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Tecnología y Ciencias del Agua
, vol. VIII, núm. 4, julio-agosto de 2017, pp. 139-155
Cortés-Martínez
et al
.,
Optimización en el diseño de un sistema de tratamiento de aguas residuales integrado por tres lagunas de estabilización
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ISSN 2007-2422
Introducción
Una laguna de estabilización es un reservorio
de agua con poca profundidad. Este tipo de
tratamiento representa una ventaja en relación
con los demás sistemas de tratamiento: cons-
trucción sencilla, y fácil operación y manteni-
miento (Metcalf & Eddy Inc., 1991). De acuerdo
con la Comisión Nacional del Agua (Conagua),
las lagunas de estabilización se clasifican en
anaerobias, facultativas y de pulimiento, o de
maduración; su objetivo principal es la elimina-
ción de contaminantes: demanda bioquímica de
oxígeno (DBO) y coliformes fecales (Conagua-
IMTA, 2007b). Las lagunas anaerobias funcionan
en ausencia de oxígeno y las profundidades
varían de 3 a 5 metros. El tratamiento se lleva a
cabo por medio de bacterias que forman ácidos
orgánicos y bacterias metanogénicas.
Las lagunas facultativas incluyen tres partes:
la primera se conoce como zona superficial, en
donde algas y bacterias tienen una relación sim-
biótica; la zona de fondo es anaerobia, en donde
se acumulan los lodos y son descompuestos; en
la zona intermedia, conocida como facultativa,
se descompone la DBO o materia orgánica, a
través de las bacterias aerobias, anaerobias y
facultativas; según Rolim (2000), las profundi-
dades varían de 1.5 a 2.5 metros.
Las lagunas de maduración o de pulimiento
son aerobias y se utilizan al final del proceso;
su propósito es incrementar la calidad del agua
residual reduciendo los organismos patógenos;
la eliminación de las bacterias depende de
las condiciones climatológicas y ambientales,
por ejemplo: un potencial de hidrógeno (pH)
alto y la exposición al sol. Las profundidades
sugeridas son de 0.6 a 1.5 metros (Rolim, 2000;
Conagua-IMTA, 2007a).
Los patrones de flujo dentro de las lagunas
de estabilización juegan un papel importante:
el sistema biológico se basa en el sistema
hidráulico, por lo tanto es prudente llevar a
cabo una revisión cuidadosa de la hidráulica
de las lagunas. De acuerdo con Rolim (2000),
los patrones de flujo y mezcla en lagunas de
estabilización se clasifican en: a) flujo pistón,
el caudal se desaloja en el mismo orden que
entró y no se establece mezcla ni dispersión;
b) mezcla completa: los elementos del caudal
son mezclados y su contendido es homogéneo
en toda la laguna; c) flujo disperso, el caudal
tiene un tiempo de retención diferente para cada
periodo, este patrón también es conocido como
flujo arbitrario y se localiza entre dos límites:
flujo pistón y mezcla completa.
Wehner y Wilhelm (1956) llevaron a cabo
un estudio donde relacionan la remoción de
los contaminantes con la dispersión dentro de
las lagunas de oxidación: ubicaron un submo-
delo hidráulico de un reactor entre los límites
de mezcla completa y flujo pistón. Más tarde,
Thirumurthi (1969) analizó que en las lagunas
no se implementaba el flujo pistón ni mezcla
completa y que, efectivamente, sí se establecía
el flujo disperso. Tiempo después, Rolim (2000),
Mara (2004), y Shilton y Bailey (2006) reportaron
que la geometría de las lagunas tenía influencia
importante sobre el desempeño hidráulico y la
eliminación de contaminantes; por ejemplo, una
relación largo ancho de tres favorece el estable-
cimiento del flujo pistón en el estanque; es decir,
se refiere a lagunas rectangulares. Teóricamente,
el patrón de mezcla completa se favorece cuan-
do las lagunas son cuadradas o circulares. El
flujo disperso está comprendido entre los dos
patrones anteriores.
En la figura 1 se muestra una gráfica donde
se relaciona el coeficiente de reducción bacteria-
na y la materia orgánica sobrante; se incluyen
diferentes escenarios para flujo disperso (Weh-
ner & Wilhelm, 1956; Rojas & León, 1990).
Mamparas o deflectores
Shilton y Mara (2005), así como Abbas,
Nasr y
Seif
(2006) recomendaron que en el diseño se
incluyeran mamparas o canales, pues mejoran la
hidráulica dentro de los estanques. Los siguien-
tes investigadores: Killani y Ogunrombi (1984);
Pedahzur, Nasser, Dor, Fattal y Shuval (1993);
Muttamara y Puetpaiboon (1997); Zanotelli,
Medri, Belli-Filho, Perdomo y Costa
(2002); Shilton
y Harrison (2003); Sperling, Chernicharo, Soares
y Zerbini (2003); Shilton y Mara (2005); Abbas
et
