2a introduccion lagunas po 2014

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  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Taller “Operación y antenimiento  de

    Sistemas de lcantarillado Sanitario y

    Plantas de Tratamiento de guas

    Residuales” 

    FUNDAMENTOS DE TRATAMIENTO POR LAGUNAS

    La Ceiba, Atlántida, 03 al 07 de Marzo de 2014

    Ing. PEDRO E. ORTIZ BARDALES

    ASESOR TECNICO SANAA

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    IntroducciónLas lagunas de estabilización constituyen una de las formas mas simples para eltratamiento de aguas residuales. Hay diferentes combinaciones de lagunas querequieren diferentes niveles de operación y de área.

    Lagunas cuyo objetivo es la reducción de materia orgánica carbonácea.

    Lagunas Faculticas Sistemas de lagunas anaeróbicos seguidas por lagunas facultativas

    Lagunas aireadas facultativas Sistemas de lagunas aireadas de mezcla completa con laguna de decantación

    Lagunas cuyo objetivo es la remoción de patógenos

    Lagunas de maduración

    La utilización de lagunas en Honduras es conveniente las razones siguientes: Disponibilidad de área Clima favorable ( temperatura y radiación solar) Operación simple Requiere poco o ningún equipo

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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      Por su Secuencia

      En paralelo

      En serie 

    Clasificación de las de lagunas

    Por el contenido de oxígeno

      Anaerobia

      Aerobio

      Facultativa

      Aireada --- Aireación artificial

    Por su ubicación con otros procesos 

      Primarias

      Secundarias

      Maduración 

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Objetivos de una laguna de estabilización

      Primaria 

      Reducción de compuestos orgánicos ( DBO y DQO )tanto soluble como total

      Reducción de sólidos suspendidos

      Reducción de parásitos Nematodos > 10 días

      Reducción de costos de construcción > cargas

    superficiales

      Secundaria

    Reducción de Coliforme fecal al nivel deseado

    Complementar reducción de nematodos

    Reducir a los niveles requeridos la concentración de

    otros contaminantes ( DBO, nutrientes y algas )

    Minimizar la influencia de la estratificación termal

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    Características principales de los sistemas deLagunas

    Descripción Característica FacultativaAnaerobiafacultativa

    AireadaFacultativa

    Aireada MCDecantación

    Eficiencia

    DBO (%)Nitrógeno (%)

    Fosforo (%)Coliformes (%)

    70 - 8530 - 50

    20 - 6060 - 99

    70 - 9030 - 50

    20 - 6060 – 99.9

    70 - 9030 - 50

    20 - 6060 – 96

    70 - 9030 - 50

    20 - 6060 – 99

    RequisitosArea (m2)Potencia (W/hab)

    2.0 - 5.0≈0 

    1.5 - 3.5≈0 

    0.3 – 0.61.0 – 1.7

    0.2 - 0.51.0 - 1.7

    costos Obra civil 10 - 30 10 - 25 10 - 25 10 - 25

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Principales parámetros de proyectoParámetro Lagunas

    anaerobias

    Lagunas

    facultativas

    Lagunas

    aireadas

    facultativas

    Lagunas

    aireadas de

    mezcla

    completa

    Lagunas de

    decantación

    Lagunas de

    maduración

    Tiempo de retenciónTasa de aplicación sup. kgDBO5/ha.d.Tasa aplicación vol. KgDBO5/m

    3.d.Profundidad mRelación L/B

    3 – 6-0.1 – 0.34.0 – 5.0

    ≈ 1 

    15 – 45100 – 350-

    1.5 – 3.02 - 4

    5 – 10--

    2.5 - 4.52 - 4

    2 – 4--

    2.5 - 4.51 - 2

    ≈ 2 --

    3.0 - 4.0

    (**)--

    0.8 – 1.5(***)

    Coef. rem DBO (M. Completa 20°), d-1 Coef. temperatura (M. Completa.), d-1

    --

    0.30 – 0.351.05 – 1.085

    0.6 - 0.81.035

    1.0 – 1.51.035

    --

    --

    Coef. Rem DBO (F. Disperso 20°), d-1

    Coef. Tem (F. disperso), d-1 

    -

    -

    0.13 – 0.17

    1.035

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    -Coef. Dec. bacter (M. Comp 20°), d-1 Coef. Temperatura (M. Comp), d-1 

    --

    0.4 – 1.01.07

    --

    --

    --

    0.5 – 2.51.07

    Coef. Dec. bacter (F. Disperso 20°), d-1 Coef. Temperatura (F. Disperso.), d-1 

    --

    0.2 – 0.41.07

    --

    --

    --

    0.3 – 0.81.07

    Número de dispersión (L/B =1)Número de dispersión (L/B =2 - 4)

    Número de dispersión (L/B >=5)

    --

    0.4 – 1.30.1 – 0.7

    0.02 – 0.3

    --

    -

    --

    -

    --

    -

    0.4 – 1.10.1 – 0.5

    0.03 – 0.23DBO particulada efluente(mgDBO5/mg/SS) - 0.3 – 0.4 0.3 – 0.4 0.3 – 0.6 - -

    Requisitos medios de O2 (KgO2/KgDBO5 remov)Densidad de potencia (W/m3)

    --

    --

    0.8 - 1.2 1.0; relación L/B en cada laguna de una serie de mas de 3 lagunas ≈ 1 

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Lagunas AnaeróbicasEs esencial una operación en condiciones estrictamente anaeróbicas, que se propicia lanzando

    grandes cargas de DBO por unidad de volumen, haciendo que la tasa de consumo de oxigeno

    sea mucho mayor que la tasa de producción.

    La estabilizaciones lenta por el hecho de que la bacterias anaeróbicas se reproducen a una tasa

     baja, que depende en gran medida de la temperatura, son usualmente profundas del orden de 4 

    a 5.0m, esto es importante porque limita la penetración del oxigeno producido en la superficie

    a las zonas bajas. Por ser mas profundas el área superficial es menor.

