1 TRATAMIENTO DE LÍQUIDOS CLOACALES EN LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN EN SANTIAGO DEL ESTERO – REPÚBLICA ARGENTINA José Francisco Pasté Instituto de Recursos Hídricos - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías - Universidad Nacional de Santiago del Estero - Republica Argentina. Ingeniero Hidráulico – Master en Ecoauditorías y Planificación Empresarial del Medioambiente. Profesor Adjunto a cargo de la cátedra Ingeniería Ambiental de la Carrera Ing. Civil de la FCEyT - UNSE. Investigador del CICyT – UNSE. Docente de la Carrera Licenciatura en Ecología y Medio Ambiente de la Fac. Cs. Forestales - UNSE. Ex-técnico de la Dirección Provincial de Obras Sanitaria. Alcides Enzo Giordana Dirección de Obras Sanitarias de Santiago del Estero. Mónica Teresa Mattar Instituto de Recursos Hídricos - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías - Universidad Nacional de Santiago del Estero - Republica Argentina. Walter Edgard Trejo Instituto de Recursos Hídricos - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías - Universidad Nacional de Santiago del Estero - Republica Argentina. Av. Belgrano (S) Nº 1.912 - CP 4200 - Santiago del Estero - Republica Argentina - Tel/Fax 54 385 422 2324 Int. 1206 - [email protected]RESUMEN Si bien la Bibliografía referente a tratamientos de líquidos residuales en Lagunas de Estabilización es abundante, en este tema no existen experiencias en la zona que se realizó este trabajo, sin embargo la Lagunas de Estabilización son recurrentemente propuestas como método de tratamiento en proyectos de sistemas de desagües cloacales para asentamientos poblaciones de la región, estas lagunas son proyectadas y calculadas sobre la base de parámetros obtenidos en otras regiones. En el presente trabajo se evaluó, sin modificar las condiciones de operación en las que funcionaron a lo largo de mas de 25 años sin recibir mantenimiento, el grado de reducción de sustrato y coliformes que se producen en dos Lagunas en serie en la ciudad de Santiago del Estero. Se hicieron determinaciones de Caudal, Temperaturas, DBO, DQO, OD, pH, Coliformes, N, P, K, Na. Con las mediciones se infiere que grado de tratamiento, en los dos parámetros evaluados, es aceptable para las condiciones de operación en las que funcionan, disponiéndose con este trabajo de correlaciones que podrán ser utilizadas en futuros proyectos en la región. En cada caso se referencian los resultados obtenidos a los que se contendrían utilizando algunas correlaciones sugerida por la bibliografía, definiéndose en algunos casos diferencias significativas. Palabras Clave: Lagunas, Evaluación, DBO, Coliformes INTRODUCCION El tratamiento de los líquidos residuales es fundamental para la salubridad. En la provincia Santiago del Estero su clima y el bajo costo operativo de las lagunas de estabilización, ubican a éstas como la opción más viable para aquel propósito. Actualmente, localidades del interior de la provincia cuentan con proyectos de sistemas de desagües cloacales, donde las lagunas fueron propuestas como sistema de tratamiento. Las mismas como la gran mayoría de las existentes en el país fueron diseñadas, conforme lo requerido por la autoridad de aplicación, con parámetros que fueron obtenidos en experiencias realizadas en otras regiones, generalmente fuera del país, y en condiciones diferentes a las locales. En la provincia de Santiago del Estero la primera laguna para tratamiento de líquidos cloacales se construyó en la ciudad de La Banda en 1964. El sistema consistía en una laguna anaerobia con descarga directa al Río Dulce.
