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Lagunas de estabilización
INTRODUCCIÓN
El tratamiento por lagunaje de aguas residuales consiste en el almacenamiento de
éstas durante un tiempo variable en función de la carga aplicada y las
condiciones climáticas, de forma que la materia orgánica resulte degradada
mediante la actividad de bacterias heterótrofas presentes en el medio. Puesto
que en la depuración por lagunaje no interviene para nada la acción del
hombre, quien se limita a proporcionar un emplazamiento adecuado para las balsas,
el lagunaje es un método biológico natural de tratamiento, basado en los
mismos principios por los que tiene lugar la autodepuración en ríos y lagos.
Dado que la presencia de oxígeno disuelto en las lagunas de estabilización
determina qué tipo de mecanismos van a ser responsables de la depuración,
los estanques de estabilización suelen clasificarse en aerobios, anaerobios
y facultativos. Además de esta clasificación básica también se
utilizan otras relacionadas con sus características físicas, tales como
la profundidad. Ambas clasificaciones están relacionadas, ya que las fuentes
de oxígeno disuelto en lagunas son fenómenos de superficie. Estas fuentes
de oxígeno son la actividad de las algas microscópicas y la reaireación
a través de la interfase aire-agua. En los capítulos siguientes estudiaremos
en detalle las características de cada uno de los tipo de lagunas de estabilización.
DESARROLLO HISTÓRICO DEL LAGUNAJE
Las primeras lagunas de estabilización fueron en realidad embalses construidos
como sistemas reguladores de agua para riegos. En estos embalses se almacenaban los
excedentes de agua residual utilizada en riegos directos, sin tratamiento previo.
En el curso de este almacenamiento se observó que la calidad del agua mejoraba
sustancialmente, por lo que empezó a estudiarse la posibilidad de utilizar las
lagunas como método de tratamiento de aguas residuales. El primer embalse es
el que se realizaron estudios de este tipo fue el llamado Lago Mitchell, situado
en la ciudad de San Antonio (Texas, Estados Unidos), a principios de este siglo.
Posteriormente se realizaron estudios sistemáticos de los procesos responsables
de la depuración por lagunaje, para lo que se efectuaron seguimientos de las
características físicas, químicas y microbiológicas de lagunas de
estabilización situadas en California, Nevada, Texas y Arizona (Estados Unidos)
y Lund (Suecia). Estos primeros estudios permitieron establecer las características
básicas del funcionamiento de las lagunas de estabilización, y la influencia
de varios factores (temperatura, luz, configuración, orientación, forma
y tamaño de los estanques, composición del agua residual) sobre el comportamiento
de estas plantas depuradoras (Dinges, 1982).
EXTENSIÓN ACTUAL DEL LAGUNAJE
Desde entonces, el empleo de lagunas de estabilización como sistemas de depuración
de aguas residuales se ha generalizado en todo el mundo. Actualmente existen plantas
de tratamiento por lagunaje en todas las condiciones climáticas, desde los trópicos
hasta Alaska. Sólo en Estados Unidos hay más de 5.000 instalaciones operadas
por organismos públicos, y un tercio de las plantas de tratamiento municipales
son depuradoras por lagunaje (Middlebrooks y col., 1982). Otros países en los
que se utilizan ampliamente las lagunas de estabilización son Alemania, Francia,
Canadá, Bélgica, Holanda, Australia, Nueva Zelanda, Israel, India y
Brasil(F.
U. L., 1981).
Como resultado de la experiencia adquirida en la utilización de lagunas de estabilización
se han ido incorporando mejoras de diseño que han permitido obtener calidades
crecientes en el efluente de las plantas. Entre las mejoras introducidas destacan
el uso de plantas superiores (normalmente helofitas, es decir, plantas que poseen
una parte aérea y otra sumergida como las cañas de río), o peces (carpa
china u otras especies fácilmente adaptables a las fluctuaciones en oxigeno
del agua), con la finalidad de obtener efluentes clarificados y subproductos potencialmente
valiosos desde el punto de vista económico. Otras mejoras han consistido en
el tratamiento final del efluente en filtros de turba o arena, o la irrigación
controlada en filtros verdes, de forma que se obtenga un efluente de gran calidad
que no plantee ningún problema en el medio ambiente (Dinges, 1982; Middle-brooks
y col., 1982).