    La eficiencia de remoción de DBO es del orden del 50 al 60 %, lo que implica la necesidad de

    un tratamiento posterior, sin embargo esto proporciona una substancial economía ya que elrequisito de área total es 2/3 del área de una laguna facultativa única

    Su aspecto físico es de coloración negra o gris, cuando por efecto de una carga adecuada,

     presentan condiciones de fermentación del metano. Se utilizan como una primera etapa en el

    tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales.

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    LAGUNAS ANAERÓBIAS

    Lodo

    Aguas residuales

    Sólidossedimentables

    Zonaanaeróbia

    Ácidos orgánicos CO2, NH3, H2S, CH4 

    H2S

    Ausênciade O2 

    CHONPS Ácidos volátiles CH4 + CO2 + H2O

    N Orgânico N Amoniacal

    3

     NO 

    2

     NO2

     N 

    2

    4

    SO   )(2

    2

    S  H S 

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      Fuente de carbono

    CO2  Carbono Orgánico

    Fuente

    de

    energía

    Luz Solar Fotoautotróficos Fotoheterotróficos

    Oxidacion de

    compuestos

    orgánicos e

    inorgânicos

    Quimioautotróficos

    (Compostos

    inorgánicos)

    Quimioheterotróficos

    (Compostos

    orgánicos)

    Microbiologia – Lagunas anaeróbias

    Remoción de compuestos

    orgánicos en estado soluble

    coloidal y particulado

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    Descripcióndel proceso

    CH4 + CO2

    H2 + CO2 ACETATO

    Acidos orgánicos

    Propano y buriatico, etc

    Orgánicos complejos

    Carbohidratos, proteínas, lípidos

    Orgánicos simples

    Azúcares, aminoácidos, péptidos

    Bacterias fermentativas(hidrólisis)

    Bacterias fermentativasacidogénesis

    Bacterias metanogénicas

    Bacterias acetogénicas

    acetogenesis

    Bacterias acetogénicas productoras de Hidrógeno

    Bacterias acetogénicas consumidoras de H

    Metanogénicas acetoclásticasMetanogénicas hidrogenotróficas

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    Desventajas:

     Sensibles a factores tales como:temperatura, variaciones bruscas de carga,

     pH.

    •  Aspecto poco agradable debido a la

    acumulación de natas.

    • Efluente con alto contenido de materia

    orgánica y color, Necesita otro tratamiento.

    •  Tasas de mortalidad bacteriana muy

    reducida.

    • posibilidad de malos olores ;

    •  Limpieza frecuente por la rápida

    acumulación de sólidos.

    Ventajas:

    • Bajo Costo por su reducida área ;

    • Ausencia de equipos mecánicos;

    • reducidos costos de construcción y operación;

    • Tratamiento de altas concentraciones;

    • Eficiente para el tratamiento de desechos

    industriales biodegradables.

    Laguna anaerobia

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Parámetros de diseño Lagunas anaerobias

    Temperatura media de la

    laguna en el mes más frio °C

    Tiempo de retención

    Inicio de proyecto Final del proyecto

    ≤ 20  ≥ 4  ≤ 6 

    > 20 ≥ 3  ≤ 5 

    Tiempos e retención requeridos para lagunas anaerobias

    Tiempo de retenciónse basa en el tiempo necesario para la reproducción de las bacterias anaeróbicas,

    normalmente se estable entre 3 a 6 días. Con un tiempo inferior a 3 días puede ocurrir que latasa de salida de las bacterias metanogénicas sea menor que su tasa de reproducción y con untiempo mayor a 6 días podría funcionar como una laguna facultativa, que no es convenienteporque la producción de oxígeno es fatal para las bacterias metanogénicas.

    Donde :t = tiempo de retención, en días;V = volumen de la laguna en m3 Qmed = caudal medio afluente, en m3/d

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    TemperaturaLas reacciones físicas, químicas y bioquímicas que ocurren en las lagunas son muyinfluenciadas por la temperatura , este parámetro afecta el metabolismo de las bacteriasresponsables de la depuración, así como la solubilidad, transferencia de gases, condiciones de

    mezcla y la fermentación del lodo especialmente cuando la temperatura esta por debajo de los17°C. Una de las condiciones básicas para que exista actividad anaerobia es que la temperaturasea mayor a 15°C.

    Relación entre temperatura, tiempo den lagunas retención hidráulica, y eficiencia

    en lagunas anaerobias.

    Temperatura, °C TRH, días Remoción de DBO, %

    10 – 15 4 – 5 30 – 40

    15 – 20 2 – 3 40 – 50

    20 – 25 1- 2 50 – 60

    25 - 30 1- 2 60 - 80

    Fuente: Yánes , 1992

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Area de la laguna AnaerobiaEl área puede estimarse mediante la ecuación siguiente:

    Donde:A = área del nivel medio, en m2, Se recomienda sea < 5 ha;Q med = caudal medio afluente, en m

    3/d;t = período de retención, en días;

    h = profundidad útil, en m.

    Profundidad de la laguna anaerobia La profundidad de las lagunas es elevada para garantizar lascondiciones anaerobias, los valores usualmente adoptados seencuentran en el rango siguiente:

    H = 4.0 – 5.0m

    Cuando no hay remoción previa de arena, la laguna debe serdotada de una profundidad adicional no menor a 0.50m, junto a

    la entrada, extendiéndose por lo menos un 25% del área de lalaguna.

    C i i CO

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Carga org nica Vo um trica COVEl área superficial no es importante en las lagunas anaerobias, pero si la profundidad. Por lotanto , las lagunas anaerobias se dimensionan en función de la carga orgánica volumétrica.La carga a ser adoptada depende de la temperatura, lugares más calientes permiten unamayor tasa. El considerar una carga volumétrica es importante especialmente en las

    descargas industriales, porque puede variar bastante la relación entre a Caudal y laconcentración de DBO. Aquí el tiempo de retención seria inapropiado. Las tasas más usadasvarían entre 100  – 300 g DDO5/m

    3.d. cargas mayores podrán adoptarse en desechos líquidosindustriales, si el contenido de sulfatos no excede 100mg/L. La carga orgánica volumétrica secalcula mediante las ecuaciones siguientes:

    1.