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TRATAMIENTO DE LÍQUIDOS CLOACALES EN LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓNEN SANTIAGO DEL ESTERO – REPÚBLICA ARGENTINA
José Francisco PastéInstituto de Recursos Hídricos - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías - UniversidadNacional de Santiago del Estero - Republica Argentina.Ingeniero Hidráulico – Master en Ecoauditorías y Planificación Empresarial delMedioambiente. Profesor Adjunto a cargo de la cátedra Ingeniería Ambiental de la CarreraIng. Civil de la FCEyT - UNSE. Investigador del CICyT – UNSE. Docente de la CarreraLicenciatura en Ecología y Medio Ambiente de la Fac. Cs. Forestales - UNSE. Ex-técnicode la Dirección Provincial de Obras Sanitaria.Alcides Enzo GiordanaDirección de Obras Sanitarias de Santiago del Estero.Mónica Teresa MattarInstituto de Recursos Hídricos - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías - Universidad Nacional de Santiago delEstero - Republica Argentina.Walter Edgard TrejoInstituto de Recursos Hídricos - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías - Universidad Nacional de Santiago delEstero - Republica Argentina.
Av. Belgrano (S) Nº 1.912 - CP 4200 - Santiago del Estero - Republica Argentina - Tel/Fax 54 385 422 2324 Int.1206 - [email protected]
RESUMEN
Si bien la Bibliografía referente a tratamientos de líquidos residuales en Lagunas de Estabilización es abundante, eneste tema no existen experiencias en la zona que se realizó este trabajo, sin embargo la Lagunas de Estabilizaciónson recurrentemente propuestas como método de tratamiento en proyectos de sistemas de desagües cloacales paraasentamientos poblaciones de la región, estas lagunas son proyectadas y calculadas sobre la base de parámetrosobtenidos en otras regiones.En el presente trabajo se evaluó, sin modificar las condiciones de operación en las que funcionaron a lo largo de masde 25 años sin recibir mantenimiento, el grado de reducción de sustrato y coliformes que se producen en dosLagunas en serie en la ciudad de Santiago del Estero.Se hicieron determinaciones de Caudal, Temperaturas, DBO, DQO, OD, pH, Coliformes, N, P, K, Na.Con las mediciones se infiere que grado de tratamiento, en los dos parámetros evaluados, es aceptable para lascondiciones de operación en las que funcionan, disponiéndose con este trabajo de correlaciones que podrán serutilizadas en futuros proyectos en la región. En cada caso se referencian los resultados obtenidos a los que secontendrían utilizando algunas correlaciones sugerida por la bibliografía, definiéndose en algunos casos diferenciassignificativas.
El tratamiento de los líquidos residuales es fundamental para la salubridad. En la provincia Santiago del Estero suclima y el bajo costo operativo de las lagunas de estabilización, ubican a éstas como la opción más viable para aquelpropósito.Actualmente, localidades del interior de la provincia cuentan con proyectos de sistemas de desagües cloacales,donde las lagunas fueron propuestas como sistema de tratamiento. Las mismas como la gran mayoría de lasexistentes en el país fueron diseñadas, conforme lo requerido por la autoridad de aplicación, con parámetros quefueron obtenidos en experiencias realizadas en otras regiones, generalmente fuera del país, y en condicionesdiferentes a las locales.En la provincia de Santiago del Estero la primera laguna para tratamiento de líquidos cloacales se construyó en laciudad de La Banda en 1964. El sistema consistía en una laguna anaerobia con descarga directa al Río Dulce.
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a Catamarca
RUTA NACIONAL Nº 64
a San M iguel de Tucum án
RU TA NACIO NAL N º 9
a Ciudad Capital
Posteriormente la zona tuvo un gran desarrollo habitacional por lo que el sistema fue totalmente modificado. Nuncase hicieron estimaciones del grado de eficiencia del tratamiento en las mismas, para así poder determinar valores delos coeficientes cinéticos para las condiciones locales y poder optimizar el diseño y posterior funcionamiento.Al no contarse con éstos coeficientes, se adoptan los que resultan de zonas con características climáticas similares.Es por eso que éste trabajo denominado “TRATAMIENTO DE RESIDUOS URBANOS EN LAGUNAS DEESTABILIZACIÓN DE SANTIAGO DEL ESTERO”, reviste una significativa importancia.
OBJETIVOS
Evaluar la eficiencia de cada una de la lagunas y del sistema para la remoción de materia orgánica y colifecales.
