias de urbanización de la

instalación, como caseta de servicio, cerramiento, caminos de coronación, alumbrado y

jardinería.


75

8. Puesta en marcha y mantenimiento


76

Puesto que una de las principales ventajas de la depuración por lagunaje es su simplicidad

operativa, a menudo se piensa que el mantenimiento de las plantas no es necesario, o se reduce a

visitas ocasionales para reparar posibles desperfectos en la obra civil. Sin embargo, la presencia

de un operador familiarizado con el proceso, que sea capaz de interpretar los posibles síntomas

de mal funcionamiento a medida que aparecen, y tomar las medidas correctoras

correspondientes, es decisiva para la buena marcha de la instalación.

Por tanto, el mantenimiento de las lagunas se centra en dos aspectos fundamentales:

- Cuidado de la obra civil: limpieza de la unidad de pretratamiento, medidores de caudal,

rejas, caminos, jardinería, retirada del fango acumulado en las lagunas, etc.

- Detección de problemas de funcionamiento y adopción de medidas correctoras.

Estos dos aspectos del mantenimiento son complementarios, ya que a menudo el descuido de la

obra civil conduce a problemas de funcionamiento.

El arranque de las lagunas puede presentar problemas debido a que los microorganismos

responsables de la depuración no aparecen instantáneamente, sino que hace falta un período de

tiempo cuya longitud depende de las condiciones ambientales para conseguir que estas

poblaciones de seres vivos se desarrollen en las lagunas.

Teniendo esto en cuenta, se pueden tomar algunas precauciones muy sencillas para evitar

complicaciones durante la puesta en marcha:

1. Si la planta se ha diseñado para una población superior a la actual, poner en marcha

únicamente una parte de la misma. En nuestro caso, se van a tener dos lagunas (anaerobia y

facultativa) paradas, como reserva.

2. Las lagunas deben llenarse de agua lo más pronto posible una vez construidas, para evitar que

se agrieten debido a las lluvias o que crezcan malas hierbas en el fondo. En cualquier caso, debe

eliminarse toda la vegetación del fondo y taludes antes de comenzar el llenado.

3. La construcción de las lagunas debe planificarse de forma que su acabado coincida con la

primavera o verano. La mayor velocidad de crecimiento de los microorganismos durante esta

época del año facilita la puesta en marcha de la instalación. En el caso que nos ocupa, no existen

cambios importantes de temperatura entre el verano y el invierno, luego este aspecto no es muy

relevante.


77

Cuando esto no es posible, y la puesta en marcha debe realizarse durante el invierno, hay que

tener en cuenta la menor actividad de los microorganismos y proceder al arranque utilizando un

periodo más largo de tiempo.

Se van a ver a continuación las recomendaciones para cada uno de los tipos de lagunas que se

van a utilizar en el proyecto.


Las lagunas anaerobias deben ser llenadas y utilizarse en continuo desde el principio,

respetándose los 3,5 días, que se han seleccionado como tiempo de retención en el diseño de

este tipo de lagunas.

Se debe controlar que el pH se mantenga siempre por encima de 7, es necesario un pH básico

para el correcto funcionamiento de este tipo de lagunas. En caso de que el pH se encuentre por

debajo de 7, se podría corregir la acidez añadiendo lechada de cal.

Los indicadores del correcto funcionamiento de este tipo de lagunas son: coloración gris,

burbujeo continuo en la superficie, formación de costra superficial sólida compuesta por grasas,

aceites y materiales flotantes y taludes interiores libres de vegetación.


Se han diseñado este tipo de lagunas para una profundidad de 1,2 metros, pero para la puesta en

marcha, solo van a ser llenadas hasta 1 metro. De esta manera, se dejara en reposo entre 15 y 20

días hasta la aparición de una coloración verde intensa, momento a partir del cual, se puede ya

funcionar en continuo.

Para el diseño que se presenta, por existir 4 lagunas facultativas (una de ellas de reserva), el

llenado se hará escalonadamente para 3 de las lagunas, respetando siempre el período de tiempo

necesario para que aparezca la coloración verde intensa en cada una de las lagunas antes de

iniciar el tratamiento en continuo.


78

Figura 21. Imagen que muestra como nunca debería estar una laguna.

Los indicadores de buen funcionamiento son: coloración verde intensa del agua y ausencia de

sólidos sedimentables, superficie de agua libre de toda materia sólida y ausencia de plantas

acuáticas y hierbas en los taludes.

8.3 Lagunas de maduración

Una vez que las lagunas facultativas estén operando en continuo, se llenaran las de maduración

y se funcionará en continuo.

