𝑉 = 𝑇 ∗𝑄𝑎⁄1000∗ 𝑆𝑎 ∗ 𝜃35−𝑇
V = Volumen, m3
Qa = Caudal del afluente, m3/día
PR = Periodo de retención nominal, días T = Temperatura
Ecología de las lagunas facultativas.
Las algas junto con las bacterias conforman los dos componentes biológicos principales de las lagunas facultativas. Su interacción constituye el resultado ecológico más importante sobre el efecto de autodepuración, consiste en un tratamiento bioquímico de crecimiento suspendido, sin recirculación de solidos sedimentados. Por otra parte se encuentra el crecimiento algal, siendo el encargado del suministro de oxígeno fotosintético para la actividad aerobia bacteriana.
Las variaciones locales en radiación solar debidas a la altitud, elevación y nubosidad, influyen directamente sobre los coeficientes de diseño de una laguna de estabilización, asimismo la penetración de luz solar y la disponibilidad de Oxigeno ayudan a determinar el área superficial para un correcto desarrollo en la producción algal.
La porción aerobia recibe oxígeno de la actividad fotosintética algal y de la reaireación superficial existente a través de la interfaz aire-líquido. (Romero, 2005)
Cuando existe suficiente cantidad de energía solar y de nutrientes, junto con condiciones ambientales como temperatura, normalmente se desarrollan crecimientos de algas en la superficie de la laguna. En casos donde no existe suficiente luz solar, algunas algas son capaces de ejecutar metabolismo quimiosintético como las bacterias y, por lo tanto, requieren oxígeno para el proceso de oxidación. Por otra parte, las algas pueden padecer metabolismo endógeno para obtener energía mediante la descomposición de su propio protoplasma convirtiéndose en reacciones químicas anaerobias. Ibíd., p. 33
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Imagen 1 Mecanismo de Autodepuración en lagunas facultativas
Tomado de Romero, Jairo Alberto. Escuela Colombiana de Ingeniería, 2005. P.118.
Factores que influyen en las lagunas de estabilización
La eficiencia de una laguna esta medida respecto a la cantidad de materia orgánica que entra con la que sale, estos valores se les denomina como la DBO. El comportamiento hidráulico y biológico de todas las lagunas de estabilización se ve afectado por diferentes factores, algunos controlables por el ser humano y otros no. Sin embargo, todos se deben tener en cuenta al momento de diseñar un proyecto.
Algunos de estos factores comúnmente son:
Temperatura: Las reacciones físicas, químicas y bioquímicas que resultan en las lagunas de estabilización se ven influenciadas notoriamente por la temperatura, la cual es una variable que relaciona la radiación solar con la fotosíntesis de las algas y plantas encargadas de producir el oxígeno necesario para que los microorganismos puedan depurar la materia orgánica. En zonas tropicales como las presentes en Colombia es favorable no tener variaciones estacionarias que perturben la actividad microbiana dentro de las lagunas de estabilización. (Fuentes, 1987)
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En las horas del día, cuando la temperatura del ambiente supere la temperatura media del agua, ésta absorberá energía y en la laguna se originará el fenómeno de estratificación térmica. (Lagunas de estabilizacion Organizacion Panamericana de la Salud, 1999)
Área Superficial: El área superficial de las lagunas de estabilización están directamente relacionadas con la carga orgánica entrante usualmente expresada en términos de DBO5, se ha determinado que para temperaturas altas se usan con gran éxito las lagunas facultativas con una entrada de carga orgánica de 150 a 400 kg DBO5 /ha. Día. Al área superficial se le suma la forma de la laguna de estabilización, la cual depende básicamente de la topografía. Se usa preferiblemente lagunas con bordes uniformes continuos que impidan el estancamiento del agua y los cortos circuitos, esto quiere decir que se prefieren lagunas de forma rectangular con relaciones de longitud/ancho de 2/1 – 4/1 asegurando el flujo en pistón incrementando el rendimiento. Ibíd., p. 34 Tiempo de Retención: Cuando se realiza el diseño de una laguna de