    2.

    Donde:COV = carga orgánica volumétrica, en g DDO5/m

    3.dSo = Concentración de DBO5 del afluente , g/m3 (= mg/L )Q med = caudal medio afluente, en m

    3/d;A = área del nivel medio, en m2;

    h = profundidad útil, en m;t = período de retención, en días.

    V l ú il d l l (V)

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Volumen útil de la laguna (V)

    Eficiencia de remoción de la DBO para lagunas anaerobias

    Una vez estimada la eficiencia de remoción (E %), se calcula la concentración del efluente (S) dela laguna por medio de la ecuación siguiente:

    S = Concentración de DBO en el efluente, mg/L

    Temperatura media de la laguna en el

    mes más frio °C

    Eficiencia en la Remoción de DBO

    ≤ 20  ≤ 50 

    ≥ 20  ≤ 60 

    Donde:V = volumen de la laguna, en m3 ;COT = carga orgánica total aplicada (soluble + particulada), en g DDO5/d. ;COV = Carga orgánica volumétrica, en g DDO5/m

    3.d.

    El Volumen adoptado debe satisfacer los dos criterios (Tiempo de retención y cargavolumétrica.

    A l ió d l d l l bi

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Acumulación de lodos en las lagunas anaerobiasLa tasa de acumulación de lodo es del orden de 0.03 a0.04 m3/hab.año (Mendoca 1990). Laslagunas deben limpiarse obligatoriamente cuando la altura de lodo alcanza aproximadamente lamitad de la altura útil. Según la investigación de Okley en Honduras se puede usar una tasa de

    acumulación de lodos entre 0.224  –  0.548m3

    /1000m3

      y se puede estimar la frecuencia delimpieza usando la relación siguiente:

    Recirculación del efluente FinalLa recirculación del efluente de las lagunas facultativas o de maduración a la laguna anaerobiaes una medida para evitarla formación de malos olores, debido a que el efluente recirculadotiende a permanecer en la superficie de la laguna anaerobia porque tiene una mayor

    temperatura. Los gases productores de malos olores como el H2S, son oxidados en esta capasuperficial aerobia. La tasa de recirculación (QR/Q) es del orden de 1/6.

    Donde:

    n = número de años de operación para la limpieza;FVL = fracción de la laguna ocupada por lodos (se utiliza 0.25 – 0.5);Va = volumen de la laguna anaerobia, m3;TAL = tasa de acumulación de lodos, m3/1000m3(se utiliza 0.6 con factor de

    seguridad);Qmed = caudal promedio, m3/d.

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    Ejemplo dediseño

    Diseño laguna Anaerobia

    Datos

    No Descripción Simbolo Valor Unidad

    1 Población P 20,000 hab.

    2 Caudal medio Q 3,000 m3/d

    3 Concentración de DBO5 So 350 mg/L

    4 Temperatura T 23 °C

    5 Carga Orgánica volumétrica adoptada COV 100 gDBO5/m3.d

    6 Profundidad de laguna h 4.5 m

    7 Número de Unidades N 2 adimensional

    8 Eficiencia de remoción de DBO5 asumida E 50 %

    9 Relación largo Ancho RLA 1 adimensional

    10 Tasa de acumulación de lodos TAL 0.6 m3

    /1000m3

    11 Fracción de la laguna ocupada por lodo FVL 0.4 adimensional

    12 Bordo Libre bl 0.5 m

    13 Relación Interna taludes Rt 3 adimensional

    Cálculos

    No Carga Orgánica Total COT =Q*So/1000 1050,000 gDBO5/d

    1 Volumen de la laguna V= COT/COV 10,500 m3

    2 Volumen unitario de la laguna Vu = V/N 5,250 m3

    3 Tiempo de Retención TRH = V/Q 3.5 días

    4 Concentración de DBO5 en el efluente S =So - So*E/100 175 mg/L

    5 Area media de la laguna A = Vu/h 1,167 m2

    6 Ancho medio de la laguna b = (A/RLA)0.5

    34 m

    7 Largo medio de la laguna l = R*RLA 34 m

    8 Tiempo entre l impieza de la laguna n= 1000*FVL*Va/(365*TAL*Qmed) 6.4 años

    9 Volumen de lodo a remover VL = FVL*V 4,200 m3

    Pedro E. Ortiz

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    l f l

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    Reacciones en lagunas facultativas

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    PHD-2411 Saneamento I 22

    Fuente de carbonoCO2  Carbono Orgânico

    Fuente

    de

    energía

    Luz Solar Fotoautotróficos Fotoheterotróficos

    Oxidación de

    compuestos

    orgánicos einorgânicos

    Quimioautotróficos

    (Compuestos

    inorgánicos)

    Quimioheterotróficos

    (Compuestos

    orgánicos)

    Microbiologia – Lagunas facultativas

    Remoción de compuestos

    orgánicos em estado soluble

    coloidal y particulado

    Producción de O2 ymanutención de condiciones

    aerobias en la laguna

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Laguna Facultativa

    Ventajas

      Satisfactoria remoción de patógenos

      Eficiente remoción de DBO.

      Fácil de construir, mantener y operar.

      No requiere equipamiento.

    Satisfactoria resistencia a las variaciones

    de carga.

    Remoción de lodo espaciado entre 10  –  

    20 años.

    Desventajas

      Elevados requisitos de área.

    La simplicidad de operación puede traer un

    descuido en el mantenimiento.

      Dificultad de cumplir con la normativa.

      Posible necesidad de remover algas.

      Posible crecimiento de insectos.

      Es afectada por las condiciones climáticas.

      Es afectada por los compuestos tóxicos.