En España, las lagunas de estabilización se han introducido recientemente,
aunque se han ido popularizando con gran rapidez, y en la actualidad hay más
de 100 depuradoras de este tipo en operación o construcción.
En cuanto al tamaño de estas plantas de tratamiento, existen en la actualidad
una gran variedad de lagunas de estabilización operando correctamente. Aunque
a menudo se utilizan para el tratamiento de aguas residuales de pequeñas o medianas
poblaciones (500-20.000 habitantes), los siguientes ejemplos demuestran la aplicabilidad
de esta técnica a poblaciones de gran tamaño:
TABLA 3.1
Ejemplos de poblaciones que cuentan con lagunas de estabilización de aguas residuales
Resulta interesante destacar que todos estos ejemplos corresponden a países
industrializados (Mara, 1976).
VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL POR LAGUNAJE
Cuando se decide qué método de tratamiento resulta indicado para una comunidad,
el proyectista debe tener en cuenta una serie de criterios que le permitan analizar
sistemáticamente los pros y contras de las alternativas que se le presentan.
Los siguientes criterios son fundamentales a la hora de la toma de decisión
en la gestión de aguas residuales:
TABLA 3.2
Criterios seguidos en la elección de métodos de depuración de aguas
residuales
Foto 3.1. Lagunas de estabilización de La
Solana (Ciudad Real).
1. Salud pública. El método de tratamiento debe asegurar un nivel adecuado
de microorganismos patógenos en el efluente.
2. Reutilización. El agua residual tratada debe ser potencialmente utilizable
en actividades como irrigación o acuicultura.
3. Medio ambiente. En aquellos casos en los que el vertido final deba hacerse a un
cauce público, el tratamiento elegido debe garantizar que el medio natural afectado
no va a degradarse como respuesta a este vertido. Es decir, la carga final en el
medio debe ser igual o inferior a la capacidad de autodepuración de los ecosistemas
receptores.
4. Molestias a la población. El método de tratamiento debe estar libre
de olores, ruidos, desarrollo de insectos, etc., que puedan provocar molestias en
la población próxima a la planta.
5. Facilidad operativa. Las necesidades de operación y mantenimiento de la planta
depuradora deben satisfacerse por personal disponible a nivel local, evitando en
lo posible instalaciones complejas que requieran períodos prolongados de entrenamiento
de los operarios.
6. Costes. Tanto los costes de instalación como de mantenimiento han de considerarse
en la elección del sistema de depuración. Especialmente en lo tocante al
mantenimiento, es esencial que los costes derivados de la depuración no excedan
la capacidad de los ayuntamientos u organismos responsables de la gestión de
las instalaciones. La posibilidad de reutilización de las aguas tratadas puede
ser un factor importante en este sentido.
Teniendo en cuenta estos criterios, el lagunaje constituye uno de los métodos
más adecuados para el tratamiento de aguas residuales urbanas o industriales
fácilmente biodegradables. Los principales inconvenientes de las lagunas de
estabilización son la presencia de materia en suspensión en el efluente,
debida a las altas concentraciones de fitoplancton, y ocupación de terreno,
que es superior a la de otros métodos de tratamiento.
Estos inconvenientes resultan despreciables en relación con las ventajas del
método cuando el efluente no se haya de verter en un cauce público donde
puede provocar problemas de eutrofización (desarrollo de actividad fitoplanctónica
debida a la elevación de los niveles de nutrientes), o en aquellos casos en
los que el terreno es abundante y barato. Otro posible inconveniente de esta técnica
cuando el efluente se va a reutilizar en riegos es que se producen pérdidas
importantes de agua en verano debido a la evaporación. Aparte de estos factores,
el lagunaje presenta una serie de ventajas respecto a otros procedimientos, entre
las que destacan las siguientes:
a) La estabilización de la materia orgánica alcanzada es muy elevada.