Los indicadores de buen funcionamiento tanto para las lagunas facultativas como de maduración

son: coloración verde intensa del agua y ausencia de sólidos sedimentables, superficie de agua

libre de toda materia sólida y ausencia de plantas acuáticas y hierbas en los taludes.


79

8.4 Filtros verdes

Las principales actividades de mantenimiento que se ha de realizar en filtros verdes son:

- Evacuar los sólidos separados del pretratamiento

- Cambiar periódicamente de la parcela a la que se aplica el agua residual. Este es un

aspecto de gran importancia, pues la duración de los períodos de encharcamiento debe

controlarse para evitar la aparición de condiciones de anaerobiosis. Tras cesar la

aplicación de agua a una parcela determinada, ésta debe permanecer en reposo el tiempo

suficiente para su reoxigenación

- Un pase de grada, con frecuencia trimestral, con objeto de partir las costras que hayan

podido formarse y volver a airear el suelo. Este pase de grada nunca se efectuará en el

período de descanso del ceibo, momento en el que la extracción de nutrientes es realizada

por la vegetación espontánea existente en el filtro.

8.5 Casos anormales de funcionamiento

Tras la realizar el diseño de la planta depuradora para el caso general, se han de tener en cuenta

posibles desviaciones de las condiciones normales de funcionamiento de la planta. Esto lleva a

poder prever y actuar con mayor rapidez ante problemas, evitando así tener que parar la planta u

obtener una eficacia menor en la depuración.

A continuación se van a evaluar distintos escenarios para cada una de las lagunas:

8.5.1 Laguna anaerobia

Fallo en una de las lagunas anaerobias: Se han colocado 4 lagunas anaerobias, tres de ellas

van a trabajar en continuo, y la cuarta actuará como laguna de reserva en caso de avería o

cuando estemos extrayendo los lodos de la laguna. En principio el fallo en una de las tres


80

lagunas no supondría un problema, pues tenemos una laguna de reserva, sin embargo, se han

calculado las posibles consecuencias que tendría trabajar con dos lagunas, en vez de con tres.

Cada una de las lagunas tiene un volumen de 1750,87 m3.

Se trabaja con dos lagunas, por lo que el caudal a tratar en cada laguna será de 750,37día

m3

. Con

esto se obtiene un tiempo de retención de 2 días.

Finalmente la carga que llega a cada una de las lagunas será de 263 día

KgDBO, con esto y el

volumen, se calcula la carga volumétrica: 150 díam

grDBO3

Vemos que el fallo en una de las lagunas supone que el tiempo de retención sea menor y que la

carga volumétrica aumente.

Aumento del caudal que llega a nuestra planta: Existe la posibilidad de que en una

determinada época del año, debido al aumento del consumo de agua debido al incremento

puntual de la población pueda existir un aumento del caudal de agua que llega a nuestra planta.

Se han planteado dos situaciones de aumento de caudal:

En el caso extremo en que el caudal se doble, se parte de los siguientes datos:

Caudal que llega a la planta (se dobla): 3001,5 día

m3

Caudal a tratar en cada una de las tres lagunas: 1000,5 día

m3

Volumen de cada laguna: 1750,87 m3.

Con estos datos, se obtiene un tiempo de retención de 1,75 días, este tiempo de retención es muy

pequeño. Esto supone un desequilibrio en el proceso anaerobio, desarrollándose únicamente las

fases hidrolítica y acidogénica, pero no la de formación de metano, que es más lenta que las

otras dos. Por esta razón, se producirán olores y se obtendrá una eliminación muy baja de la

materia orgánica.


81

Esto podría solucionarse utilizando la laguna de reserva, se trabajaría por tanto con las 4

lagunas, consiguiéndose de esta manera un tiempo de retención algo mayor (2,3 días) que

eliminaría los problemas asociados a tiempos de retención bajos.

Si el caudal aumenta en un 25%, no se van a producir problemas en el funcionamiento de las

lagunas anaerobias, se podrá seguir trabajando con 3 lagunas, dejando la cuarta de reserva. Se

obtiene para este caso un tiempo de retención de 2,8 días y una carga volumétrica de

125día

KgDBO.

Disminución del caudal que llega a nuestra planta: de la misma manera, puede ocurrir que en

un momento dado se rompa una tubería o se estropee la planta potabilizadora de agua, con lo

que el caudal que llega a la planta depuradora de aguas residuales sería inferior al caudal de

diseño.