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    24

    SISTEMAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACION

    • Sistema Laguna anaerobia + facultativa

    •Sistema Facultativa primaria

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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     Sistema laguna facultativa + maduración

     Sistema laguna Anaerobia + facultativa + maduración

    I fl i d l di i bi t l

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Influencia de las condiciones ambientales

    Factor Influencia

    Radiación solar • Velocidad de fotosíntesis

    Temperatura

    • Velocidad de fotosíntesis• Tasa de descomposición bacteriana• Solubilidad y transferencia de gases• Condiciones de mezcla

    Viento• Condiciones de mezcla• Reaireación atmosférica

    d l d é h d á l

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Modelos de régimen hidráulicosModelo Hidráulico Esquema Características

    Flujo Pistón

    La partículas entran continuamente en una

    extremo del tanque, pasan a través delmismo y son descargadas en el otroextremo, en la misma secuencia en queentran, las partículas conservan suidentidad y permanecen un tiempo igual alde retención. Se logra en Tanques largos

    Mezcla Completa

    La partículas que entran en el tanque soninmediatamente dispersadas en todo elreactor, el flujo de entrada y salida escontinuo, las partículas dejan el tanque enproporción a su distribución estadística. Se

    obtiene en tanque cuadrados o circulares.

    Flujo Disperso

    El flujo es arbitrario y se obtiene en unsistema con un grado de mezclaintermedio entre flujo pistón y mezclacompleta, en la realidad la mayor parte delos reactores trabajan así.

    Parámetros Generales de diseño

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Parámetros Generales de diseño,Lagunas facultativas

     Período de Diseño

    Se recomienda usar períodos cortos y estudiar la modulación con implementación por etapasno mayores de 10 años ni menores de 5 años.

     Caudal de Diseño

    Será igual al caudal de aguas servidas domésticas, más el caudal de efluentes industrialespermitidos al sistema de alcantarillado y el caudal medio de infiltración. El caudal de

    conexiones ilícitas no se considera por su naturaleza periódica.

     Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)

    Es el parámetro de contaminación orgánica más ampliamente utilizado. Su determinación estarelacionada con la medición del oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en elproceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica.

    Es importante su determinación para el dimensionamiento de la planta, cuando no se cuentacon datos locales o en un predimensionamiento se puede considerar un valor promedio entre200 y 300 mg/l .

     Carga Orgánica Total

    Es igual al producto del caudal por la concentración de la DBO.

    Parámetros Generales de diseño

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Parámetros Generales de diseño,Lagunas facultativas 

     Número de Unidades

    Por facilidades de operación y mantenimiento se recomienda un mínimo de 2 unidades enparalelo y para lograr mayores eficiencias dos unidades en paralelo 

    Forma de la laguna

    Depende del sitio seleccionado para su ubicación, sin embargo se recomienda para lasprimarias la forma cuadrada o ligeramente rectangular( relación 2:1 ) y para las lagunas

    secundarias donde el propósito es reducir patógenos es mejor tener lagunas largas conrelación 1: 4.

      Profundidad

    Para evitar el crecimiento de plantas acuáticas con raíces en el fondo, la profundidad debeestar por encima de 1.20 m, la profundidad debe variar entre 1.50 a 2.5 m.

    Con poca profundidad debido a las altas temperaturas la capa de fango puede elevarse ovolverse séptica y producir malos olores. Una profundidad mayor reduce el área superficial.

    Temperatura de diseño

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    Temperatura de diseñoLas fluctuaciones diarias y las variaciones anuales de la temperatura influyen en los procesosbiológicos, físicos y químicos de las lagunas. Es un parámetro que se relaciona con laradiación solar y afecta tanto la velocidad de la fotosíntesis como el metabolismo de lasbacterias responsables de la depuración. Esos fenómenos son retardados por las bajas

    temperaturas por esos el diseño debe hacerse con las condiciones de temperatura másadversas.

    Por lo tanto para diseño de deberá utilizar la temperatura promedio mensual del agua en elmes más frio. En caso de no tener datos se puede utilizar la temperatura del aire que es másfácil de encontrar de la información meteorológica y utilizar para su conversión las

    ecuaciones siguientes:

    Lugar Ecuación r2 Referencia

    Campina Grande Brasil (1978) Tagua= 10,966 + 0.611 Taire 0.744 Auerswald (1979)

    Lima, Perú (1982) Tagua

    = 10,443 + 0.688 Taire

    0.828 Burgers (1982)

    Lima , Perú (1982) Tagua= 9,336 + 0.780 Taire 0.831 Burgers (1982)

    Melipilla Chile (1972) Tagua= 3,685 + 1.137 Taire 0.970 Vargas y Sánchez (1972)

    Melipilla Chile (1982) Tagua= -0,236 + 1.404 Taire 1.000 Vargas y Sánchez (1972)

    Amman, Jordania Tagua= 2,688 + 0.945 Taire 0.975 Yanez y Pescod (1988)

    P f did d d l l f lt ti

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    Profundidad de la laguna facultativaLa profundidad de la laguna es un balance entre el volumen y el área requerida,H=V/A  , la tendencia ha sido a usar lagunas poco profundas, con profundidades

    variando entre 1.5 –

     3.0m.

    Aspectos relacionados con la profundidad de la laguna

    Seca 1.2m

    Se pueden comportar totalmente aeróbicas Menos daño por condiciones ambientales

    Area requerida elevada Menor área requerida

    Penetración de la luz total La camada inferior permanece anaerobia

    Máxima producción de algas, pH elevado Libera subproductos por digestión anaeróbica

    Mayor remoción de patógenos Menor remoción de patógenosCrecimiento de vegetación emergente Permiten expansión futura (aireadores)

    Afectada por variaciones de temperatura Mayor H, para almacenamiento de lodo

    Tiempo de retención TRH

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    Tiempo de retención, TRHEl criterio se fundamenta en que el agua residual permanezca el tiempo necesario para quelos microorganismos realicen la estabilización de la materia orgánica presente en la laguna.Se relaciona por lo tanto con la actividad de las bacterias.El tiempo requerido varia con las condiciones locales, especialmente con la temperatura ,

    Generalmente se adoptan tiempos de detención variando entre 15 y 45 días. Los tiemposmenores se adoptan para lugares donde la temperatura del agua sea más elevada, con estose logra reducir el área de la laguna .Además de eso el TRH requerido es función de la cinética de remoción de DBO y del régimenhidráulico de la laguna, en lugares con aguas residuales concentradas el tiempo tiende a serelevado, El TRH es complementario con el la tasa superficial máxima , e sea que el área y elvolumen obtenidos deben ser coherentes .

