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
6.3.1 Descripción del proceso.......................................................................................38
INDICE
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
6.4.1 Descripción del proceso.......................................................................................45
6.4.2 Condiciones operativas de las lagunas facultativas.....................................47
6.4.3 Criterios de diseño................................................................................................50
6.4.4 Cálculo de parámetros.......................................................................................... 51
6.5 Lagunas de maduración.............................................................................................53
6.5.1 Descripción del proceso.......................................................................................53
6.5.2 Factores que influyen en la depuración ..........................................................53
6.5.3 Criterios de diseño................................................................................................56
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
3
8.1 Lagunas anaerobias....................................................................................................77
8.2 Lagunas facultativas..................................................................................................77
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
9.1 Lagunas anaerobias....................................................................................................92
9.2 Lagunas facultativas..................................................................................................94
10. ANEXOS...................................................................... 97
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
6
1. Introducción
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
10
3. Medio físico
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
16
4. Medio socioeconómico
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de 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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
19
5. Estudio de alternativas
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
- Ausencia de elementos electromecánicos
- 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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
- Ausencia de elementos electromecánicos
- 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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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
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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.
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6. Diseño del sistema
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
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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×
=
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Siendo:
D=Dotación (l/día).
Pob.=Población equivalente.
)/(75,15001000
13050115 3 díamQdiario =×
=
Caudal medio
Se calculará a través de la siguiente expresión:
)/(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
Se calculará a través de la siguiente expresión:
)/(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:
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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)/(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
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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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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:
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
38
6.3 Lagunas anaerobias
6.3.1 Descripción del proceso
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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%.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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 =⋅⋅=
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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.
PARÁMETROS DE DISEÑO
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
6.4.1 Descripción del proceso
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
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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.
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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
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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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
6.4.3 Criterios de diseño
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
6.4.4 Cálculo de parámetros
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:
PARÁMETROS DE DISEÑO
INTERVALOS HABITUALES
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
Producción media de fangos(l/hab año)
Inapreciable inapreciable
Tabla 11. Intervalos habituales en el diseño de lagunas facultativas y valores elegidos para
nuestro diseño.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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:
PARÁMETROS DE DISEÑO
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
53
6.5 Lagunas de maduración
6.5.1 Descripción del proceso
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
6.5.3 Criterios de diseño
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
6.5.4 Cálculo de parámetros
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
PARÁMETROS DE DISEÑO
INTERVALOS HABITUALES
VALORES ELEGIDOS
Tiempo de retención(días) >3 * 9,3
Profundidad (metros) 0,5-1,2 1,2
Funcionamiento Serie Serie
Producción media de fangos(l/hab año)
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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:
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
67
7. Construcción de las lagunas
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
75
8. Puesta en marcha y mantenimiento
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
8.1 Lagunas anaerobias
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.
8.2 Lagunas facultativas
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Caudal a tratar en cada una de las tres lagunas: 250,125 día
m3
Volumen de cada laguna: 1750,87 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
Caudal a tratar en cada una de las tres lagunas: 375,18 día
m3
Volumen de cada laguna: 1750,87 m3.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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
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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.
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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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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9.1 Lagunas anaerobias
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
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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.
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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
9.2 Lagunas facultativas
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:
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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:
Diseño de un sistema de depuración de aguas residuales en el municipio de San Jorge
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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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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