En el caso extremo en que el caudal se reduzca a la mitad, se parte de los siguientes datos:

Caudal que llega a la planta (se reduce a la mitad): 750,375 día

m3


m3


Con esto, se obtiene un tiempo de retención muy elevado, las condiciones de diseño, marcan un

tiempo de retención de entre 2 y 5 días, y en este caso se obtiene un tiempo de 7 días, por lo que

se va a trabajar con una laguna menos, es decir, con dos lagunas.

Caudal que llega a la planta (se reduce a la mitad): 750,375 día

m3


m3



82

Así, se obtiene un tiempo de retención de 4,6 días, que cumple las especificaciones, pero la

carga volumétrica está por debajo del rango (75díam

grDBO3

). Se pasa a trabajar con una sola

laguna. De esta manera se consigue cumplir las especificaciones propias de las lagunas

anaerobias, obteniéndose un tiempo de retención de 2,3 días y una carga volumétrica de

150díam

grDBO3

.

Si el caudal se reduce en un 25%, se obtiene un tiempo de retención adecuado, sin embargo la

carga volumétrica es menor que la requerida, por lo que no se podría realizar satisfactoriamente

la depuración anaerobia.

Utilizando únicamente 2 lagunas, se consiguen cumplir los parámetros requeridos, se obtiene de

esta manera, un tiempo de retención de 3 días y una carga volumétrica de 112,5díam

grDBO3

.

Aumento de la concentración de DBO5 al doble: para este caso, la carga volumétrica se sale

del rango de trabajo al utilizar las tres lagunas anaerobias. Para solucionar este problema, habría

que poner en funcionamiento la cuarta laguna anaerobia. De esta manera se consiguen un

tiempo de retención de 4,6 días y una carga volumétrica de 150 díam

grDBO3

.

La depuración en lagunas anaerobias presenta una tolerancia bastante alta a cambios

medioambientales, tanto en carga orgánica aplicada como en temperatura y pH, ya que los

tiempos de retención son muy elevados.

8.5.2 Laguna facultativa

Al igual que en las lagunas anaerobias, se van a evaluar posibles situaciones anormales en el

funcionamiento de las lagunas facultativas y soluciones, en la medida de lo posible, que

permitan hacer frente a esos problemas.

Fallo en una de las lagunas facultativas: Se han colocado 4 lagunas facultativas, tres de ellas

van a trabajar en continuo, y la cuarta actuará como laguna de reserva en caso de avería. En


83

principio el fallo en una de las tres lagunas no supondría un problema, pues tenemos una laguna

de reserva, sin embargo, se han calculado las posibles consecuencias que tendría trabajar con

dos lagunas, en vez de con tres.

Vemos que el fallo en una de las lagunas supone que el tiempo de retención disminuya, sin

embargo no causa problemas importantes que requieran la parada de la planta. Se obtiene para

este caso, un tiempo de retención de 9,3 días.

Para el diseño de la planta de depuración, se ha considerado, a pesar de tratarse de un clima

cálido, una eliminación de materia orgánica, en forma de DBO5, del 50% en las lagunas

anaerobias. Se ha elegido el peor de los casos, pero probablemente se consigan rendimientos

mucho mayores, por lo que en este caso se van a evaluar diferentes rendimientos en las lagunas

anaerobias, y cuántas facultativas sería necesario utilizar en cada caso.

La superficie de cada una de nuestras lagunas es de 5836 m2. Por ejemplo, para el 66% de

reducción de la DBO inicial y suponiendo además una carga superficial de 150 Kg de DBO /

Ha*día, tenemos:

33% DBO5 inicial � 173,25 día

KgDBO.

La superficie necesaria para la correcta eliminación considerando una carga superficial de 150

díaHa

KgDBO

.= 1,155 Ha � 11550 m2. Si se multiplica esta superficie por la altura (1,2 m) se

obtiene que sólo sean necesarias dos lagunas funcionando en paralelo.

En la siguiente tabla se resume, para diferentes intervalos de eliminación, cuántas lagunas es

necesario utilizar para el correcto funcionamiento de la fase facultativa, y cuál es el tiempo de

retención


84

Porcentaje de eliminación de la DBO en las lagunas anaerobias

50 – 65% 66 – 82% A partir del 83%

Laguna facultativa 1 En funcionamiento En funcionamiento En funcionamiento

Laguna facultativa 2 En funcionamiento En funcionamiento Reserva

Laguna facultativa 3 En funcionamiento Reserva Reserva

Tiempo de retención 14 - 9 días 9 - 5 días < 5 días

Tabla 20. Utilización de las lagunas para diferentes porcentajes de eliminación de DBO

8.6 Actividades de limpieza y mantenimiento

El mantenimiento de la depuradora en buenas condiciones debe ser uno de los objetivos

fundamentales del operador. Al igual que ocurre con cualquier instalación, si no se cuida

diariamente, y se van reparando los desperfectos a medida que se van produciendo, en poco

tiempo la planta se deteriora y envejece. En el caso concreto de una planta de tratamiento de

aguas residuales surgen también problemas higiénicos para la población.

