AGUAS RESIDUALES

LAGUNAS DE OXIDACIÓN Y LOS FACTORES QUE LAS AFECTAN

plantas de tratamiento de aguas

Las lagunas de oxidación o estabilización son construcciones diseñadas para el tratamiento de aguas residuales por medio de la interacción de la biomasa, principalmente de bacterias y algas.

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Las lagunas de oxidación o estabilización son construcciones diseñadas para el tratamiento de aguas residuales por medio de la interacción de la biomasa, principalmente de bacterias y algas.  La función principal de este tipo de proceso de tratamiento, es estabilizar la materia orgánica y remover los patógenos de las aguas residuales realizando una descomposición biológica natural, generalmente se diseña este proceso para la remoción de patógenos, DBO y sólidos suspendidos presentes en el recurso.

Tratamiento de aguas residuales mediante lagunas de oxidación o estabilización

Tratamiento de aguas residuales mediante lagunas de oxidación o estabilización.

FACTORES QUE AFECTAN LAS LAGUNAS DE OXIDACIÓN

FACTORES CLIMÁTICOS

Temperatura

Las reacciones físicas, biológicas, químicas y bioquímicas que se presentan en las lagunas de oxidación son influenciadas principalmente por la temperatura.  En general, temperaturas superiores a los 25ºC aceleran el proceso de biodegradación. Estos fenómenos son retardados por las bajas temperaturas. Cuando la temperatura disminuye se presenta una reducción tanto de la población de algas como del metabolismo bacteriano implicando una disminución en la eliminación de la contaminación orgánica y bacteriológica del recurso, el proceso de fermentación del lodo no ocurre de manera significa en temperaturas inferiores de 17°C.  Lagunas que alcanzan temperaturas superiores a 37ºC generan baja reducción de las concentraciones de la demanda biológica de Oxígeno (DBO) y un aumento de la actividad bacteriana.

Radiación solar

La luz solar constituye una fuente de energía para algunos de los procesos biológicos de las lagunas de oxidación y determina su estructura térmica, es fundamental para la actividad fotosintética debido a que esta depende no solo de la luz que alcanza la superficie del agua, sino de la que penetra en profundidad. Al variar la intensidad de la radiación solar a lo largo del año, la velocidad de crecimiento de las algas cambia de la misma forma, cuando la intensidad luminosa es baja, la fotosíntesis, la cual está regulada principalmente por la intensidad de la luz, disminuye la población de algas presentes en la laguna, así mismo, cuando la intensidad luminosa es mayor se produce un tope de saturación a partir del cual el aumento de la luz no genera ya aumento alguno de la fotosíntesis.  Este fenómeno da lugar a dos efectos: el oxígeno disuelto y el Potencial de Hidrógeno (pH) del agua presentan valores mínimos al final de la noche, y aumentan durante las horas de luz solar hasta alcanzar valores máximos a media tarde.  La penetración de la luz solar es de fundamental importancia en el funcionamiento de las lagunas de oxidación de tipo facultativa y de maduración, afectando la supervivencia de patógenos y la concentración y producción de la población de algas.

Viento

El viento es un parámetro climático que tiene un efecto importante en el comportamiento de las lagunas, debido a que induce a la mezcla vertical del recurso de la laguna, una buena mezcla asegura una distribución más uniforme de DBO, oxígeno disuelto (factor importante para lagunas de tipo aerobias y facultativas), bacterias y algas y, por lo tanto, un mejor grado de estabilización del agua residual.

Evaporación

La evaporación influye en la generación de la concentración de los sólidos que contiene el agua almacenada; si se presenta un aumento significativo en la concentración de la salinidad presente en los sólidos suspendidos que  se encuentran en el recurso, este puede resultar perjudicial si es empleado en riego de cultivos.

Precipitación

Las precipitaciones pluviales tienen una influencia significativa que afecta las lagunas, cuando las lluvias son aisladas o escasas, no se provocan efectos significativos en las lagunas, pero al presentarse lluvias continuas, el tiempo de retención hidráulica se reduce y al ser más intensas las lluvias, se puede producir una dilución del contenido de materia orgánica a la laguna y transportar material orgánico y minerales por medio del escurrimiento a las mismas.  La concentración de oxígeno disuelto suele verse afectada y disminuir 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.

Plantas de oxidación avanzada

FACTORES FÍSICOS

Estratificación

La densidad del agua es inversamente proporcional a la temperatura, se presentan altos valores de dureza a bajas temperaturas y disminuye a medida que la temperatura va aumentando, las aguas más cálidas son más ligeras y tienden a flotar sobre las capas más frías. Durante los meses de verano el calentamiento tiene lugar desde la superficie, produciendo que las capas superiores se encuentren más calientes que las inferiores, y generando que las capas menos densas y floten sin que se produzca una mezcla entre unas y otras. Durante la primavera, la mayoría de las lagunas tienen una temperatura casi uniforme, por lo tanto, se mezclan con facilidad gracias a las corrientes inducidas por los vientos. Cuando se aproxima el verano, las aguas de las capas superiores se calientan y su densidad disminuye produciéndose una estratificación estable.