    El período mínimo para la eliminación de nematodos deberá ser de 10 días y para la remocióncompleta de microorganismos patógenos protozoarios y helmintos de 24 días. 

    El tiempo de retención puede ser usado de las dos formas siguientes:

    Se adopta un tiempo de retención y se calcula el volumen (V = t*Q), con el área obtenidaen base a la carga superficial (A = COT/Csa) , se calcula h (h =V/A) para comprobar si seencuentra en el rango permitido.

    Se adopta un valor de h, se calcula el área de laguna con el criterio de la carga superficial ,posteriormente se calcula el volumen (V = A*h), con el volumen se calcula el tiempo deretención (t = V/Q) . Con el tiempo se estima la concentración de DBO y si esta no satisfacela normativa , se deberá aumentar el tiempo de retención.

    C S fi i l

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    Carga SuperficialEste criterio se fundamenta en la necesidad de tener una determinada área en la lagunaexpuesta a la luz solar, para garantizar que el proceso de fotosíntesis ocurra,consecuentemente se produzca el crecimiento de las algas, que deberán producir una

    cantidad de oxígeno suficiente para suplir la demanda, requerida para la estabilización de lamateria orgánica.

    La tasa a ser adoptada varia con la temperatura local, latitud, exposición solar y altitud entreotros. En Brasil por ejemplo se han adoptado las tasas siguientes:

    Autor Fórmula Observaciones

    Mara (1995) Ls = 50*1.072T T = temperatura media del aire,en °C

    Mara y Person (1996) Ls = 350*(1.107-0.002*T) (T-25)T = temperatura media del aguadel mes más frio, en °C

    Rittman y Mc Carty, 2001 Ls = 69.731806*RsRs = radiación Solar en

    kW/m2*d

    Regiones con invierno caliente y elevada insolación COS = 240 – 350 kg DBO5/ha.d

    Regiones con invierno caliente y moderada insolación COS = 120 – 240 kg DBO5/ha.d

    Regiones con invierno frio y baja insolación COS = 100 – 180 kg DBO5/ha.d

    Carga Superficial Máxima y de Diseño

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    Carga Superficial Máxima y de Diseño Es la carga máxima que se puede aplicar a una laguna facultativa sin que se torne anaerobia, hasido determinada a través de mediciones de amoníaco y confirmada con mediciones declorofila, se expresa en Kg DBO/ha*día. Puede ser estimada por la expresión presentada por

    Gloyna (1973) que se indica a continuación.

    Para diseño podemos adoptar un a carga superficial con factor de seguridad un 20 % menosque el calculado.

    20085.14.357     T m

    Cs

    Donde:T = temperatura del agua en

    el mes más frio, en °C

    Coeficiente de Remoción de DBO (K)

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    Coeficiente de Remoción de DBO (K)El valor de coeficiente de remoción de DBO (K) fue obtenido por diferentes investigadores enlagunas existentes en función de la DBO de entrada y de salida el tiempo de retención y elmodelo hidráulico asumido. La mayor parte de los autores asumen el régimen de mezcla

    completa por las razones siguientes:Los cálculos usando el modelo de mezcla completa son más simples;El dimensionamiento usando el modelo de mezcla completa brinda un factor deseguridad , ya que este reactor tiene una menor eficiencia.

    Los valores más frecuentes adoptados para diseño usando mezcla completa están en el rangosiguiente: K = 0.30 a0.35d-1

    Para diferentes temperaturas, el valor de K puede ser corregido a través de la ecuaciónsiguiente:

    Donde:KT = coeficiente de remoción de DBO a la temperatura T °C del agua, en d-1;K20 = coeficiente de remoción de DBO a una temperatura del líquido igual a 20°C;

    Ɵ = coeficiente de temperatura.

    Diferentes valores de Ɵ son propuestos, Para K = 0.35 citado por EPA (1893) se debe adoptarƟ =1.085. para K = 0.30, citado por Silva y Mara (1979), se debe adoptar Ɵ =1.05. Sustituyendolos últimos valores resulta la siguiente ecuación.

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    Coeficiente de dispersión

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    Coeficiente de dispersiónEl número de dispersión , d, caracteriza las condiciones de mezcla en un reactor y puede serdeterminado por la ecuación presentada por Yánez (1988) , que se indica a continuación.

    Donde:d = número de dispersión , adimensional;L = Longitud de la laguna , en m;B = ancho de la laguna, en m

    Para L/B = 1 (laguna cuadrada) →  d= 0.99362Para L/b = 2 (laguna rectangular) →  d = 0.46497Para L/B = 3 (laguna rectangular) →  d = 0.31173Para L/B = 4 (laguna rectangular) →  d = 0.23566

    Remoción de DBO

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    Remoción de DBOAunque la cinética de remoción de DBO sea la misma para los diferentes regímenes hidráulicos,l a concentración de la DBO en el efluente varia, según la cinética de primer orden, la tasa deremoción es más elevada cuando la concentración de DBO es más elevada en la laguna.En función de los diferentes modelos hidráulicos, se tienen para la estimación de laconcentración en el efluente final de DBO soluble las formulas siguientes:

    Régimen hidráulico EsquemaEcuación para la concentración

    de DBO5 soluble en el efluente

    Flujo Pistón

    Mezcla Completalaguna única

    Mescla completa

    (lagunas iguales enserie)

    Flujo Disperso

    Correlaciones Empíricas de carga

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    Correlaciones Empíricas de carga

    Donde: CSa =carga superficial de DBO aplicada en kg/ha.d, calculada con la DBO total delafluente.