El operador, por tanto, debe ser consciente de que su trabajo es muy importante para la

comunidad, y de que es responsable de posibles amenazas a la salud pública que puedan

derivarse de un mantenimiento incorrecto de la planta.

Se va a contratar a un operario 4 horas al día para que realice un seguimiento de la estación

depuradora. El operario va a trabajar dos horas por la mañana y dos horas por la tarde. En

periodos de funcionamiento anormal de la planta se procederá a la contratación de otra persona,

para ayudar a mantener el funcionamiento normal de la planta.

El seguimiento de la planta se realizará ayudándose de la tabla de seguimiento diario, que

aparece como ANEXO 2.

Limpieza del área de pretratamiento.

Nuestra planta cuenta con una zona de pretratamiento, constituida por un sistema de desbaste

mediante rejas, con el que se eliminan los sólidos de mayor tamaño arrastrados por las aguas

residuales y un desarenador.


85

Cada una de estas unidades requiere cuidados especiales que se verán a continuación.

Rejas. A medida que los sólidos se van acumulando en las rejas, éstas se van colmatando y el

agua encuentra mayor dificultad en atravesarlas. Por tanto, es necesario eliminar los sólidos

depositados por lo menos una vez al día.

En nuestro caso, las rejas son de limpieza manual, esta eliminación debe efectuarla el operador,

utilizando para ello un rastrillo que encaja entre los barrotes.

Es muy importante la disposición de las rejas en el canal de aguas residuales, ya que a veces es

muy incómodo para el operador su limpieza debida a la falta de espacio para maniobrar. Si el

diseño ha sido tal que es necesario efectuar acrobacias para limpiar las rejas, es conveniente

informar a las autoridades competentes y exigir la realización de las obras oportunas para evitar

posibles accidentes.

En las rejas se recogen una serie de sólidos de naturaleza diversa, que pueden dar lugar a serios

problemas para la salud, ya que estos sólidos húmedos son un buen criadero de mosquitos y

roedores si se dejan acumulados en montones al aire libre.

Los residuos del área de pretratamiento van a ser enviados al vertedero municipal de basuras de

San Jorge.

Desarenadores. Los desarenadores eliminan partículas de arena u otras materias inorgánicas

más pesadas que el agua, que tienden a sedimentar. Las arenas y otros materiales pesados se

acumulan en el fondo del desarenador, desde donde se van eliminando de forma manual,

mediante palas de mano. Como se ha diseñado la planta con tres desarenadores, la operación se

facilita, pues se deja fuera de servicio la unidad que se está limpiando y se opera una o las otras

dos unidades.

Aunque se han diseñado los desarenadores de manera que se ajusta la velocidad del agua

residual de forma que sedimente sólo la materia inorgánica, las fluctuaciones de caudal pueden

dar lugar a variaciones de velocidad que resulten en la sedimentación de materia orgánica. Por

consiguiente, los sólidos acumulados en los desarenadores tendrán un carácter

predominantemente inorgánico, pero con cierto contenido en materia orgánica, que será mayor

si no se puede controlar la velocidad del agua residual a su paso por esta unidad de

pretratamiento y el caudal tiende a variar mucho durante el día.


86

El contenido en materia orgánica tiene mucha importancia a la hora de eliminar estos sólidos. Si

se desea utilizar estas arenas, es necesario someterlas a un proceso de lavado con agua para

eliminar los residuos orgánicos. En caso contrario surgirían inmediatamente riesgos para la

salud, con proliferación de insectos, roedores y desarrollo de malos olores.

La operación de lavado puede realizarse simplemente con una manguera a presión, separando la

materia orgánica, que debe eliminarse por los mismos métodos utilizados en el caso de las rejas.

Si no interesa recuperar las arenas, la mezcla de materia orgánica e inorgánica producida en los

desarenadores debe unirse a los sólidos procedentes de las otras unidades del pretratamiento

llevandose al vertedero municipal.

Limpieza de conducciones y arquetas de reparto

Todas las conducciones del agua residual entre los distintos elementos de la planta de

depuración por lagunaje deben mantenerse limpios, eliminando para ello los depósitos de

materia sólida que puedan ir acumulándose.

Las arquetas de reparto deben ser objeto de especiales cuidados, ya que la acumulación de

sedimentos en ellas provoca que los caudales que pasan a las lagunas se vayan desviando de los

cálculos iniciales, con lo que finalmente se provoca el mal funcionamiento de la planta

depuradora.