Flujo a través de las lagunas y tiempo de retención

La circulación de las aguas residuales a través de las lagunas de oxidación, viene afectada por la forma y tamaño de esta, la entrada y salida del recurso, la velocidad y dirección de los vientos dominantes y la aparición de diferencias de densidad dentro de la misma.  Las anomalías de flujo más frecuentes se encuentran manifestadas en la aparición de zonas muertas, es decir, zonas de la laguna en las que el agua permanece estancada durante largos periodos de tiempo.  Para las lagunas anaerobias, el valor del tiempo de retención se calcula a partir de la carga orgánica volumétrica, tiempos de retención pequeños generan riesgos de producción de olores desagradables, mala calidad bacteriológica del efluente y menor eficiencia en la eliminación de la demanda biológica de Oxígeno. En el caso de las lagunas de maduración, a mayor tiempo de retención, mayor es la eficiencia en la eliminación de los microorganismos patógenos.

Profundidad

La profundidad en la mayoría de lagunas de estabilización, es 1.5 metros, aproximadamente. El límite inferior viene condicionado a la posibilidad de crecimiento de vegetación emergente para profundidades menores. 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 superficie. De esta forma se generan nutrientes solubles que se reincorporan a la capa superficial y contribuyen a la generación de actividad biológica. En las zonas de climas cálidos, la profundidad repercute en una disminución de la evaporación relativa, lo que es aprovechado para el almacenamiento del recurso para uso de riego de cultivos, como para evitar aumentos de salinidad en el efluente.

FACTORES QUÍMICOS Y BIOQUÍMICOS

Potencial de Hidrógeno (pH)

El valor del pH en las lagunas de estabilización, viene determinado por la actividad fotosintética del fitoplancton y la degradación de la materia orgánica generada 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 considerable del pH, la degradación de la materia orgánica conduce a la formación de dióxido de carbono como producto final, lo que produce una disminución del pH. Como la fotosíntesis depende directamente de la radiación solar, el pH de las lagunas presenta variaciones durante el día y el año, durante las primeras horas del día, los valores de pH son menores de 7 debido al exceso de CO2 producido por la respiración bacteriana aerobia durante la noche, a medio día, el pH se eleva debido a que las algas se encuentran en actividad fotosintética y durante la noche el pH vuelve a descender porque las algas dejan de realizar el proceso de fotosíntesis y continúa la producción de CO2 por la respiración de las bacterias.

Oxígeno disuelto

La concentración de oxígeno disuelto es el indicador principal que ayuda a determinar el óptimo funcionamiento de las lagunas. La principal fuente de oxígeno disuelto es la fotosíntesis, seguida por la reaireación superficial. Es fundamental para la realización del proceso aerobio y varía en función del día y de la profundidad. El contenido de oxígeno es mínimo al amanecer y máximo por la tarde, y puede oscilar entre un valor nulo hasta la sobresaturación. El oxígeno disuelto presenta concentraciones máximas hacia la superficie y a medida que aumenta la profundidad va disminuyendo la concentración hasta anularse. La zona de mayor profundidad donde el oxígeno se anula, se conoce como oxipausa, y su posición depende de la actividad fotosintética, el consumo de oxígeno por las bacterias y el grado de mezcla de las aguas inducido por el viento.

Nutrientes

Los nutrientes son fundamentales para el tratamiento de aguas residuales mediante lagunas de oxidación. A medida que avanza la depuración de las aguas, se va produciendo una reducción de nutrientes que puede generar concentraciones limitantes para el desarrollo de algas y bacterias.

Sulfuros

La presencia de concentraciones de azufre residual en el recurso, afecta los procesos biológicos en las lagunas al generar un cambio de las algas verdes por algas azul-verdosas, si el pH aumenta, el azufre reducido permanece en solución como ion hidrosulfuro. Existen dos tipos de bacterias que oxidan compuestos reducidos de azufre, unas son las bacterias incoloras, las cuales utilizan el oxígeno molecular como aceptador de electrones, este tipo de bacterias son poco comunes en las lagunas de estabilización y, en caso de encontrarlas, su ambiente óptimo es en la capa superficial de la laguna.  El segundo tipo de bacterias, son las fotosintéticas del azufre que emplean la luz solar y concentración de sulfuros, así como CO2 como aceptador de hidrógeno. Estas bacterias le dan un color rojizo al recurso y aparecen cuando existen sulfuros y anaerobiosis.

 

FACTORES BIOLÓGICOS

Bacterias

Intervienen en múltiples procesos en el tratamiento de aguas residuales mediante la implementación de lagunas de oxidación, entre ellos el más importante, es la reducción de la concentración de materia orgánica por vía aerobia. También intervienen en los procesos de descomposición anaerobia, así como en los desnitrificación, nitrificación y acumulación de fósforo.

Algas

Son organismos fotosintéticos, la mayoría de ellos unicelulares. El uso de las algas en los sistemas de tratamiento es principalmente como fuentes abastecedoras de oxígeno en los sistemas extensivos y al ser organismos autótrofos su presencia en los sistemas de depuración de las aguas residuales no disminuye el contenido de materia orgánica, sino que lo aumentan debido a que la sintetizan a partir de las fuentes minerales de carbono existentes. Las algas unicelulares, reaccionan rápidamente a los cambios del medio ambiente. Los factores de crecimiento son: la iluminación, la temperatura y las condiciones de los nutrientes.

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Sobre el Autor

Fibras y Normas de Colombia S.A.S.

Fibras y Normas de Colombia es una empresa que ha sido fundada desde el 2004 y se ha encargado de suministrar agua potable a todos los rincones del país, con la finalidad de llevar hasta los lugares mas recónditos el beneficio de este magnifico recurso natural. Ademas, enfatizamos las prioridades de las personas y nos involucramos en proyectos educativos para compartir los conocimientos en la ciencia del tratamiento de aguas, para impartir nuevas tecnologías que favorezcan el desarrollo de la omnisciencia.

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