METODOLOGÍA SEGUIDA
Relevamiento de las Lagunas de Estabilización. Las lagunas de estabilización en las que se llevó a cabo elmonitoreo están localizadas en la zona oeste de la ciudad de Santiago del Estero, las coordenadas geográficas son:Altitud 186 msnm, Latitud Sud 27º 50` y Longitud Oeste 64º 21` y tratan los líquidos residuales efluentes del BarrioAutonomía en el cual habitan aproximadamente 7500 habitantes. Figura Nº 1.
FIGURA Nº 1 - Esquema General FIGURA Nº 2 - Esquema del Predio de Tratamiento
El liquido a tratar llega a las lagunas impulsado desde una estación de bombeo ubicada en el mismo barrio.El tratamiento se inicia con la retención de sólidos gruesos mediante una reja ubicada a la entrada de la EstaciónElevadora, luego el liquido es impulsado hacia las Lagunas de Estabilización.El sistema está conformado además por dos Lagunas en serie, Figura Nº 2, donde la primera (Laguna Nº 1) es unalaguna anaeróbica y la segunda (Laguna Nº 2) es facultativa. En un principio la Laguna Nº 1, fue diseñada para quetrabaje como facultativa aireada. Los aireadores de superficie, quizás por falta de un plan de mantenimiento fueronsaliendo de servicio y al momento del inicio del trabajo existían solamente las carcazas de los mismos sobrecuatro losas distribuidas uniformemente construidas para aquel fin, sin embargo actualmente la empresaconcesionaria del servicio removió las carcazas.Ambas lagunas tienen un perfil transversal trapezoidal con ancho de coronamiento igual a 6,0 m y una pendiente detalud 1:1,5 (V:H).Las dos Lagunas son cuadradas, la Laguna Nº 1, Figura Nº 3, tiene una longitud de lados de 68,0 m y unaprofundidad promedio de 2,50 metros, con un volumen útil estimado en 10.300 m3. Mientras que la Laguna Nº 2,tiene una longitud de lados de 184,0 m y una profundidad en el orden 1,50 metros, con un volumen útil estimado de49.500 m3.El ingreso del fluido a la Laguna anaeróbica se realiza a través de caños de hormigón que llegan a una cámararectangular situada en el centro de uno de los lados de la Laguna. Figura Nº 4.Para el pasaje del flujo de la primera a la segunda laguna se construyó originalmente un vertedero circular ubicado a50 metros de la entrada y alineado con la estructura de entrada, hoy ese vertedero se encuentra fuera de servicio por
600,00 m
6,00 m
Laguna 2
184 x 184 m
68 x 68 m
Laguna 1
200,00 mVertdo Final sin Control
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lo que el paso del agua se realiza a pelo libre por una zanja que se practicó en el centro del talud compartido porambas.FIGURA Nº 3.- Vistas de la Laguna primaria FIGURA Nº 4.- estructura de Ingreso
del Liquido en la Laguna Primaria
La evacuación del agua desde la segunda laguna se hace por un vertedero circular ubicado a 120 metros del ingresoy en el centro respecto al lado ortogonal al sentido del flujo, Figura Nº 5.
Figura Nº 5.- Vista de vertedero de Figura Nº 6.- Vista la descarga
salida de la Laguna Secundaria incontrolada de los efluentes
Disposición final de los efluentes. El caudal efluente de la segunda laguna es conducido desde el vertederomencionado mas arriba mediante un caño de hormigón de 0,40 metro de diámetro y 600 m de longitud hasta unreservorio superficial donde es volcado sin control Figura Nº 6, sin embargo parte de este efluente es aprovechadoluego en forma precaria en riego.
Lugares de muestreoPunto 1.-Entrada a la Laguna Anaeróbica (Laguna Nº 1).Punto 2.-Entrada a la Laguna Facultativa (Laguna Nº 2).Punto 3.-Cañería de salida, 200 metros aguas abajo de la Laguna Nº 2 en una cámara de inspección.Ver Figura Nº 2
Cantidad de muestras. Se muestreó a lo largo de las cuatro estaciones del año, tomado en promedio cuatromuestras por estación.