La inspección de las arquetas de reparto y las conducciones de entrada y salida a cada laguna

debe llevarse a cabo diariamente, para vigilar si existen plásticos, costras, hojas, trapos u otras

materias que hayan accedido a la depuradora y puedan originar obstrucciones. Como regla

general, debe efectuarse la limpieza de estos elementos una vez por semana, siempre que la

inspección diaria muestre la presencia de materiales acumulados y después de lluvias.

Si la planta cuenta con aliviaderos para aguas de lluvia, hay que inspeccionarlos regularmente,

al menos una vez al mes en tiempo seco, y al final de cada episodio lluvioso, para asegurarse

que están libres de obstrucciones y están en condiciones de cumplir su misión correctamente.

Mantenimiento de taludes

Los taludes son los elementos de la planta de depuración por lagunaje más sensibles al deterioro

y donde éste resulta más visible. Los cuidados que requieren dependen del material del que

estén formados.

Los taludes de tierra pueden también resultar dañados por animales que construyan sus

madrigueras en ellos y por la escorrentía provocada por las lluvias. El operador debe


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inspeccionar los taludes para detectar señales de erosión, desarrollo de grietas y agujeros

causados por animales. Las medidas a tomar son las siguientes:

- Rellenar las grietas con tierra, y a ser posible con arcilla, y seguidamente igualar el terreno y

compactarlo.

- Eliminar las malas hierbas que crecen en los taludes, en especial las plantas acuáticas.

- Nuestra planta presenta zonas arboladas en las proximidades, se debe impedir el desarrollo de

árboles al lado de las lagunas, y nunca deben cultivarse setos alrededor de éstas.

Mantenimiento de caminos, verjas y otros elementos de la planta depuradora

La planta depuradora debe en todos los casos estar rodeada por una verja. Ésta consiste en una

valla metálica, que deja libre acceso al viento. Es importante que la valla no actúe de

cortavientos, es decir, hay que evitar las vallas de obra.

El operador debe inspeccionar la valla periódicamente, aproximadamente una vez a la semana,

recorriendo todo el perímetro para detectar daños en los postes o el alambre. Los posibles

deterioros deben ser arreglados inmediatamente. Es muy importante mantener el recinto bien

aislado para impedir la entrada de niños y evitar así posibles accidentes

Los caminos de acceso a la planta deben mantenerse en buen estado. Si no están asfaltados o al

menos dotados de una cubierta de grava deben vigilarse para evitar el crecimiento de malas

hierbas y la formación de charcos en períodos de lluvia.

Limpieza de lagunas anaerobias

Las lagunas anaerobias se construyen de forma que el fango pueda acumularse en el fondo

durante un período de tiempo bastante largo, de tres a seis años, en nuestro diseño se verá

después que el tiempo será de cinco años. La retirada del fango puede acometerse por las

llamadas técnicas en seco o en húmedo.

Se va a elegir la limpieza en húmedo, que consiste en la retirada de fangos sin vaciar la laguna,

utilizando una bomba. Otra posibilidad es vaciar el agua hasta dejar la capa de fangos al

descubierto y retirarlos mediante una retroexcavadora.

Teniendo en cuenta que la tasa de acumulación de lodo varia de 0,03 a 0,04 m3/hab.año, el

volumen de las lagunas anaerobias y los habitantes, se puede calcular el tiempo necesario para

que el volumen de fangos acumulados alcance un cuarto de la laguna.


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De esta manera, se tiene que:

• Tasa de acumulación de fangos: 0,03 m3/hab.año � 30 litros/hab.año

• Volumen de cada una de las lagunas anaerobias: 1751 m3

• Número de habitantes en san Jorge: 8700 habitantes.

año

litroshab

añohab

litros2610008700*

.30 =

Este caudal corresponde al caudal para las tres lagunas, para una sola laguna tenemos un caudal

de 87000año

litros.

Sabiendo que las lagunas han de vaciarse cuando el volumen de fangos ocupe un cuarto de la

laguna, es decir, 437.750 litros. La frecuencia con la que se debe retirar el fango acumulado en

las lagunas anaerobias será de 5 años.

En nuestro caso, para evitar consumo eléctrico, se van a colocar paneles solares que cubran las

necesidades eléctricas.

Se van a extraer 437.750 litros, cada 5 años, para ello se va a utilizar una bomba de lodos

trifásica (380 voltios) de 10 cv. El caudal que va a extraer esta bomba es de 63 m3/h, con esto

tenemos que el tiempo que va a tardar en realizar la extracción es de:

Tiempo = horas

h

m

m7

63

75,4373

3

=

Se colocará un panel solar fotovoltaico que cubra las necesidades de potencia requeridas por la

bomba de lodos utilizada.

