DISEO DE LAGUNAS

OSCAR FABIAN ARTUNDUAGA WILSON FERNADO GUERREROLUISA MARA MONTENEGRODAVID ALFONSO YANZA

DocenteJHON CALDERNIngeniero Civil

UNIVERSIDAD DEL CAUCAFACULTAD DE INGENIERIA CIVILPROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTALCONTAMINACION 3POPAYN - CAUCA2014

CONTENIDOINTRODUCCIN31. OBJETIVOS42. CLCULOS DE DISEO42.1. LAGUNA FACULTATIVA42.1.1 Laguna facultativa criterio americano42.1.2 Laguna facultativa con criterio africano52.3 LAGUNA ANAEROBIA62.4. SISTEMA DE TRES LAGUNAS FUNCIONANDO EN SERIE72.4.1Facultativa primaria72.4.2 Laguna facultativa secundaria82.4.3 Laguna facultativa terciaria92.5 SISTEMA DE LAGUNA FACULTATIVA Y ANAEROBIA FUNCIONANDO EN SERIE102.5.1 Laguna Facultativa primaria102.5.2 Laguna anaerobia secundaria112.7TABLA 1. CUADRO COMPARATIVO RESUMEN133.1CLCULOS DE LAS DIMENSIONES143.1.1 CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES154. ANEXOS165. CONCLUSIONES176. REFERENCIAS18

INTRODUCCIN

Las lagunas de estabilizacin constituyen una forma popular de tratamiento de aguas residuales en pases en desarrollo debido a su bajo costo de inversin (excepto por lo que se refiere al requerimiento del terreno), a los bajos costos de operacin, a su habilidad para asimilar cargas orgnicas o hidrulicas fluctuantes y a su xito en la eliminacin de elementos patgenos. Por otro lado, se debe destacar el gran beneficio que supone contar con un volumen importante de agua tratada para su reutilizacin, por ejemplo en agricultura, dada la escasez del recurso. La excavacin es la actividad principal en la construccin. La construccin de obras civiles es mnima: solamente estructuras de ingresos, interconexiones, salidas, y el revestimiento de los taludes interiores.

Se han realizado muchas investigaciones sobre el uso de lagunas de estabilizacin para tratamiento de aguas residuales en pases en desarrollo (Arceivala, et al., 1970; Arthur,1983; Feachem et al., 1983; Mara et al., 1992); Ynez, 1993. Los resultados muestran claramente que las lagunas pueden tratar aguas residuales a un alto nivel tanto en la remocin de patgenos como en la de compuestos orgnicos requiriendo mnimos recursos para su diseo, construccin, operacin, y mantenimiento.

Para el estudio del diseo se tomaran como base la topografa del lugar, la poblacin futura y la produccin percpita de aguas residuales, calculando los parmetros necesarios para que funcione tcnica y adecuadamente.

1. OBJETIVOS

Disear diferentes modelos de lagunas, para tratamiento de aguas residuales, para una poblacin de 5000 Habitantes.

2. CLCULOS DE DISEODatos iniciales: Poblacin proyecto: 5000 hab Contribucin Percapita de aguas residuales: DBO5 carga diaria: Temperatura crtica: 14C

a) Clculo carga orgnica (i)

b) Clculo carga Hidrulica (Q)

c) Clculo DBO5 a 20C (Y0)

2.1. LAGUNA FACULTATIVA2.1.1 Laguna facultativa criterio americano

d) Volumen de la laguna (V)

e) Profundidad de la laguna H= 2 m; para este tipo de lagunas facultativas; Jairo Alberto Romero Rojas; en su libro Lagunas de estabilizacin de aguas residuales, recomienda una profundidad de 1,2m y 2,5m

f) rea de la laguna (A)

g) Clculo carga orgnica superficial (COS)

h) Clculo periodo de retencin ()

Con este diseo segn Gloyna se admite que la eficiencia de remocin en trminos de la DBO sea del 90%2.1.2 Laguna facultativa con criterio africano

a) Asumir K= 0,17 para T> 5C segn Marais y un = 40 das

b) Clculo del volumen de la laguna (V)

c) Profundidad de laguna H= 2 m; para este tipo de lagunas facultativas; Jairo Alberto Romero Rojas; en su libro Lagunas de estabilizacin de aguas residuales, recomienda una profundidad de 1,2m y 2,5m

d) Clculo del rea (A)

e) Clculo carga orgnica superficial (COS)

f) Clculo DBO del efluente Y

g) Clculo eficiencia (n)

