Tratamiento de aguas residuales – Lagunas

En un artículo reciente se dio un breve resumen de los métodos de tratamiento secundario de aguas residuales. Estos son tratamientos biológicos que buscan estabilizar los contaminantes contenidos en las aguas residuales. La manera de estabilizar estos compuestos es mediante el procesamiento biológico en el cual las colonias de bacterias presentes en los biorreactores consumen los compuestos contaminantes y los transforman en productos de fácil remoción. Por ejemplo, la materia orgánica presente en el agua, expresada como Demanda Bioquímica de Oxígeno a 5 días (DBO5), es drásticamente reducida por el metabolismo de las bacterias, a través del cual la materia orgánica se transforma en dióxido de carbono y en biomasa; la cual es removida junto con los lodos sedimentados una vez que la vida de la bacteria llega a su fin. Otros contaminantes como el nitrógeno y el fósforo son estabilizados de maneras similares (Abu Shmeis, 2018). Una manera de llevar a cabo estos procesos biológicos sin emplear biorreactores es mediante la construcción de lagunas artificiales.

Las lagunas artificiales actúan en sí como grandes reactores de crecimiento suspendido (similares a los sistemas de lodos activados, discutidos en un artículo pasado). Existen tres tipos de lagunas de tratamiento de agua: las aeróbicas, las anaeróbicas, y las facultativas. Es recomendable que, al momento de construcción de estas lagunas artificiales, se coloque un recubrimiento impermeable en el suelo, con el fin de evitar la filtración de contaminantes al suelo. Adicionalmente, es importante tomar en consideración que la implementación de estos sistemas requiere de una superficie extensa   (Theodore, et al., 2019).

Lagunas aeróbicas

Las lagunas aeróbicas, son fosas de 6 m donde se implementa un sistema de difusión de oxígeno en el agua, el cual ayuda al desarrollo de las poblaciones de bacterias y al mezclado del agua residual (Theodore, et al., 2019). Mediante el uso de estos sistemas se puede realizar la remoción de la gran mayoría de la DBO5 y la conversión en nitratos del amoniaco disuelto. También, el tiempo de residencia es determinado por la cantidad de oxígeno suministrado: el tiempo usual es de 20 días, pero si la aireación es intensa, puede ser menor a 10 días (U.S. Environmental Protection Agency, 2002).

Laguna aeróbica - Fuente: Bioworks GmbH

Estos sistemas normalmente emplean difusores de oxígeno en el fondo de la laguna. Mediante el uso de estos sistemas, se puede lograr una mínima concentración de DBO5 de 5 mg/L en el agua saliente (Theodore, et al., 2019). No obstante, es importante considerar que, durante los meses más calurosos, la concentración de oxígeno disuelto puede disminuir, por lo que la eficiencia en remoción de DBO5 y en la nitrificación puede verse disminuida. Por esta razón, es recomendable diseñar los sistemas de suministro de oxígeno en exceso (U.S. Environmental Protection Agency, 2002).

Lagunas anaeróbicas

Por otro lado, las lagunas anaeróbicas difieren de sus contrapartes aireadas porque no se les suministra oxígeno y son más profundas (6 a 8 m). En algunos casos, también se opta por colocar paneles de poliestireno en la superficie del agua para evitar la difusión de oxígeno superficial. Se trata de un proceso en el cual se pueden eliminar la mayor cantidad de sólidos sedimentables y hasta el 90% de la DBO5 mediante la acción de bacterias que no consumen oxígeno (Theodore, et al., 2019).

Lagunas anaeróbicas en paralelo

La manera en la que estos sistemas funcionan es que las bacterias consumen la materia orgánica y generan metano y dióxido de carbono. Luego, parte de los sólidos suspendidos son arrastrados junto con los gases y forman una capa en la superficie del agua, la cual puede ser removida de manera sencilla; otra gran parte de los sólidos presentes en el agua residual se precipitan al fondo de la laguna (Theodore, et al., 2019). No obstante, algunas desventajas del uso de estas operaciones es que la calidad del efluente no es suficiente para que sean descargadas al medio ambiente, por lo tanto, es necesario que se continue con un proceso aeróbico; adicionalmente, el olor producido por estas instalaciones es desagradable (U.S. Environmental Protection Agency, 2002).

Lagunas facultativas

Diagrama de funcionamiento de una laguna facultativa - Fuente: University of Nebraska-Lincoln

El último tipo de laguna, la laguna facultativa es una combinación de ambos tipos antes descritos, con una profundidad menor a las lagunas anaeróbicas (1.2 a 2.4 m). Este tipo de instalaciones no se emplean sistemas de aireación; en cambio la difusión de oxígeno se da de manera natural. La generación de oxígeno se da mediante la acción de algas que consumen CO2 y liberan oxígeno mediante la fotosíntesis. Luego, este oxígeno se difunde a las partes más profundas de la laguna, para que las bacterias presentes ahí puedan realizar la degradación de la materia orgánica, remoción de fósforo, y nitrificación del amoniaco. (Theodore, et al., 2019). Es importante considerar que, en climas más fríos, la eficiencia de producción y difusión de oxígeno es reducida. Adicionalmente, el tiempo de residencia suele ser de 20 días (U.S. Environmental Protection Agency, 2002).

Conclusión

La construcción de lagunas artificiales es una alternativa a la implementación de biorreactores para el tratamiento secundario de aguas residuales. A través del uso de estos métodos, es posible eliminar la mayoría de la DBO5, los sólidos suspendidos; así como es factible estabilizar el nitrógeno y fósforo contenido en el agua residual. No obstante, es importante considerar que son sistemas que ocupan más espacio que los biorreactores del tratamiento secundario convencional.

Referencias:

Abu Shmeis, R. (2018). Fundamentals of Quorum Sensiung, Analytical Methods and Applications in Membrane Bioreactors. Comprehensive Analytical Chemistry.

Theodore, L., Farber, P., Weiss, K., Heermann, M., D'Aquino, R., McKenna, J., . . . Thorneloe, S. (2019). Waste Management. In D. Green, & M. Southard, Perry's Chemical Engineers' Handbook. United States: McGraw-Hill.

U.S. Environmental Protection Agency. (2002). Aerated, Partial Mix Lagoons. Washington, D.C.: EPA.

U.S. Environmental Protection Agency. (2002). Anaerobic Lagoons. Washington, D.C.: EPA.

U.S. Environmental Protection Agency. (2002). Facultative Lagoons. Washington, D.C.: EPA.