estabilización se tiene en cuenta el grado de depuración necesario influenciado por las características en la circulación del agua, convirtiendo el tiempo de retención en el parámetro más importante en la determinación de la remoción de coliformes fecales y materia orgánica. Para que el proceso sea completo se deben evitar las zonas muertas o agua estancada durante largos periodos de tiempo, la distribución de las aguas residuales en las algunas debe ser uniforme, para que se utilice el volumen de la laguna obteniendo así los días necesarios para el periodo de retención ideal. Ibíd., p. 34
PH: El PH en el tratamiento de aguas residuales es una variable muy importante que afecta el rendimiento de las lagunas de estabilización, la actividad fotosintética que necesita CO2 para que las algas puedan permanecer con vida. También se requiere el uso factible de carbono a partir del bicarbonato y la producción del ion OH, valores a tener en cuenta, ya que con aguas con altos niveles de PH la actividad bacteriana disminuye y reduce la producción de CO2 necesario para las algas. Ibíd., p. 34
Oxígeno disuelto: las concentraciones de oxigeno se ven más intensas en horas diurnas del día dada la acción fotosintética de las algas,
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dependiendo de cada laguna la capa oxigenada superficial presenta una variación diurna de OD y puede que el oxígeno disminuya notablemente durante la noche; pero también puede ocurrir que se observe concentraciones de sobresaturación de OD durante el día, hasta valores determinados, en algunos estudios, de 36 mg/L.
Además de las variaciones diarias en el contenido en oxígeno disuelto, éste presenta también variaciones importantes en profundidad. La 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, la temperatura y el grado de mezcla inducido por el viento. Ibíd., p. 34
Nutrientes: Entre los nutrientes esenciales para el crecimiento algal, además del carbono, se mencionan generalmente al nitrógeno orgánico, al fósforo, al azufre, al calcio y al magnesio. El nitrógeno entra a la laguna de estabilización con el agua residual en forma de nitrógeno amoniacal, nitrógeno orgánico y nitratos; además, algunas especies de algas pueden fijar nitrógeno atmosférico. Las proteínas son desunidas, mediante hidrólisis, en aminoácidos, los cuales son descompuestos por las bacterias en amoníaco. El amoníaco soluble se combina con el ión H+ para formar ión amonio que luego de la oxidación mediante las bacterias nitrificantes produce nitritos y nitratos. Las algas, al utilizar amoníaco como fuente de nitrógeno para construir su material celular, remueven nitrógeno y disminuyen la demanda nitrogenácea de oxígeno del agua residual. Ibíd., p. 34
El contenido de fósforo de las aguas residuales municipales es, generalmente, suficiente para el desarrollo del crecimiento algal. Las algas utilizan fósforo inorgánico y lo asimilan en síntesis celular; las bacterias y las algas son fuente de fósforo orgánico a través de su respiración y descomposición.
DBO y Sólidos Suspendidos: La producción de efluentes, con DBO alta, en muchas lagunas de estabilización, es el resultado de crecimiento de biomasa suspendida en la laguna y no al escape de DBO del afluente a través de ella; como lo confirman los ensayos de DBO sobre efluentes filtrados y no filtrados. Esto realza la capacidad de las lagunas para tratar
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aguas residuales, pero también enfatiza la necesidad de separar apropiadamente la biomasa algal y bacterial del efluente, si se desean efluentes de alta calidad en términos de DBO y sólidos suspendidos totales. Ibíd., p. 34
La reducción de sólidos en suspensión en el tratamiento anaerobio es del orden del 70%. Estos sólidos se acumulan en el fondo de las lagunas y dan lugar a la formación de una capa de fangos.
7.1.6 Procesos biológicos.
En la utilización de materia orgánica en lagunas de estabilización intervienen varios mecanismos biológicos, los cuales pueden verse afectados por factores ambientales. (RENDÓN, 2013)
Oxidación de la materia orgánica
La respiración bacteriana provoca la degradación de la DBO5 del agua residual hasta CO2 y H2O produciendo energía y nuevas células. Su proceso se observa n la siguiente ecuación: (Gamarra, 2013)