Los lodos extraídos junto con los restos de poda, van a ser utilizados como compost para el

desarrollo de la agricultura en la zona, eso si, siempre se ha de realizar un análisis que niegue la

presencia de metales pesados en dichos lodos.

Limpieza de lagunas facultativas

En principio vamos a considerar que la producción de fangos en la laguna facultativa es

inapreciable por lo que en principio, no será necesario realizar extracciones.


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Uno de los signos de buen funcionamiento en las lagunas facultativas es el desarrollo de un

color verde brillante debido a la presencia de algas.

8.7 Medidas higiénicas

A pesar de que el operador sabe perfectamente que está trabajando en una planta de tratamiento

de aguas residuales, y que éstas pueden ser un foco infeccioso, es normal que con el paso del

tiempo «pierda el miedo» y olvide el carácter de riesgo para la salud que su trabajo puede

adquirir si no se toman algunas precauciones básicas. Precisamente cuando se alcanza este

punto, la probabilidad de que surjan accidentes aumenta en gran medida. Por esta razón, es

aconsejable colocar en algún lugar bien visible una lista de instrucciones higiénicas que sirvan

de recordatorio de que existe un riesgo real que afortunadamente es fácil de prevenir.

Las medidas de seguridad que se enumeran a continuación han sido recomendadas por la

Organización Mundial de la Salud para operadores de lagunas de estabilización.

La planta depuradora debe contar siempre con un depósito de agua limpia, jabón y bombonas de

lejía. Es aconsejable utilizar toallas desechables de papel, para evitar que debido a la necesidad

de transporte para la limpieza de las toallas de tela éstas permanezcan demasiado tiempo sin

lavar.

La depuradora debe contar con un botiquín. También es conveniente que el operador disponga

de algún líquido repelente para evitar las picaduras de mosquitos u otros insectos.

El operador debe disponer de guantes y botas de goma, casco de trabajo y al menos dos monos.

Todas las prendas utilizadas en la depuradora deben permanecer en ella al finalizar la jornada

laboral.

Siempre que se vaya a comer o a beber, hay que lavarse las manos. Si se hace alguna comida en

el recinto de la depuradora, hay que designar un área de ésta para este fin, y evitar en todo

momento comer a la vez que se está efectuando alguna labor que pueda ocasionar el contacto de

la comida con algún elemento que haya estado en contacto a su vez con aguas residuales o

fangos. Si es posible, es preferible evitar las comidas en el interior del recinto.


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Todas las herramientas de trabajo deben limpiarse con agua limpia antes de ser guardadas

después de su uso.

Los cortes, arañazos y abrasiones que pueda sufrir el operador deben desinfectarse

inmediatamente después de que se hayan producido.

Si la planta dispone de electricidad, y el operador debe también ocuparse del mantenimiento de

equipos eléctricos, debe asegurarse de que sus manos, ropas y calzado están secos. Asimismo,

debe disponer de guantes y herramientas dotados de aislamiento eléctrico.

La entrada de la verja debe mantenerse cerrada incluso cuando el operador está trabajando en el

recinto, ya que éste no puede estar pendiente todo el tiempo de posibles visitas, y existe un

riesgo importante de caídas en las lagunas, especialmente para los niños. En este sentido, las

lagunas más peligrosas son las anaerobias, porque el fango del fondo es pegajoso y hace difícil

la salida de una persona que se haya caído en ellas. También es importante recordar los riesgos

higiénicos para los visitantes si no están suficientemente informados y tocan las arquetas de

reparto u otros elementos de la planta.

La planta debe contar con una pequeña embarcación, cuerda y salvavidas.

El operador debe vacunarse contra el tétanos y fiebre tifoidea, así como otras posibles

enfermedades que indiquen las autoridades sanitarias del área. También debe someterse a un

chequeo médico periódico.

Antes de empezar su labor como operador, la persona seleccionada para este trabajo debe recibir

instrucción en primeros auxilios.


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9. Problemas y soluciones


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Malos olores

Teniendo en cuenta la secuencia de etapas por las que tiene lugar la digestión anaerobia, es

necesario ajustar las condiciones operativas de las lagunas para que se produzca la

estabilización de la materia orgánica hasta los productos finales metano (CH4) y dióxido de

carbono (CO2).