    CSr = carga superficial de DBO removida en Kg/ha.d, calculada restando la carga deDBO soluble del efluente de la carga aplicada, en Kg/ha.d

    DBO efluente soluble y particulada

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    DBO efluente soluble y particuladaLa DBO afluente (So) es tomada como la DBO total (soluble más particulada), debido al hechoque los sólidos en suspensión orgánicos, responsables por la DBO particulada, seránconvertidos en sólidos disueltos, a través de enzimas lanzadas al medio por las bacterias, asíen principio toda la DBO estaría disponible para las bacterias. En cambio , la DBO total delefluente es causada por dos fuentes:

     DBO remanente del tratamiento (DBOsoluble)

    DBO causada por los sólidos en

    suspensión en el efluente (DBOparticulada), estos sólidos sonpredominantemente algas(60 a 90%), quepueden o no ejercer alguna demanda deOxígeno en el cuerpo receptor.

    Cada 1mg de algas genera una DBO5 en torno a0.45 mg, de esta forma , 1mg/L de sólido ensuspensión en el efluente es capaz de generaruna DBO5  en la faja de 0.6x0.45=0.3mg/L a0.9X0.45 =0.4mg/L.

    1mgSS/L = 0.3 – 0.4 mgDBO5/L

    Eficiencia en la remoción de DBO

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    Eficiencia en la remoción de DBOLa eficiencia de remoción de DBO en el sistema puede ser calculado con la expresión siguiente:

    Donde:E = eficiencia en remoción de DBO, en %So = concentración de DBO5 en el afluente, mg/LS= concentración de DBO soluble en el efluente, mg/L

    Cuando las lagunas son en serie ytienen las mismas características yvolúmenes la eficiencia se puedecalculara de la manera siguiente:

    Donde:En = Eficiencia en el conjuntoE1 = eficiencia en la primer

    laguna, en decimales

    Carga de coliformes fecales

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    Carga de coliformes fecalesEn caso de no contar con análisis bacteriológicos que indiquen la concentración de ColiformesFecales, para el diseño de puede estimar la concentración mediante el procedimientosiguiente:

    a) adoptar una producción de coliformes fecales por habitante igual a 4X1010 

    b) Calcular la carga de coliformes, multiplicando la producción per cápita de coliformes porel número de habitantes.

    c) Calcular el caudal promedio afluente a la planta, m3

    /d

    d) Obtener la concentración de coliformes en el agua residual bruta

    Ejemplo:

    Población, P = 20,000hab

    Caudal, Q = 3000 m3/d (3.0X103)Concentración de Coliformes , CF= 4X1010 /d.hab 

    Carga de coliformes, CCF = PXD = 20,000X4x1010 = 8.0X1014 CF/d 

    Concentración de Coliformes fecales , CCF = CCF/Q = 8.0X1014/3.0X103 = 2.7X1011 CF/m3

    = 2.7x107CF/100ml

    Coeficiente de mortalidad bacteriana

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    Coeficiente de mortalidad bacterianaEl coeficiente de mortalidad del primer orden para coliformes fecales , es muy dependiente dela temperatura de la reacción y el tipo de laguna, León y Moscoso (1996) reportaron lassiguientes relaciones desarrolladas en los estudios de CEPIS en las lagunas de San Juan, en

    lima Perú.Lagunas Facultativas

    Primera laguna de Maduración

    Segunda Laguna de Maduración

    Para otras temperaturas , Kb puede ser corregido a través de fórmula siguiente:

    Recomendad por Yánez =

    Donde:T = temperatura del agua en °C

    Kb = 1.1*1.07(T-20)

    Cont. D. laguna

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    Valores de KxT

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    Coeficiente de mortalidad bacteriana

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    En un estudio realizado en 33 lagunas facultativas y de maduración en Brasil, por Von Sperling ,se analizaron los regímenes de mezcla completa y flujo disperso, observándose que para mezclacompleta no existe ninguna relación significativa entre Kb y la profundidad (H) y el tiempo deretención (t), pero para flujo disperso si existe una relación, tal como se muestra en la ecuaciónsiguiente:

    Para mezcla completa:

    Para flujo Pistón

    Von Sperling (1999) propuso una ecuación más simple para el número de dispersión , que daresultados muy parecidos a la ecuación de Yánez, que se indica a continuación

    Coeficiente de mortalidad bacteriana

    Concentración de coliformes en el efluente

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    Concentración de coliformes en el efluente

    Régimen hidráulico EsquemaEcuación para la concentración

    de DBO5 soluble en el efluente

    Flujo Pistón

    Mezcla Completalaguna única

    Mescla completa

    (lagunas iguales enserie)

    Flujo Disperso

    La eliminación de patógenos e indicadores de contaminación fecal , sigue una cinética deprimer orden . De acuerdo con las reacciones de primer orden, la tasa de mortalidad depatógenos es proporcional a la concentración de patógenos en cualquier momento. Así

    cuanto mayor sea la concentración de patógenos , mayor será la tasa de mortalidad.

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Parámetros de

    diseñorecomendadospara Honduras

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    Dimensionamiento de lagunas facultativas

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    Dimensionamiento de lagunas facultativasArea de la LagunaEl área media (A)requerida se calcula con la siguiente ecuación:

    Donde:A = área media de la laguna, en m2

    So = concentración de DBO5 en el afluente, en mg/l;Qmed = Caudal promedio en, m3/d;Csa= Carga superficial adoptada, KgDBO5/ha.d

    El área total requerida , incluyendo los taludes y el área de influencia es cerca del 25 y 33%mayor que el área liquida calculada a la altura media, según Arceivala (1991).

