Fofo 6 1. Coloración verde intensa de una laguna facultativa (cortesía de TRAGSA).
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Lagunas facultativas
INTRODUCCIÓN
Las lagunas facultativas son aquellas que poseen una zona aerobia y una zona
anaerobia, situadas respectivamente en superficie y fondo. Por tanto, en estas lagunas
podemos encontrar cualquier tipo de microorganismo, desde anaerobios estrictos en
el fango del fondo hasta aerobios estrictos en la zona inmediatamente adyacente a
la superficie. Sin embargo, los seres vivos más adaptados al medio serán
los microorganismos facultativos, que pueden sobrevivir en las condiciones cambiantes
de oxígeno disuelto típicas de estas lagunas a lo largo del día y del año.
Además de las bacterias y protozoos, en las lagunas facultativas es esencial
la presencia de algas, que son las principales suministradoras de oxígeno disuelto.
A diferencia de lo que ocurre con las lagunas anaerobias, el objetivo perseguido
en las lagunas facultativas es obtener un efluente de la mayor calidad posible, en
el que se haya alcanzado una elevada estabilización de la materia orgánica,
y una reducción en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes.
FUNDAMENTOS DE LA DEPURACIÓN DE LAGUNAS FACULTATIVAS
La degradación de la materia orgánica en lagunas facultativas tiene
lugar fundamentalmente, por la actividad metabólica de bacterias heterótrofas
facultativas, que pueden desarrollarse tanto en presencia como en ausencia de oxigeno
disuelto, si bien su velocidad de crecimiento, y por tanto la velocidad de depuración,
es mayor en condiciones aerobias (Metcalf-Eddy, 1979). Puesto que la presencia de
oxígeno es ventajosa para el tratamiento, las lagunas facultativas se diseñan
de forma que se favorezcan los mecanismos de oxigenación del medio.
Fofo 6 1. Coloración verde intensa de una laguna facultativa (cortesía de
TRAGSA).
Las dos fuentes de oxigeno en lagunas facultativas son la actividad fotosintética
de las algas y la reaireación a través de la superficie.
Puesto que las algas necesitan luz para generar oxigeno, y la difusión de éste
en el agua es muy lenta, las lagunas tienen normalmente poca profundidad (1-2 metros),
para facilitar así un ambiente oxigenado en la mayor parte del perfil vertical.
La profundidad a la cual se anula el contenido de oxigeno disuelto se llama oxipausa
y varía a lo largo del día y del año.
Uno de los signos de buen funcionamiento en las lagunas facultativas es el desarrollo
de un color verde brillante debido a la presencia de algas. Las bacterias y algas
actúan en forma simbiótica, con el resultado global de la degradación
de la materia orgánica. Las bacterias utilizan el oxigeno suministrado por las
algas para metabolizar en forma aeróbica los compuestos orgánicos. En este
proceso se liberan nutrientes solubles (nitratos, fosfatos) y dióxido de carbono
en grandes cantidades. Estos son utilizados por las algas en su crecimiento. De esta
forma, la actividad de ambas es mutuamente beneficiosa (Mara, 1976; Dinges, 1982;
Brock, 1978). En la figura 6.1 aparece un díagrama en el que se resume esta
actividad coordinada entre algas y bacterias.
FIGURA 6.1
Representación esquemática de la actividad de algas y bacterias en lagunas
facultativas
Desde el punto de vista de la depuración, las bacterias se pueden describir
como pequeños reactores bioquímicos, capaces de autorregularse. La oxidación
biológica es la conversión bacteriana de los compuestos orgánicos
hasta compuestos inorgánicos oxidados, proceso que se conoce con el nombre de
mineralización. Como ejemplo de estos procesos tenemos:
bacterias
Carbono orgánico +O2 = CO2
Hidrógeno orgánico +O2 = H2O
Nitrógeno orgánico +O2 = NO3-
Fósforo orgánico +O2 = PO43-
Azufre orgánico +O2 = SO42-
Las bacterias oxidan los productos de desecho para conseguir la energía y materias
primas necesarias para la síntesis de las moléculas complejas de las que
están formadas (proteínas, polisacáridos, etc). El proceso global
de oxidación bacteriana puede describirse mediante la ecuación siguiente:
Bacterias
Materia orgánica + Oxigeno = Productos oxidados + Nuevas bacterias
Por su parte, las algas sintetizan la materia orgánica de la que están
constituidas en presencia de luz, para lo que necesitan, además, dióxido
de carbono y nutrientes disueltos:
Algas, luz
CO2 + Nutrientes disueltos = Nuevas algas + Oxigeno
De esta forma, si combinamos la actividad de algas y bacterias, el proceso global es el siguiente:
Bacterias, algas
Materia orgánica = Nuevas bacterias + Nuevas algas
En conjunto se obtiene una estabilización de la materia orgánica, que se
traduce en fuertes descensos de la demanda bioquímica de oxigeno y demanda química
de oxigeno del agua a su paso por las lagunas facultativas (Mara, 1976). En la figura
6.2 aparece un esquema simplificado de los principales procesos por los que tiene
lugar la depuración en lagunas facultativas.