En primer lugar, si las balsas operan con tiempos de retención muy pequeños y elevadas cargas

orgánicas, sólo las fases hidrolítica y acidogénica tienen tiempo de desarrollarse, pero no la de

formación de metano, que es más lenta, y por tanto, se producirán olores y se obtendrá una

eliminación muy baja de la materia orgánica. Por otra parte, si la carga es escasa y el tiempo de

retención elevado, comienzan a desarrollarse algas en superficie, y el oxígeno producido da

lugar a la muerte de las bacterias metanígenas, también con el resultado de desarrollo de olores

desagradables. Por tanto, las lagunas anaerobias requieren un mantenimiento adecuado para

preservar en todo momento el equilibrio entre las fases responsables de la depuración.

Otro factor que influye en el comportamiento de las lagunas anaerobias es la temperatura. Las

bacterias metanígenas crecen mejor cuanto mayor es la temperatura, con un intervalo óptimo de

crecimiento entre 30-35º C, por esta razón, si se producen caídas bruscas de la temperatura

ambiente pueden producir también malos olores.

Para cargas orgánicas altas las soluciones más aconsejadas son:

� Puesta en servicio de nuevos módulos

� Colocar un by-pass

� Aumentar la profundidad de trabajo

� Siembra de bacterias metanígenas

� Ajuste del pH

En el caso de las cargas orgánicas sean muy bajas los tratamientos más adecuados son:

• Reducir el número de módulos en servicio

• Disminuir la profundidad de trabajo

• Siembra de bacterias metanígenas


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Si se produce una caída brusca de la temperatura la acción más adecuada es:

• Promover la formación de costra superficial con paja o poliestireno

Figura 22. Capa de costra en la laguna anaerobia de La Solana (Ciudad Real)

Coloración rosada o rojiza del agua

Además de las bacterias responsables de las etapas acidogénica y metanogénica de la

degradación anaerobia, en ocasiones se desarrollan en estas lagunas otras bacterias que

confieren una coloración rojiza. Se trata de bacterias fotosintéticas del azufre, que viven en la

zona superficial y oxidan los sulfuros a azufre elemental. Los pigmentos que poseen estas

bacterias le dan a las lagunas una coloración rosa o roja.

La presencia de estas bacterias es indicativa de carga insuficiente en las lagunas anaerobias, y

conviene tomar las mismas medidas discutidas anteriormente para impedir la aparición de algas

en superficie. En algunos casos la presencia de estas bacterias puede resultar beneficiosa, ya que

al oxidar a los sulfuros evitan la aparición de olores relacionados con la liberación de ácido

sulfhídrico. Sin embargo, la carga orgánica apenas se modifica por la acción de estas bacterias,

y las lagunas rojas presentan típicamente unas concentraciones muy elevadas de carga orgánica

a la salida.

Presencia de mosquitos u otros insectos

El crecimiento de plantas acuáticas incluso de plantas terrestres que han alcanzado el borde del

agua puede propiciar la aparición de diferentes insectos.


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La formación de costras superficiales de paja, pueden promover la aparición de diferentes

insectos como mosquitos y larvas, por lo que hay que tener cuidado en eliminarlas durante la

parte central del año. También la acumulación de desechos sólidos recogidos de la limpieza del

área de pretratamiento puede dar lugar a insectos.

Las soluciones más aconsejadas para evitar la aparición de insectos son:

• Eliminación de todas las plantas acuáticas y mantener libre los taludes de plantas

terrestres

• Remover la costra con un rastrillo para que las larvas se desprendan y sedimenten

• Llevar los desechos sólidos a un vertedero controlado

• Utilización de insecticidas ecológicos


Acumulación de materias flotantes en superficie

Se puede dar la formación de costras debido a la acumulación de algas en superficie,

especialmente se produce este fenómenos en zonas calurosas como es nuestro caso.

También es frecuente la formación de costras y la presencia de papeles, plásticos, grasas y

aceites que no hayan sido eliminados en el pretratamiento. Todos estos elementos deben ser

retirados inmediatamente. A veces se produce la acumulación de agregados de algas en

superficie, especialmente después del desarrollo de algas verdiazules en épocas calurosas. Estas

acumulaciones superficiales restringen el paso de la luz, y además pueden causar problemas de

olores al pudrirse

Otra posible causa de la aparición de costras en lagunas facultativas poco profundas es la

flotación de parte del fango acumulado en el fondo. Este fenómeno suele producirse cuando la

temperatura es elevada y se produce un burbujeo muy activo en el fango del fondo que lo

arrastra hacia la superficie.