A igualdad de estabilización, ésta se consigue mediante lagunaje a un coste
más bajo y con un mínimo de mantenimiento, ya que no se necesitan aportes
energéticos o reactivos químicos para llevar a cabo el tratamiento.
b) La eliminación de microorganismos patógenos es muy superior a
la alcanzada mediante otros métodos de tratamiento. La desinfección que
presenta el efluente de una planta de tratamiento bien diseñada y operada es
superior al 99,99 %, con niveles finales de coliformes del orden de 102-103/100 ml (Radoux, 1981).
Por otra parte, los quistes y huevos de parásitos intestinales, presentes en
el efluente de tratamientos convencionales no sujetos a cloración, no resisten
las condiciones ambientales de las lagunas de estabilización. En general, puede
afirmarse que es posible el vertido del efluente de una planta de tratamiento por
lagunaje a un cauce público o su uso en riegos sin riesgos para la salud, mientras
que es necesaria la desinfección de los efluentes de plantas convencionales
en una etapa adicional de cloración (W. 11.0., 1987).
c) Las lagunas de estabilización presentan una gran flexibilidad en el
tratamiento de puntas de carga y caudal. Este comportamiento se debe a que el tiempo
que el agua residual permanece en las lagunas tiende a ser largo (del orden de 20-50
días), por lo que éstas presentan una inercia acusada que les permite aceptar
breves períodos de carga orgánica o caudal elevados. Sin embargo, si esta
situación anómala persiste, la capacidad tampón de las lagunas de
estabilización se agota, y puede requerirse un tiempo considerable (una semana
a un mes, dependiendo de las condiciones climáticas) para que se recupere la
marcha normal de la depuración (Mara, 1976). Se han observado problemas de este
tipo con los vertidos incontrolados de residuos industriales como los alpechines,
como se comentaba en el capítulo 2.
d) El lagunaje puede utilizarse para el tratamiento de aguas residuales industriales
con altos contenidos en materias biodegradables, tales como los vertidos de centrales
lecheras, mataderos y empresas conserveras. En especial, el lagunaje anaerobio constituye
un excelente pretratamiento para estos vertidos, que poseen elevadísima carga
orgánica y materias en suspensión (Middlebrooks y col., 1982).
e) El diseño de las lagunas puede ajustarse fácilmente para que
la depuración se adapte a las necesidades de la población en distintas
situaciones.
Por ejemplo, los dispositivos de salida del efluente pueden proyectarse de forma
que se pueda variar su altura, y así mismo la profundidad de agua en las lagunas,
con lo que se controla el tiempo de retención del agua residual y por tanto
el nivel de depuración alcanzado. Un diseño de este tipo podría utilizarse
en el caso de vertidos estacionales desde una fábrica de conservas o para el
almacenamiento estacional de aguas residuales para riegos.
Otra posibilidad que permite aumentar la flexibilidad de la planta es el diseño
en forma modular, con mayor número de lagunas de menor tamaño interconectadas,
lo que permite reducir o aumentar el número de lagunas en servicio en función
de la cantidad y carga de agua residual a tratar. Este tipo de diseño es el
que se emplea normalmente en España para el tratamiento de efluentes de poblaciones
turísticas. Esta flexibilidad de diseño es la base de la aplicación
del lagunaje en sistemas mixtos para la depuración-regulación de aguas
residuales para riegos que se está popularizando rápidamente en zonas del
sureste español como el Campo de Cartagena (Moreno, 1984).
f) Desde el punto de vista económico, el lagunaje es mucho más barato
que los métodos convencionales, con bajos costes de instalación y mantenimiento.
g) El consumo energético de las lagunas de estabilización es nulo,
ya que las únicas fuentes de energía que necesita para su funcionamiento
son la luz solar y la acción del viento, como veremos en los próximos capítulos.
Sólo en el caso de que el agua residual deba ser bombeada para que alcance la
planta es necesario un consumo de energía en este método de depuración.
h) La generación de lodos tiene lugar, fundamentalmente, en las lagunas
anaerobias, en las que éstos se van acumulando durante un período de tres-cuatro
años antes de que sea necesario su vaciado y limpieza. Por tanto, no se generan
diariamente fangos que haya que retirar o tratar, y debido al largo período
de almacenamiento los fangos resultantes presentan un elevado grado de mineralización
(80-85 %) (Moreno, 1984; Ortuño, 1987).
i) En el proceso de lagunaje se generan biomasas potencialmente valorizables
una vez separadas del efluente. Estos posibles subproductos son el fitoplancton,
zooplancton, vegetación superior en lagunas con macrofitas y peces (Dinges,
1982).