    Volumen de la laguna

    Para el calculo del volumen lo más sencillo es adoptar una profundidad (h)de la laguna quemultiplicándolo por el área (A) , da como resultado el volumen, tal como se indica en la

    siguiente expresión:

    Donde:V = volumen de la laguna, en m3

    A = área media de la laguna, en m2 (se recomienda menor de 15ha) 

    h = profundidad útil de la laguna, en m

    Volumen de la laguna

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     El volumen de la laguna se puede calcular con la expresión desarrollada por la EPA (1983),que es realmente la ecuación para el volumen de un prismoide:

    Donde:V = Volumen de la laguna, en m3 h = Profundidad de la laguna, en ml  = largo de la laguna, en ma = ancho de la laguna, en m

    i = Pendiente del talud interior , generalmente de 3/1

    Volumen de la laguna

    Tiempo de retención HidráulicaEl tiempo de retención hidráulica se calcula con la ecuación siguiente:

    Donde :T = tiempo de retención en la laguna, en díasV = Volumen de laguna, m3

    Q med = caudal medio afluente a la laguna, m3/d

    Acumulación de lodos en laguna facultativa

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Acumulación de lodos en laguna facultativaLa acumulación de lodos en el fondo de la laguna afecta el funcionamiento de la laguna, debidoa que la disminución del volumen reduce el tiempo de retención. La acumulación anual parael caso de lagunas en Honduras según el estudio realizado por el Dr. Oakley, puede sercalculada mediante la siguiente ecuación:

    Donde:VL = volumen de lodos producidos anualmente, m3/año

    Q med = caudal promedio, m

    3

    /díaSS = sólidos suspendidos en el afluente, mg/L

    Frecuencia de LimpiezaLa laguna deberá limpiarse cuando el volumen del lodo alcance un veinticinco por ciento (25%),del volumen total de la laguna, el tiempo estimado de limpieza se obtuvo dividiendo el volumenequivalente de lodo permitido, entre el volumen de lodo acumulado anualmente.

    Donde:Fl  = frecuencia de limpieza, añosV = Volumen de la laguna, m3 Vl  = volumen de lodo acumulado, m3/año

    Lagunas de Maduración

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Lagunas de Maduración

    Introducción

    Son frecuentes como tratamiento terciario después de una secuencia de lagunaje anaerobio +

    facultativo, con el objeto de mejorar la calidad del efluente principalmente reduciendo laconcentración de patógenos, para lo cual su colocación en serie o con flujo pistón es más

    efectiva .

    Los factores que intervienen en el proceso son: Sedimentación, escasez de alimento, rayos

    ultravioletas, predadores, competencia y toxinas producidas por algunas especies en el medio,

    altas temperaturas y valores de pH.

    Los principales parámetros de diseño para una carga dada son el régimen hidráulico adoptado y

    el tiempo de retención.

    El régimen hidráulico tiene una gran eficiencia en la remoción de coliformes, en orden

    descendente la eficiencia es la siguiente:

      Flujo pistón

      Lagunas en serie

      Flujo disperso

      Mezcla completa

    Ã

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

    Esgoto

    Vento

    Mistura e reaeraçãoO2 

    Zonaaeróbia

    CO2 

    O2  CO2 

    Bactérias

    Algas

    NH3, PO4, etcNovas células

    Células mortas

    NH3, PO4, etcNovas células

    O2 

    Produçãodurante o dia

    Decaimento bacteriano

    Microbiologia – Lagunas de maduración

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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      Fuente de carbono

    CO2  Carbono Orgánico

    Fuente

    de

    energia

    Luz Solar Fotoautotróficos Fotoheterotróficos

    Oxidación de

    compuestos

    orgánicos einorgânicos

    Quimioautotróficos

    (Compuestos

    inorgánicos)

    Quimioheterotróficos

    (Compuestos

    orgánicos)

    Microbiologia   Lagunas de maduración

    Remoción de compuestos

    orgánicos em estado soluble

    coloidal y particulado

    Produción de O2  ymantenimiento de condiciones

    aeróbias en la laguna

    Coeficiente de remoción de Coliformes Fecales

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Coeficiente de remoción de Coliformes FecalesExisten varias ecuaciones empíricas para la estimación del coeficiente de remoción de C. Fecal,sin embargo se siguiere emplear el propuesto por Yánez (1993).

    Autor Ecuación

    Slanetz/Marais (1970)

    Arceivala (1981)

    Sáenz (1992)

    IMTA (1992)

    Yánez (1993)

    Métodos de dimensionamiento

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Métodos de dimensionamientoMétodo basado en el período de retención.

    La lagunas de maduración siempre se dimensionan con mamparas o en serie en estecaso todas deben tener las mismas dimensiones. Mara (1976) sugiere una caudalmáximo del efluente de cada serie de lagunas de maduración debe ser menor que5,000m3/d y preferiblemente menor que 2,500m3/d, Según WHO/EMRO (1987), elperíodo de retención de las lagunas de maduración varía entre 3 y 10 días para dos omás lagunas en serie. Para una laguna de maduración el tiempo de retención debe serigual o mayor a 5 días.

    La cantidad de coliformes fecales (CF) que salen en el efluente de un sistema delagunas en serie puede calcularse con la expresión siguiente:

    Donde:N = número de coliformes fecales en el efluente, en CF/100ml;No = número de coliformes fecales en el afluente, en CF/100ml;Kb = coeficiente de remoción de coliformes fecales, días-1

    t = tiempo de retención en la laguna, en días;n = número de lagunas de maduración

    Diseño, usando el método de flujo disperso

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Diseño, usando el método de flujo disperso  El número de dispersión se estima adoptando una relación largo ancho (L/W) por medio e laecuación propuesta por Yánez.

      El coeficiente de reducción bacteriana, Kb, puede estimarse por medio de la ecuaciónsiguiente:

      El coeficiente a después de haber establecido el tiempo de retención, t, se estima por medio

    de la expresión siguiente:

      La ecuación para estimar la cantidad de coliformes fecales puede simplificarse de d < 0.25,por la expresión siguiente:

    Que puede simplificarse si d< 0.25, en la expresión siguiente:

    Kb = 1.1*1.07(T-20)

    Parámetros de diseño para lagunas de Maduración

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    p g

      Carga superficial < 75% de la última laguna facultativa

     preferible < 20 Kg DBO h/día

      Profundidad = 0.80 - 1.5 m

      Tiempo de retención = entre 3 - 6 días

      Régimen hidráulico = pistón

      Arreglo del sistema = En serie

      Coeficiente de decaimiento bacteriano, Kb = 0.917*H-0.877* t -0.329 

    Bables

    Lagunas en serie

    Regímenes hidráulicos idealizados

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    gCon el fin de obtener una elevada remoción de coliformes, usualmente es requerida ynecesaria la adopción de lagunas en serie o preferible de una laguna con flujo pistón, el cualse obtiene con números de dispersión (d) abajo de 0.3 y preferiblemente de 0.1, que se

    alcanzan cuando la relación largo a ancho (L/B) es superior a 5. para obtener esta relación sepueden dividir las lagunas con mamparas internas, que pueden ubicarse en forma paralela alancho (B) o paralelas al largo (L). Para el calculo de la relación L/B pueden emplearse lasfórmulas siguientes:

    Divisiones paralelas al largo B.