Cualquier acumulación de materias sólidas en superficie debe eliminarse lo antes posible, para

lo que puede usarse uno de los métodos siguientes:


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• Los agregados de algas pueden romperse mediante un chorro de manguera dirigido

hacia ellas desde la orilla de las lagunas, provocando así su sedimentación en el fondo

de las mismas. Si la instalación no dispone de agua corriente, se puede esperar a que el

viento arrastre los agregados hacia uno de los taludes y entonces romper los agregados

por medio de un rastrillo, provocando así también su sedimentación. El mismo método

puede utilizarse con los fangos flotantes.

• Si se dispone de una red como las utilizadas para el mantenimiento de piscinas, ésta

puede utilizarse para retirar cualquiera de las materias flotantes una vez que el viento las

ha arrastrado hacia la orilla de la laguna.

Coloración rosada o rojiza del agua

Las lagunas facultativas en ciertos casos, pueden tornarse rojas o rosadas cuando existen

bacterias fotosintéticas púrpuras oxidantes del sulfuro en su composición. Este cambio en la

ecología de las lagunas facultativas ocurre debido a ligeras sobrecargas. De esta manera, el

cambio de coloración en estas lagunas es un buen indicador cualitativo del funcionamiento del

proceso de degradación.

Las soluciones más aconsejables para tratar este problema son:

• Aumentar el número de módulos en servicio

• Mejorar la distribución de los caudales en las arquetas de reparto

• Si la sobrecarga se debe a un diseño deficiente, recircular parte del efluente.

La sobrecarga que produce esta coloración rosada o rojiza puede proceder también de vertidos

incontrolados de alguna industrial agroalimentaria cercana, en este caso las actuaciones más

aconsejables a seguir son:

• Paralizar la planta hasta que cese el vertido (by-pass)

• Renovar el agua de cada laguna mediante la introducción de todo el caudal de entrada a

la planta durante un tiempo equivalente al doble del tiempo de residencia hidráulico

Malos olores

Uno de las causas de la existencia de malos olores en estas lagunas son problemas de

sobrecarga.

La sobrecarga puede producirse debido a:


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• Problemas de mal funcionamiento en las lagunas anaerobias

• Mal diseño de las arquetas de reparto

• Mal diseño general de la planta

• Efluentes industriales con alta carga orgánica

Las soluciones que mejor van a tratar este problema son:

• Aumentar el número de módulos de lagunas facultativas

• Mejorar la distribución de caudales de las arquetas de reparto

• Si hay un vertido incontrolado, paralizar la planta dejando que la laguna se recupere

• Si es un problema de diseño de la planta, recircular parte del efluente

Los malos olores también pueden producirse por la reducción de la mezcla inducida por el

viento. Para solucionar este tipo de problema las mejores soluciones a considerar son:

• Eliminar todos los obstáculos alrededor como vallas de obra, árboles

• En caso que los obstáculos no sean eliminables, considerar la instalación de aireadores o

de agitadores

Los periodos prolongados de mal tiempo, con bajas temperaturas e insolación pueden dar lugar

a la aparición de malos olores. En este caso la única solución que se podría tomar es aumentar el

número de módulos en funcionamiento.


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10. ANEXOS


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Anexo 1. Esquema de nuestra planta depuradora.

Anexo 1. Esquema del funcionamiento de la estación depuradora por lagunaje de San Jorge


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ANEXO 2.

Hoja diaria de seguimiento de la estación

depuradora. Identificacion de la laguna…………………….Fecha / / Nombre del operador1. Acontecimiento SI NO

Levantamiento de lodo en algún punto de la lagunaManchas verdes en algun punto de la laguna:

AnaerobiaFacultativa

Manchas negras o cenicientas en la laguna facultativaAparición de vegetales

En la lagunaEn los taludes

Evidencia de erosión en los taludesAlguna filtracion visibleCercados en ordenPresencia de insectosPresencia de avesAguas lluvias con canales limpiosMedidor de caudal en funcionamientoMalos olores

2. Parámetros fisico-químicosHora

7:00 12:00 17:00Altura de la lámina en el medidor de caudal (cm)Caudal (l/s)Temperatura (ºC)

Del aireDe las aguas residuales

EfluenteCentro lagunaEfluente

Nivel de la lámina líquida en la laguna (m)pH

AfluenteEfluente

Solidos sedimentables (ml/l)En las aguas residualesEn el efluente de la primera célula

OD, a 20 cm bajo la superficie líquida, próximo al efluente de la laguna facultativa3. Condiciones meteorológicas

07:00 a 12:00 12:00 a 17:00Tiempo sol brillante

Semi nubladoNublado, sin sol

Precipitaciones AusenteLloviznaLluvia moderadaLluvia fuerte

Intensidad de los vientos NuloPoco vientoViento moderadoViento fuerte

Parámetro Observaciones

ClasificaciónPeriodo

Observaciones

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