TABLA 3.3
Ventajas e inconvenientes del lenguaje en relación con los métodos convencionales
de depuración
TIPOS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Como veíamos anteriormente, se utilizan distintos criterios para la clasificación
de los estanques de estabilización. A continuación se ha incluido una lista
con las definiciones de los términos utilizados más a menudo para referirse
a los distintos tipos de lagunas. Como puede observarse, la presencia de oxigeno
disuelto es uno de los criterios fundamentales en la tipología utilizada (W.
11.0., 1987).
1. Lagunas anaerobias. La depuración en estas lagunas ocurre por la acción
de bacterias anaerobias. En estas lagunas, como consecuencia de la elevada carga
orgánica y el corto período de retención del agua residual, el contenido
en oxigeno disuelto se mantiene muy bajo o nulo durante todo el año. El objetivo
perseguido es retener la mayor parte posible de los sólidos en suspensión,
que pasan a incorporarse a la capa de fangos acumulados en el fondo, y eliminar parte
de la carga orgánica.
2. Lagunas facultativas. Estos estanques se caracterizan por poseer una zona aerobia,
próxima a la superficie, y una zona anaerobia en el fondo. La extensión
relativa de estas dos zonas varia durante el año en función de la carga
aplicada y de la eficacia de los dos mecanismos de adición de oxígeno al
medio: la fotosíntesis llevada a cabo por las algas y la reaireación a
través de la superficie. La finalidad de estas lagunas es la estabilización
de la materia orgánica en un medio oxigenado proporcionado principalmente por
las algas presentes.
3. Lagunas de maduración. También se llaman lagunas de oxidación.
En estas lagunas se mantiene un ambiente aerobio en toda su profundidad, lo que se
consigue
con menores cargas aplicadas, de forma que la fotosíntesis y la reaireación
sean suficientes para proporcionar oxígeno disuelto a toda la columna de agua.
En las lagunas de maduración se consigue una elevada desinfección del agua
tratada, así como la mineralización de los nutrientes orgánicos.
Dado que estos tres tipos de lagunas requieren niveles decrecientes de carga orgánica
para funcionar correctamente, las plantas de tratamiento suelen estar constituidas
por los tres tipos de estanques operando en serie, es decir, uno después del
otro (ver figura 3. 1., en la que aparecen algunas posibles combinaciones de lagunas
en plantas de depuración por lagunaje). De esta forma se alcanza una mayor calidad
en el efluente final del sistema.
Otra clasificación utilizada en lagunas de estabilización considera la
forma en que se produce la alimentación y descarga del agua residual en la instalación
(Middlebrooks, 1982). En función de los patrones de circulación utilizados,
se tienen los tipos siguientes:
a) Lagunas continuas. Son aquellas en las que se produce la entrada y salida
continua del agua residual y efluente. La mayoría de las lagunas para tratamiento
de aguas residuales urbanas funcionan de acuerdo con este principio.
b) Lagunas semícontinuas o de descarga controlada. En este caso las lagunas
se llenan con agua residual, que se almacena durante un período prolongado de
tiempo, hasta que se inicia su vaciado. Este tipo de diseño se utiliza a menudo
en zonas con grandes variaciones estacionales, o cuando la laguna de estabilización
se utiliza simultáneamente como sistema regulador de riegos.
FIGURA 3.1
Representación esquema desde algunas de las disposiciones más comunes de
las lagunas en plantas de
tratamiento por lagunaje (A = laguna anaeróbica; F = laguna facultativa; M =
laguna de maduración)
c) Lagunas de retención total. Este tipo de lagunas se diseña de forma que el agua tratada se pierda por evaporación o infiltración en el terreno, con lo que no se produce su vertido final a un cauce público. Normalmente se trata de lagunas de poca profundidad y gran extensión para facilitar la evaporación del agua almacenada. Hasta la fecha no se ha instalado ninguna de estas lagunas en España.
Foto 3.2. Vista aérea de las lagunas
de estabilización de Los Alcázares (Murcia).
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