    Divisiones Paralelas al largo L.

    Donde:L = largo de la lagunaB = ancho de la laguna

    n = número de divisiones internas

    Remoción de huevos de Helmintos

  • 8/19/2019 2a Introduccion Lagunas Po 2014

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    Modelo de Ayres

    ]0,14.e[1.100E  0,38.t)(

    ]0,41.e[1.100E )0,0085.t0,49.t(2

    Eficiência média:

    95% de confiança:

    EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DE OVO S DE HELM INTOS

    0 ,0

    1 ,0

    2 ,0

    3 ,0

    4 ,0

    5 ,0

    6 ,0

    0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 16 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0

    T e m p o d e d e t e n ç ã o h i d r áu l ic a (d )

       U  n   i   d  a   d  e  s   l  o

      g

      r  e  m

      o  v   i   d  a  s

    V a lo re s mé d ios

    9 5 % d e c o n f ia n ç a

    OMS (irrigación):

    < 1 huevo/L

    Los huevos de helmintos se remueven por medio de sedimentación. Normalmente la mayoría seelimina en la laguna anaerobia o en la facultativa. Se estima que el agua residual domesticacruda contiene menos de 1,000 huevos de nematodos intestinales húmedos por litro.

    Lagunas Aireadas 

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    g

    Lagunas aireadas de mezcla completa 

    En estas lagunas se mantiene la biomasa en suspensión, con un alta densidad de energía instalada( >15 

    W/m3). Son consideradas como un procesos incipiente de lodos activados sin eliminación y recirculación

    de lodos y la presencia de algas no es aparente.

    la profundidad en este tipo de lagunas varia entre 3 y 5 m y el período de retención entre 2 y 5 días. Se

    recomienda el uso de aireadores de baja velocidad de rotación.

    Son empleadas generalmente como primera unidad de un sistema, en casos donde la

    disponibilidad de terreno es limitada o para el tratamiento de desechos domésticos con

    altas concentraciones y desechos industriales, son muy utilizadas en climas fríos.

    El efluente es de buena calidad si se coloca seguidamente una laguna de decantación.

    Tipos de lagunas

     Lagunas aireadas de mezcla completa.

     Lagunas aireadas facultativas.

     Laguna facultativa con agitación mecánica. Laguna de oxidación aireada.

    Los dos primeros tipos de lagunas, deben ser complementadas con lagunas facultativas diseñadas con la

    finalidad de tratar el efluente de la laguna primaria, asimilando una gran cantidad de sólidos en

    suspensión.

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    Ventajas

    • Construcción, Operación y manutención  simplesen comparación con aireación extendida o lodos

    activados.

    • Menores requisitos de área que todos los sistemas

    de lagunas.

    • Mayor independencia de las condiciones

    climáticas.

    • Buena eficiencia para remoción de DBO.

    • Satisfactoria resistencia a las variaciones de

    carga.

    • Reducidas posibilidades de malos olores

    Desventajas

    • No es eficiente para remover patógenos

    • Necesidad de equipamiento

    • Requisitos de energía relativamente altos

    • Requisitos de área todavía elevados

    • Operación más complicada que en lagunas

    anaerobicas y facultativas.

    • Necesidad de remover el lodo en forma contínua

    o periódica.

    Lagunas aireadas de

    mezcla completa y

    laguna de decantación

    ó d ól d

    Parámetros de diseño

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    Remoción de sólidos en

    lagunas aireadas

    La remoción de sólidos en suspensión de las

    lagunas aireadas debe hacerse con

    decantación, generalmente se utilizan

    lagunas de decantación.

    Un tiempo de retención mayor de 1 día, para

    sedimentación de sólidos en suspensión.

    El volumen para acumulación de lodos debe

    calcularse separadamente. Los dispositivos de

    entrada y salida deben evitar al máximo el

    aparecimiento de zonas muertas.

    Para evitar el crecimiento de algas, se

    recomienda un tiempo de detención menor de

    2 días.

    En lugares calientes debe tener la posibilidad

    de trabajar a nivel variable, de modo de

    mantener un tiempo de retención próximo a

    un día.

    Para el control de olores una altura entre 1 y 2 

    m de agua debe mantenerse sobre el lodo.

    La profundidad de la laguna varia

    normalmente entre 3 y 5 m.

    Se estima que entre el  40  y 60 % de los

    sólidos volátiles son degradados cada año en

    la lagunas

    MODULO DE TRATAMIENTO Y USO

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    MODULO DE TRATAMIENTO Y USO 

    100 l/s 

    50,000 hab.

    vvvvvvvvvvvvvvv

    vvvvvvvvvvvvvvv

    vvvvvvvvvvv

    vvvvvvvvvvvvv

    vvvvvvvvvvv

    FORESTACIÓN

    (40 ha)

    (9 ha)

    HORTALIZAS

    (17 ha)

    ACUICULTURA

    (9 ha)

    FORRAJES

    (24 ha)

    CEPIS/OPS

    4,400 kg/ha

    Sin alimentación

    suplementaria 

    Reuso de agua en agricultura, El Zamorano

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    g g ,

    Plantación de frijoles

    Riego de maíz y frijoles

    Elaboración de Compost

    El agua y su valor como fertilizante son importantes.

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    El agua y su valor como fertilizante son importantes.

    • Ahorro fertilizantes – 225 kg nitrógeno – 45 kg fósforo – EUA $ 135/Ha

    • Menos tiempo para cosecha  – (hasta 3 cosechas anuales)

    • Mejor producción por Hectárea – 28% Trigo –

    30% Papa – 42% Algodón – 47% Arroz – 200% Tomate – 250% Maíz

    Potencial de Calentamiento Global

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    Fuente: