La tecnología de lagunas de estabilización es uno de los métodos naturales más importantes para el tratamiento de aguas residuales. Las lagunas de estabilización son fundamentalmente reservorios artificiales, que comprenden una o varias series de lagunas anaerobias, facultativas y de maduración. El tratamiento primario se lleva a cabo en la laguna anaerobia, la cual se diseña principalmente para la remoción de materia orgánica suspendida (SST) y parte de la fracción soluble de materia orgánica (DBO5). La etapa secundaria en la laguna facultativa remueve la mayoría de la fracción remanente de la DBO5 soluble por medio de la actividad coordinada de algas y bacterias heterotróficas. El principal objetivo de la etapa terciaria en lagunas de maduración es la remoción de patógenos y nutrientes (principalmente Nitrógeno). Las lagunas de estabilización constituyen la tecnología de tratamiento de aguas residuales más costo-efectiva para la remoción de microorganismos patógenos, por medio de mecanismos de desinfección natural. Las lagunas de estabilización son particularmente adecuadas para países tropicales y subtropicales dado que la intensidad del brillo solar y la temperatura ambiente son factores clave para la eficiencia de los procesos de degradación [1].
Tratamiento de aguas residuales en lagunas de estabilización
Lagunas anaerobias
Estas son las unidades mas pequeñas de la serie. Por lo general tienen una profundidad de 2-5 m y reciben cargas orgánicas volumétricas mayores a 100 g DBO5/m3 d. Estas altas cargas orgánicas producen condiciones anaerobias estrictas (oxigeno disuelto ausente) en todo el volumen de la laguna. En términos generales, las laguna anaerobia funcionan como tanques sépticos abiertos y trabajan extremadamente bien en climas calientes. Una laguna anaerobia bien diseñada puede alcanzar remociones de DBO5 alrededor del 60% a temperaturas de 20 °C. Un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 1 día es suficiente para aguas residuales con una DBO5 de hasta 300 mg/l y temperaturas superiores a 20 °C. Los diseñadores siempre han mostrado preocupación por las posibles molestias generadas por los olores. Sin embargo, los problemas de olor pueden minimizarse con un diseño adecuado de las unidades, siempre y cuando la concentración de SO42- en el agua residual sea menor a 500 mg/l. La remoción de materia orgánica en laguna anaerobia es gobernada por los mismos mecanismos que ocurren en cualquier reactor anaerobio [1][2]
Lagunas facultativas
Estas lagunas pueden ser de dos tipos: laguna facultativas primarias que reciben aguas residuales crudas y laguna facultativas secundarias que reciben aguas sedimentadas de la etapa primaria (usualmente el efluente de una laguna anaerobia). Las laguna facultativas son diseñadas para remoción de DBO5 con base en una baja carga orgánica superficial que permita el desarrollo de una población algal activa. De esta forma, las algas generan el oxígeno requerido por las bacterias heterotróficas para remover la DBO5 soluble. Una población saludable de algas le confiere un color verde oscuro a la columna de agua. Las laguna facultativas pueden tornarse ocasionalmente rojas o rosadas debido a la presencia de bacterias fotosintéticas púrpuras oxidantes del sulfuro [3]. Este cambio en la ecología de las laguna facultativas ocurre debido a ligeras sobrecargas. De esta forma, el cambio de coloración en laguna facultativas es un buen indicador cualitativo del funcionamiento del proceso de degradación. La concentración de algas en una laguna facultativa con funcionamiento óptimo depende de la carga orgánica y de la temperatura, pero frecuentemente se encuentra entre 500 a 2000 μg clorofila-a/l. La actividad fotosintética de las algas ocasiona una variación diurna de la concentración de oxígeno disuelto y los valores de pH. Variables como la velocidad del viento tienen efectos importantes en el comportamiento de la laguna facultativa, ya que se genera mezcla del contenido de la laguna. Tal como lo señalan Mara et al. [1], un buen grado de mezcla produce una distribución uniforme de DBO5, oxígeno disuelto, bacterias y algas, y en consecuencia una mejor estabilización del agua residual. Mayores detalles técnicos sobre la eficiencia del proceso y los mecanismos de remoción pueden consultarse en Mara et al. ([1] y Curtis [4]
Lagunas de maduración
Estas lagunas reciben el efluente de laguna facultativas y su tamaño y número depende de la calidad bacteriológica requerida en el efluente final. Las lagunas de maduración son unidades poco profundas (1.0-1.5 m) y presentan menos estratificación vertical, al tiempo que exhiben una buena oxigenación a través del día en todo su volumen. La población de algas es mucho más diversa en las lagunas de maduración comparada con las laguna facultativas. Por lo tanto, la diversidad algal incrementa de laguna en laguna a lo largo de la serie. Los principales mecanismos de remoción de patógenos y de coliformes fecales en particular son gobernados por la actividad algal en sinergia con la foto-oxidación. Mayores detalles sobre estos mecanismos de remoción en lagunas de maduración pueden consultarse en Curtis[4].
