Diseño de lagunajes naturales 

 

  • Esquema de funcionamiento de una planta convencional de lagunaje




  • Lagunas anaerobias
    • Cargas volumétricas entre 0.1 y 0.4 kg DBO5 / m3.día, para zonas frías y templadas respectivamente
    • El volumen de la laguna es:

      V = Li · Q / lv

      V = Volumen de la laguna en m3
       lv = carga volumétrica en g DBO5 / m3.día (100-400)
      Li = concentración del influente en mg DBO5 mg/l
      Q = caudal de entrada en m3/día
    • La profundidad óptima se aproxima a 4 metros
    • Intervalos de carga volumétrica recomendados para el diseño de lagunas anaerobias

      Carga volumétrica g DBO5 / m3 / día Referencia
      40-250 Bradley y Senra, 1976
      125 Gloyna, 1973
      <400 Mara, 1976
      90-350 Parker, 1970
      90-350 Oswald, 1968
      200-500 Cooper, 1968

     

    • Tiempos de retención hidráulica recomendados para el diseño de lagunas anaerobias

      Tiempo de retención Referencia
      5-50 Eckenfelder, 1970
      5 Mara, 1976
      2-5 Parker y cols, 1959
      30-50 Eckenfelder, 1961
      2-5 Malina y Rios, 1976

 

  • Lagunas facultativas (métodos de diseño)
    • Pueden ser las primeras de una serie, o bien actuar a continuación de las lagunas anaerobias
    • La profundidad puede variar de 1 a 2 metros. La variación de la temperatura en las diferentes estaciones del año puede establecer un aumento de la profundidad
    • Para su diseño, el Método del Banco Mundial propone:

      l5 = 20T - 60

      l5 : ratio de carga kg DBO5 / ha.día
      T : temperatura mensual media mínima

      A = (10 x Li x Q) / l5 

      A = Área de la laguna facultativa
      Li = Concentración del influente en mg DBO5 / l
      Q = Caudal de entrada en m3/día
    • El Método de McGarry - Pescod establece la siguiente ecuación de diseño:

      Lmáx (kg DBO5 / ha.día = 11.2 (1.054)T 

      Carga superficial : 140 - 280 kg / ha / día
    • El Método Mara, que es el Método McGarry - Pescod modificado, establece que:

      Lmáx (kg DBO5 / ha.día = 7.5 (1.054)T

      Carga superficial : 140 - 280 kg / ha / día
    • El Método Gloyna  se desarrolló a partir de numerosos experimentos en lagunas y ensayos de laboratorio. Se recomienda utilizar la demanda bioquímica de oxígeno final como variable de diseño 

      V = 3.5 · 10-5 Q Lu q(35-T) f f´

      V : volumen de la laguna (m3)
      Q : caudal de agua residual (l/día)
      Lu : demanda bioquímica de oxígeno final o última (mg/l)
      q : coeficiente de temperatura del agua (ºC)
      f : factor de toxicidad para las algas
      f´ : factor de corrección por compuestos químicos reductores
    • Método de Hermann y Gloyna

      Lp = Lo / (Kt Rt + 1)

      Lo : DBO5 de entrada (mg/l)
      Lp : DBO5 de salida (mg/l)
      Kt : Velocidad de descomposición a temperatura T
      Rt : Tiempo de retención a temperatura T

      q(35-T) = K35 / Kt

      T : Temperatura de funcionamiento de la laguna
      Q : Coeficiente de reacción = 1.085
      K35 : Velocidad de descomposición a 35 ºC = 12
    • El Método de Marais y Eckenfelder se basa en la hipótesis de mezcla completa, estado estacionario y cinética de depuración de primer orden

      k (V / Qo) + Qe / Q = Co / C

      C : DBO5 del efluente (mg/l)
      Co : DBO5 del influente (mg/l)
      k : constante cinética de primer orden (día-1)
      V : volumen de laguna
      Qo : caudal de alimentación (m3/día)
      Qe : caudal de salida (m3/día)

      kt +1 = Co / C

      V / Qo = t, tiempo de residencia hidráulica
      Qe : Qo, los caudales de entrada y salida son iguales
    • Método de Ringuelet

      Tr = k-1 (Ce / Cs) -1

      Ce : DBO5 de entrada (mg/l)
      Cs : DBO5 de salida (mg/l)
      K : constante
      Tr : Tiempo de retención
    • Método sudamericano 

      Lp = 600 / (0.18d + 8)

      Lp : DBO de salida mg/l
      d : profundidad (m)
    • El Método de Thirumurthi se basa en la hipótesis de régimen estacionario, flujo, pistón y cinética de primer orden

      e-kt = Co / C
    • El Método de Uhlmann adopta el modelo de tanques en mezcla completa en serie para describir el flujo en las lagunas, junto a las hipótesis de régimen estacionario y cinética de primer orden

      (kt/n)n = Co / C
    • Método basado en la carga por unidad de superficie. Los datos experimentales indican que pueden generalizarse determinados valores de carga orgánica en función de la superficie y del tiempo atmosférico, según se recoge en la tabla siguiente de carga de superficie, densidad de población y condiciones ambientales

      Carga de superficie kg DBO5 / ha.d Habitantes por ha Tiempo de retención (días) Condiciones ambientales
      Menos de 10 Menos de 200 Más de 200 Zonas muy frías
      10-50 200-1000 200-100 Clima estacional frío, hielo en invierno y templado en verano
      50-150 1000-3000 100-33 Clima entre templado y semi-tropical
      150-300 3000-7000 33-17 Clima tropical

 

  • Lagunas de maduración
    • Se supone toda la masa de agua en condiciones aerobias
    • Son tanques de poca profundidad (0.3-1.2 m) con una producción máxima de algas. Su función es eliminar patógenos
    • La ecuación de diseño de Mara supone una cinética de eliminación de patógenos de primer orden, así como un régimen de flujo en mezcla completa en la laguna.

      Ne = Ni / (1 + kbt*)  

      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
      t* : tiempo de retención (días)
    • Para construir varias lagunas de maduración en serie, la ecuación sería:

      Ne = Ni / (1 + kbt*1) + (1 + kbt*2) ... (1 + kbt*n) 

      t*n : tiempo de retención en la laguna n
    • La constante de velocidad kb depende de la temperatura de la siguiente manera:

      kb = k20q(t-35) 

      k20 : constante de velocidad a 20 ºC (día-1)
      q : coeficiente de temperatura (adimensional)

  • Lagunaje natural en tres etapas

    Se recomienda dos series facultativas y una aerobia, o bien una facultativa y dos aerobias

    Características Lagunas anaerobias Lagunas Facultativas Lagunas Aerobias
    Uso recomendado Vertidos de alta carga contaminante, como pretratamiento de lagunas facultativas Aguas urbanas e industriales. No precisan lagunaje anaerobio previo Complemento de depuración, a continuación de las facultativas
    Carga orgánica incorporada kg DBO5 / ha.d 200-1000 15-80 5-20
    Tiempo de retención (d) 10-50 6-30 4-12
    Profundidad de las balsas (m) 3-6 1-2.5 0.6-1.2
    Dimensiones máximas de cada módulo de laguna (ha) 0.1-1.0 1-4 1-4

 

  • Lagunaje aireado en tres etapas

    Características Laguna 1ª etapa (aireada) Laguna 2ª etapa (aireada) Laguna 3ª etapa (natural)
    Uso recomendado Vertidos urbanos e industriales - -
    Carga orgánica incorporada (kg DBO5 (m3.d) 0.015-0.05 0.005-0.02 -
    MLSSV (kg/m3) 0.2-0.4 0.1-0.2 -
    Tiempo de retención (d) 3-10 4-5 2-4
    Profundidad de las balsas (m) 2-3.5 2-3.5 2-3
    Incorporación de oxígeno (kg O2 / kg DBO5) 0.7 - -

 

Lagunas naturales (Anaerobia - Facultativa - Anaerobia) 

  • Limitación recomendada de uso:
    • < 3000 habitantes
  • Problemas en el sistema:
    • Superficies requeridas (8-11 m2/hab)
    • Olores en etapa anaerobia
    • Sin impermeabilización contaminación de subálveo
    • Mosquitos y roedores
    • Extracción y eliminación periódica de lodos
  • Rendimientos:
    • 80-95 %
  • Instalaciones previas requeridas:
    • Necesario un desbaste. Rejillas o Tamices
    • Conveniente desarenado y desengrasado
    • Difícil dimensionado ante las variaciones de cargas y temperaturas. Una vez construida no puede actuarse contra el sistema
    • Atención a la estabilidad de los taludes
    • Impermeabilización
    • Prever la retirada y extracción de lodos cada dos años
    • Olores y mosquitos