2.3 LAGUNA ANAEROBIA

a) Aplicando frmula de Vincent con base en el tiempo de retencinJairo Romero Rojas; recomienda una remocin del 50 % de DEBO en la laguna anaerobia para una temperatura entre 11C y 20Cb) Volumen de la laguna (V)

c) Profundidad (H)Adopto profundidad de 4 md) Clculo rea

e) Clculo carga orgnica superficial (COS)

f) Clculo DBO del efluente YSe adopta una eficiencia (n) = 50%

2.4. SISTEMA DE TRES LAGUNAS FUNCIONANDO EN SERIE

Facultativa-facultativa-facultativa2.4.1Facultativa primaria

a) Ecuacin de Marais y Meiring

b) Calculo de la constante de remocin de DBO por la ecuacin :

c) Calculo del tiempo de retencin TR

d) Volumen de la laguna (V)

e) Clculo rea

f) Clculo carga orgnica superficial (COS)

g) Clculo eficiencia (n)

2.4.2 Laguna facultativa secundaria

a) Ecuacin de Marais y Meiring b) Clculo DBO del efluente Y

c) Clculo rea

d) Volumen de la laguna (V)

e) Clculo carga orgnica superficial (COS)

f) Clculo eficiencia (n)

2.4.3 Laguna facultativa terciaria

a) Ecuacin de Marais y Meiring b) Clculo DBO del efluente Y

c) Clculo rea

d) Volumen de la laguna (V)

e) Clculo carga orgnica superficial (COS)

f) Clculo eficiencia (n)

Eficiencia Total del sistema

2.5 SISTEMA DE LAGUNA FACULTATIVA Y ANAEROBIA FUNCIONANDO EN SERIE2.5.1 Laguna Facultativa primaria

a) Ecuacin de Marais y Meiring

b) Calculo de la constante de remocin de DBO por la ecuacin :

c) Calculo del tiempo de retencin TR

d) Volumen de la laguna (V)

e) Clculo rea

f) Clculo carga orgnica superficial (COS)

g) Calculo de la eficiencia

2.5.2 Laguna anaerobia secundaria

Aplicando frmula de Vincent con base en el tiempo de retencina) Volumen de la laguna (V)

b) Profundidad (H)Adopto profundidad de 4 mc) Clculo rea

d) Clculo carga orgnica voltil (COV)

e) Clculo DBO del efluente YJairo Romero Rojas; recomienda una remocin del 50 % de DEBO en la laguna anaerobia para una temperatura entre 11C y 20C

f) Clculo eficiencia (n)

2.6 LAGUNA MECNICAMENTE AIREADA

a) Consideraciones tcnicas:

Cs= 9,02C1= 8,2C2 =2,0

N0=2,5 n= 50%

b) Clculo carga hidrulicaQ= 750m3 anteriormente calculadoc) Clculo volumen lagunaV= 2*750= 1500 m3d) Profundidad de 2m asumidae) Clculo del rea

f) Clculo carga orgnica a remover para la eficiencia del 50%

g) Clculo cantidad de oxgeno a suministrar a la masa liquidaEn general, para la mayora de las aguas residuales F es igual a 1.1 1.5 y para las aguas residuales domesticas es muy usado F= 1,3

h) Clculo cantidad de oxigeno producida por el aparato de aireacin mecnicai)

j) Clculo potencia mnima del equipo de aireacin

Se adoptara una unidad de aireacin superficial localizada en el centro de la laguna, impulsada por un motor elctrico de 12,5 HP

2.7 TABLA 1. CUADRO COMPARATIVO RESUMEN

LagunaeficienciaVolumn (m3)Tiempo de retencin TR (d)

Facultativa criterio americanoSegn Gloyna = 90% de remocin de DBO5823978

Facultativa criterio africano78%3000040

Laguna anaerobia50% Segn Ynez (1992)37505 (asume)

Tres lagunas facultativas en serie98%3225043

aerobia50 (asume)15002 (asume)

Fuente: elaboracin propia

3.1CLCULOS DE LAS DIMENSIONES

Bs

XX

HH1

2

Bi

Dnde:H= altura de la laguna, As= rea superficial, Ai= rea inferior

Dnde:Ls= Longitud superficial, Bs= Base superior, Li= Longitud inferior, Bi= Base inferiorLuego dejamos la formula en trminos de As y Ls

Teniendo en cuenta la relacin L: B de la laguna que es 2Bs=Ls; dejamos la ecuacin en trminos de Bs

Tomando la pendiente existente en los taludes de la laguna 2:1

En donde x= 2HLuego reemplazo estos valores en la formula general para la determinacin del volumen obteneiendo:

Como se tiene el volumen determinado se despeja Bs y a continuacin todos los parmetros necesarios (LS, Bi, Li)

3.1.1 CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

-El tubo de entrada se encuentra sumergido hasta 2/3 de la profundidad de la laguna, con el objetivo de que no llegue a la zona de los lodos-El tubo de salida se encuentra a 30 cm de profundidad, con el fin de no barrer la capa de natas y aguas viscosas -Permeabilidad: Para la impermeabilizacin se utiliz recubrimiento con geomenbrana de 40 mils, ya que se requiere cero permeabilidad- Se recomienda una relacin de largo a ancho en lagunas facultativas de por los menos 2/1 y preferiblemente 3/1 para modelar flujo de tipo pistn ( se asumi 2/1).

- Considerando en el diseo un tiempo de retencin hidrulica de 1 a 5 das, el lodo de una laguna anaerbica tiene que ser retirado con una frecuencia entre 2 a 5 aos, dependiendo sobre el volumen de la laguna ocupado con lodos acumulados que se permita en el diseo.

- Se recomienda una profundidad de 1.8 a 2.0 metros en las lagunas facultativas para mantener condiciones aerbicas en el primer metro de profundidad y tener espacio por abajo para la acumulacin de lodos. La profundidad ms utilizada es 2 metros.

- Se debe remover los lodos de lagunas facultativas cuando el volumen de lodos acumulados se aproxime al 25% del volumen de la laguna.

-En las construccin de las lagunas , especialmente en la anaerobia, se debe tener encuenta el nivel fretico de la zona, ya que si este est por encima de la profundidad de la laguna se debe buscar mecanismos de drenaje, garantizando que no haya contaminacin de aguas subterrneas.

-Se debe hacer mantenimiento en las lagunas y control de roedores y vectores, para evitar el impacto ambiental en la zona.

-Para evitar cortos circuitos en el sistema que afecten la eficiencia de remocin, se debe considerar las esquinas de las lagunas redondeadas.

4. ANEXOS Planos

5. CONCLUSIONES

-El tratamiento de aguas residuales con lagunas se propone como ms viable para las pequeas poblaciones (con menos de 5.000 Hab.) la depuracin natural es de bajo coste porque en la depuracin tecnolgica se necesitara invertir ms dinero, segn fuera el rendimiento y el tamao de la planta. Se estima que una poblacin de 5.000 Hab. podra tener un gasto para el mantenimiento de la depuradora tecnolgica que muchos municipios no pueden asumir.-La depuracin de aguas residuales por lagunas es una solucin muy eficaz y de bajo coste tanto de implantacin inicial como por su bajo mantenimiento. Por el contrario ocupan una extensin de terreno significativa y por tanto son aptas all donde el coste de ste no sea muy elevado y naturalmente el terreno existente sea econmico de excavar, puesto que la solucin requiere horadar varias lagunas. Las geomembranas para impermeabilizar estas lagunas deben cumplir unos requisitos especiales en trminos de durabilidad, estanqueidad a gases, resistencia qumica, incluso en ocasiones adems los requerimientos de las regulaciones locales.- De acuerdo a los datos obtenidos para el diseo de las lagunas, se estima que es ms eficiente un sistema de lagunas facultativas en serie en serie (remocin de 98%), que una sola laguna facultativa ( remocin del 90% criterio americano y 87% criterio africano).- Si se compara la laguna anaerobia con la aerobia, se puede observar que tienen el mismo porcentaje de remocin (50%), pero varan en el tiempo de retencin y en el volumen, adems se necesitara un tratamiento secundario, lo que elevara los costos de inversin y mantenimiento especialmente en la laguna aerobia, por tanto no se justificara una inversin tan alta para una eficiencia tan baja, aunque sera una buena opcin en zonas donde no se encuentra terreno disponible.- De acuerdo a los resultados obtenidos se recomendara el diseo de lagunas en serie

6. REFERENCIAS

[1] Arthur, J.P. (1983). Notes on the Design and Operation of Waste Stabilization Ponds in Warm Climates of Developing Countries. Technical, Paper No.7. Washington, DC: The World Bank.

[2] Arceivala, S.T. (1983). Hydraulic modelling for waste stabilization ponds (discussion). Journal of Environmental Engineering Division, ASCE, 109 (EE1), 265-268 [3] Mara, D.D., Alabaster, G.P., Pearson, H.W., and Mills, S.W. (1992). Waste Stabilization Ponds: A Design Manual for Eastern Africa. Lagoon Technology International Ltd, Leeds, England.[4] Yanez, F. (1993). Lagunas de estabilizacion. Teoria, Diseo y Mantenimiento. ETAPA, Cuenca, Ecuador[5] Romero, J.A. (2005). Lagunas de estabilizacin de aguas residuales. ISBN-10: 9588060508, Bogot, Colombia.

[6]. LAGUNAS DE ESTABILIZACIN [Texto de Internet].URL: http://www.fundacionchile.com/archivos/Lagunas_de_estabilizaci_n_ralcea.pdf. Visitado 12 de enero 2014.