Técnicas de muestreo. Se muestreo en horas de la mañana y de la tarde, en general para la determinación deColiformes se dispuso su traslado en forma inmediata a los lugares de valoración, cuando las temperaturas fueronaltas las mismas fueron conservadas en hielo para ser entregadas al laboratorio. Las determinaciones se hicieron portriplicado, usando los servicios de tres laboratorios simultáneamente, los cuales usaron las mismas técnicas para lasdeterminaciones.
OD y DBO. Para realizar estos análisis las muestras se tomaron en frascos de vidrio de 300 cc, con tapa de vidrioesmerilado de forma cónica.
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En el Punto 1, zona de difícil acceso, se extrajo la muestra previamente con un recipiente y luego se vuelca en unfrasco de vidrio. Mientras que en los Puntos 2 y 3, se toman las muestras directamente en los frascos de vidrio.
Examen microbiológico. Se recogieron las muestras de agua en frascos de vidrios y fueron llevadasinmediatamente a laboratorio.
Parámetros químicos. Las muestras se extraen con un recipiente y luego son volcadas en botellas de plástico de 1,5litros, para llevarlas al laboratorio.
DETERMINACIONES DE CAMPO
Mediciones del caudal. Se determinó el caudal afluente al sistema de tres maneras distintas.
En función de parámetros de la estación de bombeo: Lo que se determino fue, por un lado el tiempo defuncionamiento de la bomba entre arranque y parada obteniéndose un valor promedio de 9,5 minutos.Este valor se estableció realizando mediciones in situ en distintos momentos del día y durante varios días a lasemana. Con este tiempo empleado para desagotar el pozo cuyo volumen útil se determino es de 17,34 m3, se defineque el caudal impulsado entre cada arranque y parada es de: Qb =17,34 (m3 )/ 9,5 (minutos) = 30,42 l/seg.Además en el tablero de comando de las bombas se instaló un contador automático para registrar los tiempos netosde bombeo en el día. En el contador se tomo la lectura cada día a las 7 hs. durante 4 meses desde mediados deagosto de 2001 hasta mediados de diciembre de 2001, así se determino el tiempo promedio de funcionamiento realcada 24 hs. el cual resultó ser de 11,83 hs o 710,06 minutos.Este tiempo traducido a numero de veces que arrancó la bomba es en promedio de 74,74 veces por día lo que da unvolumen promedio diario evacuado desde el pozo de bombeo e ingresado al sistema de laguna de:Vevacuado diario (m
3) = Nº promedio de arranque por día * Vol. del PozoVevacuado diario (m
3) = 74,74 * 17,34 m3 = 1.296 m3
En términos de caudal, el promedio diario fue de:Q (m3/s) = Vevacuado diario (m
3)/86.400 s = 0,015 m3/s = 15,00 l/s
En función de la velocidad del efluente en el punto Nº 3 de muestreo. Con un micromolinete se determinó lavelocidad a la salida de la cañería en una cámara de inspección situada aproximadamente 200 m aguas abajo de lasalida de la segunda laguna. El diámetro de la cañería es de 0,40 m. En cada medición se tomo en el mismomomento la velocidad (V) del fluido y el tirante liquido (h), obteniéndose como valores promedios para el tirante elvalor h = 0,29 m y para la velocidad V = 0,14 m/s. La medición de la velocidad se realizó siempre a una altura de0,6 h.Así se tiene un caudal efluente de: Q2 = V *A = 0,14(m/seg)*0,0968(m2) = 0,0136 m3/s = 13,6 l/sDonde: A = área mojada de la cañería trabajando parcialmente llena.
En función de la dotación de la población del barrio. La dotación diaria que se estima en el barrio Autonomía esde 230 l/dia*hab. De donde aceptando un aporte al sistema cloacal del 80 % de la dotación el caudal estimado es de184 l/dia*hab.Se tiene entonces que: Q3 = 184(l/dia*hab.)* 7.500 hab.* 1 dia/86.400 seg. = 15,97 l/seg.