FACTORES QUE AFECTAN A LA DEPURACIÓN EN LAGUNAS FACULTATIVAS
A continuación estudiaremos los factores que influyen en el comportamiento
de las lagunas facultativas. Dado que la actividad de algas y bacterias es el fundamento
de la depuración del agua residual almacenada, cualquier variable que afecte
esta actividad repercutirá en el tratamiento. Los factores más importantes
son los siguientes.
Factores climáticos
Temperatura
Como ocurre con todos los procesos biológicos, la temperatura presenta
una influencia marcada en todas las etapas. En general, y para los intervalos de
temperatura normales en las lagunas (de 0-30º C en España), se puede decir
que la velocidad de la depuración aumenta con la temperatura, en especial en
lo que concierne a la actividad de las bacterias.
FIGURA 6.2
Esquema de los mecanismos responsables de la depuración en lagunas facultativas
Sin embargo, y en lo que respecta a las algas, se han detectado retardaciones importantes
en la actividad fotosintética a temperaturas elevadas (superiores a 28º
C), relacionadas con la estimulación del crecimiento de algas verdiazules
(cianoficeas), menos productivas que las algas verdes (clorofíceas) a las que sustituyen
(W. H. O., 1987). Puesto que este fenómeno coincide con una gran actividad de
las bacterias, y por tanto, grandes consumos de oxígeno, pueden desarrollarse
zonas anaerobias en las lagunas facultativas en épocas muy calurosas, especialmente
si el calentamiento se produce de forma brusca. Normalmente esta situación es
transitoria y las lagunas vuelven a funcionar correctamente al cabo de poco tiempo
(AGAMIT, S. A., 1988; INYPSA, 1986).
La depuración en lagunas facultativas es más lenta durante los meses de
invierno, lo que debe tenerse en cuenta a la hora del diseño para evitar sobrecargas
y mal funcionamiento en la época fría del año.
Radiación solar
La luz es fundamental, como hemos visto, para la actividad fotosintética.
Esta depende no sólo de la luz que alcanza la superficie del agua, sino de la
que penetra en profundidad. Dado que el medio es normalmente muy turbio, debido sobre
todo a la presencia de las mismas algas (este fenómeno se conoce como autosombreado),
la luz que penetra en la laguna se atenúa rápidamente y se anula a poca
distancia de la superficie (Vollenweider, 1974; Moreno, 1984). Por esta razón
la profundidad de las lagunas debe ser pequeña, garantizando así que la
mayor parte de la columna de agua va a contar con cierto grado de iluminación.
Puesto que la intensidad de la luz varia a lo largo del día y a lo largo del
año, la velocidad de crecimiento de las algas varía también de la
misma forma. Este fenómeno da lugar a dos efectos fundamentales: el oxigeno disuelto
y el 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.
A partir de este punto los valores decrecen de nuevo a lo largo de la noche. Esta
evolución se observa mejor durante la primavera y verano, cuando la actividad
fotosintética es más intensa (ver figura 6.3).
Viento
La acción del viento en las lagunas facultativas es importante por dos
razones (W. H. O., 1987):
1. La reaireación a través de la interfase aire-agua depende de la velocidad
del viento.
FIGURA 6.3
Variación diaria de oxígeno y pH
2. El efecto de mezcla del viento puede evitar el desarrollo de estratificación
térmica, aunque en ocasiones la acción del viento puede dar lugar a la
aparición de problemas de flujo.
Por tanto, el proyectista debe estudiar cuidadosamente el régimen de vientos
en la zona donde se va a construir la depuradora por lagunaje, de forma que el diseño
se beneficie al máximo del efecto del viento en el área. Por ejemplo, hay
que evitar que se produzcan corrientes superficiales estimuladas por el empuje del
viento entre la entrada y la salida. Para ello habría que reorientar la laguna
o la posición de la alimentación y el efluente. Por otra parte, es necesario
estudiar el efecto de los taludes o de los árboles situados alrededor de la
planta en la reaireación de las lagunas, o en la posibilidad de aparición
de estratificación si éstos actúan como cortavientos.
Evaporación
Este factor debe tenerse en cuenta en climas muy cálidos y secos. Se
considera que una evaporación diaria de 5 milímetros no provoca efectos
apreciables en las lagunas (W. H. O., 1987). La repercusión principal de la
evaporación es la concentración de los sólidos que contiene el agua
almacenada. El consiguiente aumento de la salinidad puede resultar perjudicial si
el efluente se va a emplear en riegos.
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