Por otro lado, las lagunas de maduración sólo alcanzan una pequeña remoción de DBO5, pero su contribución a la remoción de nitrógeno y fósforo es más significativa. Mara et al [1] reportan una remoción de nitrógeno total del 80% en todo el sistema de lagunas (laguna anaerobia+ laguna facultativa+ lagunas de maduración), y de esta cifra el 95% corresponde a la remoción de amonio. Es de resaltar que la mayoría del nitrógeno amoniacal se remueve en las lagunas de maduración. Entre tanto, la remoción total de fósforo en los sistemas de lagunas es baja, usualmente mes de 50% [1]; [3]..
Tratamiento de aguas residuales en lagunas de estabilización
Lagunas anaerobias
Estas son las unidades mas pequeñas de la serie. Por lo general tienen una profundidad de 2-5 m y reciben cargas orgánicas volumétricas mayores a 100 g DBO5/m3 d. Estas altas cargas orgánicas producen condiciones anaerobias estrictas (oxigeno disuelto ausente) en todo el volumen de la laguna. En términos generales, las laguna anaerobia funcionan como tanques sépticos abiertos y trabajan extremadamente bien en climas calientes. Una laguna anaerobia bien diseñada puede alcanzar remociones de DBO5 alrededor del 60% a temperaturas de 20 °C. Un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 1 día es suficiente para aguas residuales con una DBO5 de hasta 300 mg/l y temperaturas superiores a 20 °C. Los diseñadores siempre han mostrado preocupación por las posibles molestias generadas por los olores. Sin embargo, los problemas de olor pueden minimizarse con un diseño adecuado de las unidades, siempre y cuando la concentración de SO42- en el agua residual sea menor a 500 mg/l. La remoción de materia orgánica en laguna anaerobia es gobernada por los mismos mecanismos que ocurren en cualquier reactor anaerobio [1][2]
Lagunas facultativas
Estas lagunas pueden ser de dos tipos: laguna facultativas primarias que reciben aguas residuales crudas y laguna facultativas secundarias que reciben aguas sedimentadas de la etapa primaria (usualmente el efluente de una laguna anaerobia). Las laguna facultativas son diseñadas para remoción de DBO5 con base en una baja carga orgánica superficial que permita el desarrollo de una población algal activa. De esta forma, las algas generan el oxígeno requerido por las bacterias heterotróficas para remover la DBO5 soluble. Una población saludable de algas le confiere un color verde oscuro a la columna de agua. Las laguna facultativas pueden tornarse ocasionalmente rojas o rosadas debido a la presencia de bacterias fotosintéticas púrpuras oxidantes del sulfuro [3]. Este cambio en la ecología de las laguna facultativas ocurre debido a ligeras sobrecargas. De esta forma, el cambio de coloración en laguna facultativas es un buen indicador cualitativo del funcionamiento del proceso de degradación. La concentración de algas en una laguna facultativa con funcionamiento óptimo depende de la carga orgánica y de la temperatura, pero frecuentemente se encuentra entre 500 a 2000 μg clorofila-a/l. La actividad fotosintética de las algas ocasiona una variación diurna de la concentración de oxígeno disuelto y los valores de pH. Variables como la velocidad del viento tienen efectos importantes en el comportamiento de la laguna facultativa, ya que se genera mezcla del contenido de la laguna. Tal como lo señalan Mara et al. [1], un buen grado de mezcla produce una distribución uniforme de DBO5, oxígeno disuelto, bacterias y algas, y en consecuencia una mejor estabilización del agua residual. Mayores detalles técnicos sobre la eficiencia del proceso y los mecanismos de remoción pueden consultarse en Mara et al. ([1] y Curtis [4]
Lagunas de maduración
Estas lagunas reciben el efluente de laguna facultativas y su tamaño y número depende de la calidad bacteriológica requerida en el efluente final. Las lagunas de maduración son unidades poco profundas (1.0-1.5 m) y presentan menos estratificación vertical, al tiempo que exhiben una buena oxigenación a través del día en todo su volumen. La población de algas es mucho más diversa en las lagunas de maduración comparada con las laguna facultativas. Por lo tanto, la diversidad algal incrementa de laguna en laguna a lo largo de la serie. Los principales mecanismos de remoción de patógenos y de coliformes fecales en particular son gobernados por la actividad algal en sinergia con la foto-oxidación. Mayores detalles sobre estos mecanismos de remoción en lagunas de maduración pueden consultarse en Curtis[4].
Por otro lado, las lagunas de maduración sólo alcanzan una pequeña remoción de DBO5, pero su contribución a la remoción de nitrógeno y fósforo es más significativa. Mara et al [1] reportan una remoción de nitrógeno total del 80% en todo el sistema de lagunas (laguna anaerobia+ laguna facultativa+ lagunas de maduración), y de esta cifra el 95% corresponde a la remoción de amonio. Es de resaltar que la mayoría del nitrógeno amoniacal se remueve en las lagunas de maduración. Entre tanto, la remoción total de fósforo en los sistemas de lagunas es baja, usualmente mes de 50% [1]; [3]..