Caudal medio de aporte al sistema. Dado que por los tres métodos empleados se obtuvieron valores similares sedecidido estimar el caudal aplicando los tres métodos y adoptar como valor de aporte al sistema de Lagunas unpromedio de los tres, de donde el valor es:
Qm = 15,00 m3/s
Temperatura. Durante la toma de las muestras se midió la temperatura del agua y del aire en el lugar del muestreo,para la medición se utilizó un termómetro común con graduación de 1 ºC y la temperatura del agua se tomo a nivelde la superficie del liquido.En la Tabla Nº 1 se muestran los valores promedios obtenidos en la medición de la temperatura del agua, mientrasque las correspondientes al aire fueron suministradas por el INTA local y fueron tomadas en una estación próxima allugar de ubicación de las lagunas.
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Determinaciones de Laboratorio.- Estas se realizaron sobre las muestras que se tomaron en los tres puntos demuestreos, se utilizaron los servicios de tres laboratorios para comparar resultados, en los tres las determinaciones sehicieron con la misma técnica según los standard methods.
Determinación del OD. Se trata la muestra con solución alcalina de yoduro de potasio y solución de sulfatode manganeso. Posteriormente se titula con tiosulfato de sodio.
Determinación de DBO. La muestra se diluye con el agua preparada con los nutrientes. Se incuba durante 5días a 20ºC y se valora el OD residual.
Determinación de Oxigeno Consumido. Se utiliza el método del permanganato de potasio, siendo éste elagente oxidante en ácido sulfúrico.
Determinación del Nitrógeno total. Se digiere la muestra por el método de Kjeldhal. La determinación denitrógeno se efectúa por Nessler usando el espectrofotómetro.
Determinación de Sodio y Potasio. Ambos se determinan con el fotómetro de llama, previa dilución conagua destilada.
Examen bacteriológico..- Recuento total en placa: la muestra se siembra en agar nutritivo y se incuba 24 horas a 37º C. Se expresa
en bacterias por mililitro..- Bacterias Coliformes, Bacterias Coli y B Intermediario Aerógenes Cloacae (I.A.C.) NMP por ml: se
siembran en caldo MacConkey (Simple y Doble concentración) a 37ºC durante 48 a 72 hs. Los tubospositivos se repican en caldo MacConkey simple concentración a 44º C y en citrato de Koser a 37º paradiferenciar las bacterias coli de los I.A.C.
Los resultados de los análisis se muestran en la Tablas Nº 1 y Tablas 2-1 y 2-2. En la tabla Nº 1 se refieren los datossobre los que se avanzo en el trabajo, mientras que en las otras dos se muestran las demás determinaciones que sehicieron.
TABLA Nº 1 – Determinaciones de Laboratorio y Valores de TemperaturaBacterias Coliformes Fecales TemperaturaMes DBO1 (mg/l) DBO2 (mg/l) DBO3 (mg/l)
Correlación de temperatura.- En la Tabla Nº 3 se muestran los valores medidos de las Temperaturas media delagua y del aire, También se muestra, la Temperatura del Agua la Estimada (Tº` estimada) en función de latemperatura del aire mediante la correlación encontrada en este trabajo y mediante otras expresiones matemáticasreportada por la bibliografía que son utilizadas en la región. En la Figura Nº 7 se muestra el ajuste lineal y laexpresión matemática con una correlación de R2 = 0,8226l, que ajusta la relación entre la temperatura del aire y latemperatura del agua en el presente estudio.
TABLA Nº 3 – Temperaturas medidas y estimadas por la correlación encontrada en este trabajo y otrasbrindada por la bibliografía.
GRAFICO Nº 8 – Laguna PrimariaCorrelación Carga VolumétricaAplicada Vs. Removida.
Reducción de la DBO en la segunda laguna.- Se expresa en términos de la Carga Superficial, (Kg DBO/Ha día)los valores se aprecian en la Tabla Nº 5, en la Figura Nº 9 se muestra la correlación encontrada entre CargaSuperficial Aplicada (CSA) y Carga Superficial Removida (CSR), en función de los datos del trabajo.Se estimó la CSR en función de la CSA en función de la correlación encontrada para este trabajo y también conexpresiones dadas por Yánez, F. (1980) para la ciudad de Lima (Perú) y Cubillos, Z. (1985) en Mérida (Venezuela)para comparar los resultados, por ser estas dos de las correlaciones utilizadas en el diseño de lagunas en el país enparticular en la provincia, los valores se aprecian en las Tabla Nº 6.