Lagunas naturales (Facultativa - Facultativa - Anaerobia)

  • Limitación recomendada de uso:
    • < 3000 habitantes
  • Problemas en el sistema:
    • Superficies requeridas (8-11 m2/hab)
    • Menos problemas de olores en balsas facultativas
    • Contaminación del subálveo si se realiza sin impermeabilización
    • Mosquitos y roedores
    • Extracción y eliminación periódica de lodos
  • Rendimientos:
    • 80-95 %
  • Instalaciones previas requeridas:
    • Necesario un desbaste. Rejillas o Tamices
    • Conveniente desarenado y desengrasado
    • Difícil dimensionado ante las variaciones de cargas y temperaturas. Una vez construida no puede actuarse contra el sistema
    • Atención a la estabilidad de los taludes
    • Impermeabilización
    • Prever la retirada y extracción de lodos cada dos años
    • Olores y mosquitos

Lagunaje aireado (Aireado Natural - Aireado - Aireado Natural)

  • Limitación recomendada de uso:
    • < 15000 habitantes
  • Problemas en el sistema:
    • Superficies requeridas (1.8-3.5 m2/hab)
    • Consumo energético
    • Extracción y eliminación periódica de lodos
  • Rendimientos:
    • 88-98 %
  • Instalaciones previas requeridas:
    • Necesario un desbaste. Tamices
    • Eliminación arenas y grasas
    • Atención a la estabilidad de los taludes
    • Impermeabilización
    • Prever la retirada y extracción de lodos cada tres años
    • Instalación para suministro energético

 


 

 

Diseño de aplicación al suelo. Filtros verdes

 

  • Limitación recomendada de uso:
    • Según dimensiones
  • Problemas en el sistema:
    • Riego intermitente
    • Colmatado
    • Olores
  • Rendimientos:
    • 85-98 %
  • Instalaciones previas requeridas:
    • Necesario desbaste. Rejillas o Tamices
    • Necesario desengrasado 
    • Necesaria decantación física
    • Recomendable una depuración secundaria
    • Necesaria la digestión de lodos de los decantadores
    • Eliminación de residuos y lodos
  • Parámetros de diseño en aplicaciones al suelo

    Existirá una dependencia directa de las necesidades del agua para el cultivo, además de una importantísima relevancia de las posibilidades de infiltración e intermitencias para la aireación del terreno.

    Característica Baja carga riego Infiltración Aplicación por escorrentía superficial
    Carga hidráulica m3 / m2 por semana 0.01-0.10 0.1-2.0 0.1-0.3
    Carga orgánica g DBO5 / m2 por semana 2-20 50-400 20-60
    Vegetación Necesaria Opcional Necesaria
    Eliminación del agua Evapotranspiración y Percolado - Escorrentía y Evapotranspiración
 

 



 

 

Diseño de lechos de turba

 

  • Limitación recomendada de uso:
    • < 10000 habitantes
  • Problemas en el sistema:
    • Funcionamiento con intermitencias
    • Colmatado
    • Limpieza de filtros
    • Mano de obra
  • Rendimientos:
    • 40-85 %
  • Instalaciones previas requeridas:
    • Tamizado muy fino, malla de 20 µ elemento costoso. En alternativa sería preciso un desbaste convencional similar a los anteriores seguido de un sistema de decantación - digestión
    • Eliminación de grasas
    • Funcionamiento discontinuo para garantizar las condiciones aerobias del sistema
    • Mano de obra similar a los sistemas convencionales para las apariciones de observación del comportamiento, cambio de lechos, escarificado de capas superiores, recambio de turba, etc.
    • Olores y mosquitos
  • Los parámetros de diseño son los siguientes:

    Espesor mínimo de turba 0.4 - 0-8 m
    Carga hidráulica:
    Turba rubia 10 - 15 l / m2.h
    Turba morena 30 - 40 l / m2.h
    Inmovilización de balsa y retirada de costra superficial  10 - 15 años
    Renovación capa turba 1 -3 años
    Carga diseño:
    Sistema alcantarillado separativo > 1.8 m2 / habitante
    Sistema alcantarillado unitario > 2.5 m2 / habitante
    Carga orgánica 0.12 - 0.30 kg DBO / m2.d
 

 

 
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