TABLA Nº 5.- Carga Superficial Aplicada y Removida en laguna Secundaria, Correlación del trabajo y deautores recomendados por la Autoridad de Aplicación.
FIGURA Nº 9 – Laguna SecundariaCarga Superficial Aplicada Vs. Removida
Eficiencia en la remoción de Colifecales.- Se valoró colifecales solo en algunos meses. Se analizan resultados de lasegunda laguna por ser la primera anaeróbica. Los datos se reportan en la Tabla Nº 6. Se estima Kbt suponiéndose
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Kbt = f (temp. ºC) y = 0,1727x - 1,8184
R2 = 0,9626
0,000,410,821,231,642,052,462,873,28
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Temperatura de Agua (ºC)
Kb
t (1
/ºC
)
mezcla completa; se calcula también ese valor con ecuaciones reportada por la bibliografía que son utilizadas en elpaís para el diseño de lagunas, esos datos se vuelcan en la Figura Nº 10, de donde se infiere Kb20 = 1,64.Por ultimo en la Tabla Nº 7 se muestra a manera ilustrativa la remoción de colifecales en términos de porcentaje.
TABLA Nº 6.- Reducción de Coliformes Fecales. Determinación de KbTemperatura Kbt (Mezcla completa)
Bacterias Coliformes FecalesMesN1MP/100 ml N2MP/100 ml N3MP/100 ml
Los valores de DBO observados en las muestras analizadas a la entrada del sistema resultan bajos (113,5 mg/l) loque esta indicando una la carga orgánica del sistema diluida. Hecho que se podría explicar por las altasdotaciones calculadas sobre la base de las mediciones de caudal.
La eficiencia de remoción de DBO en la laguna primaria es un 24%, eficiencia baja con respecto a los valoresque reporta la bibliografía.
Los valores de temperatura del agua encontrados mediante la correlación que se reporta en el presente trabajovarían en un rango de ± 25 % respecto a los obtenidos en Melipilla, y hasta +65 % respecto a la de Mendoza.Según se aprecia en la Tabla Nº 3.
La relación encontrada entre la CSR y la CSA afluente en la laguna secundaria, estima con bastanteaproximación los valores de CSR respecto a los valores medidos. La estimación de los mismos, con lascorrelaciones encontradas por Yánez y Cubillos sobrestiman los valores en un porcentaje importante.
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Si bien no se dispone de una cantidad considerable de datos, se puede concluir, asumiendo mezcla completa, quela constante de remoción de coliformes fecales (kb20) para las condiciones locales es 1,64. Es decir que laexpresión quedaría kbt = 1,64*1,46 (T-20).
Este trabajo es un primer esfuerzo en esta temática en la provincia, que se podrá tomar como base para nuevosdiseños o investigaciones donde se contemple una mayor frecuencia temporal de muestreo.
SÍMBOLOS
CSA: Carga Superficial AplicadaCSR: Carga Superficial RemovidaDBO1, DBO2, DBO3: demanda bioquímica de oxigeno en los respectivos puntos de muestreo.INTA: Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria.N1,N2 ,N3= numero de colifecales /100 ml en los respectivos puntos de muestreo.Tºa = temperatura del agua medidaTº aire= temperatura media mensual del aire
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
Cubillos, Z.A., (1985). Lagunas de Estabilización, 3° Edición.Gloyna, E.F. (1973). Estanques de estabilización de Aguas Residuales, OMS, Ginebra.Marais, G.R. (1966). New factors in the design, Operation and Performance of Waste.Romero Rojas, J.A. (1999).Tratamiento de Aguas Residuales por Lagunas de estabilización. 3º Ed. p. 150Yañez, F. (1980). Evaluation of the San Juan Stabilization Ponds: Final Report of First Phase, CEPIS, Lima.