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Depuración para principiantes X-1: Lagunaje

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Sobre el blog

Jorge Chamorro
Ingeniero especialista en tratamiento y depuración de aguas y en desalación.
  • Depuración principiantes X-1: Lagunaje

El lagunaje es una tecnología de bajo coste muy adecuada para poblaciones pequeñas (< 10.000 habitantes) o de mayor tamaño que dispongan de espacio suficiente para su implementación y con condiciones climáticas adecuadas (temperatura del agua > 16 º C)

Tradicionalmente, el lagunaje está formado por:

  • Lagunas anaerobias o fosas Imhoff

  • Laguna facultativas

  • Lagunas de maduración

Para el diseño de estas instalaciones, es conveniente seguir los siguientes pasos:

  1. Establecer los datos de diseño

  2. Definir los parámetros de diseño

  3. Diseñar las instalaciones y equipos

  4. Verificar los parámetros de funcionamiento.

Primero: establecer los datos de diseño

Los datos de diseño que se necesitan son tanto hidráulicos como de carga contaminante:

1) Hidráulicos:

  • Caudal medio de aguas residuales (m3/h)

  • Caudal punta (m3/h) como caudal máximo de aguas residuales que llegan por el colector

2) Carga contaminante

  • DQO del agua bruta (ppm = mg/l =gr/m3)

  • DBO5 del agua bruta (ppm)

  • SS del agua bruta (ppm)

  • NTK del agua bruta (ppm)

  • P del agua bruta (ppm)

Segundo: definir los parámetros de diseño

Las lagunas anaerobias tienen por objeto retirar los sólidos en suspensión decantables.

Los parámetros de diseño para las lagunas anaerobias son:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/d

  • DBO5 es la DBO5 de entrada en ppm = mg/l = gr/m3

  • V es el volumen del lagunaje anaerobio en m3

Las fosas Imhoff tienen por objeto retirar los sólidos en suspensión decantables y estabilizarlos.

Los parámetros de diseño para las fosas imhof son:

1) Zona decantación:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/h

  • S es la superficie en planta, en m2, del decantador

  • V es el volumen del decantador en m3

2) Zona estabilización:

Que responden a las siguiente expresión:

Donde:

  • Qf es el caudal de fangos estabilizados en m3/d

  • V es el volumen del lagunaje anaerobio en m3

  • Las lagunas facultativas tienen por objeto reducir las DBO5 y los sólidos en estado coloidal.

Los parámetros de diseño para las lagunas facultativas son:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/d

  • DBO5 es la DBO5 de entrada al proceso en ppm = mg/l = gr/m3

  • S es la superficie del lagunaje en m2

  • V es el volumen del lagunaje anaerobio en m3

Las lagunas maduración tiene por objeto reducir parte de los nutrientes y de desinfectar las aguas depuradas mediante la radicaión UVA solar.

Los parámetros de diseño para las lagunas de maduración son:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/d

  • V es el volumen del lagunaje anaerobio en m3

Tercero: diseñar las instalaciones 

Para el diseño de las lagunas anaerobias se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Definir los parámetros de diseño

2) Calcular el volumen mínimo necesario en planta

3) Definir el número de unidades a instalar respetando:

  • Mínimo dos unidades

  • V máximo: 8.000 m3

4) Calcular las dimensiones en planta atendiendo a:

  • Altura: 3,5 m < h < 5 m

  • Relación Longitud/ancho: 1 < l/a < 2

5) Calcular la producción de fangos en base a :

  • Rendimiento de SS : 70-80 %

  • Materia volátil fangos: 70-80 %

  • Reducción materia volátil: 45-50 %

6) Calcular la producción de biogás en base a:

  • Producción: 900 l/kg MV abatida

  • PCI (poder calorífico inferior) del biogás: 5.000 kcal/Nm3

  • PEI (poder energético inferior) del biogás: 5,81 kW/Nm3

  • Capacidad de quemador : dos veces la producción horaria

7) Definir el volumen máximo ocupado por el fangos en las lagunas anaerobias en base a:

  • Concentración media: 5 %

  • Altura máxima: h- 1m

8) Establecer el inicio para empezar a extraer fangos de las balsas, en base a:

  • Altura recomendada: h-2 m

9) Definir las bombas de fangos, en base a :

  • Horas de funcionamiento: 7-15 h

  • Concentración de la purga: 5 %

10) Calcular la calidad del agua de salida en base a:

  • Rendimiento SS: 70-80 %

  • Rendimiento DQO: 35-45 %

  • Rendimiento DBO5: 45-55 %

  • Rendimiento NTK: 5-15 %

  • Rendimiento P: 5-10 %

Para el diseño de las fosas imhoff se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Definir los parámetros de diseño

2) Calcular la producción de fangos en base a :

  • Rendimiento de SS : 60-75 %

  • Materia volátil fangos: 70-80 %

  • Reducción materia volátil: 45-50 %

3) Definir el volumen ocupado por el fangos en base a:

  • Concentración media: 5 %

4) Calcular el volumen de la zona de almacenamiento de fangos

5) Definir el número de unidades a instalar : mínimo dos unidades

6) Calcular las dimensiones en planta atendiendo a:

  • Altura: 3,0 m < h < 6 m

  • Relación Longitud/ancho: 3 < l/a < 5

  • Longitud < 60 m

7) Calcular las dimensiones de los decantadores en base a:

  • Longitud de la decantación: igual que la longitud de la zona de almacenamiento de fangos

  • Altura recta:

    • Un solo decantador por Imhoff: 1,5 metros

    • Dos decantadores por Imhoff: 2 m

  • Anchura de los decantadores:

    • Un solo decantador por Imhoff:

    • Dos decantadores por Imhoff: la anchura

Donde:

  • a es el ancho del decantador en m

  • A es el ancho de la zona de almacenamiento de fangos en m

8) Verificar que la decantación cumple con los parámetros de diseño Si no se cumple rehacer el cálculo disminuyendo la altura adoptada en la zona de almacenamiento de fangos

9) Calcular la producción de biogás en base a:

  • Producción: 900 l/kg MV abatida

  • PCI (poder calorífico inferior) del biogás: 5.000 kcal/Nm3

  • PEI (poder energético inferior) del biogás: 5,81 kW/Nm3

  • Capacidad de quemador : dos veces la producción horaria

10) Establecer el inicio para empezar a extraer fangos de las fosas Imhoff

11) Definir las bombas de fangos, en base a :

  • Horas de funcionamiento: 7-15 h

  • Concentración de la purga: 5 %

12) Calcular la calidad del agua de salida en base a:

  • Rendimiento SS: 60-75 %

  • Rendimiento DQO: 30-40 %

  • Rendimiento DBO5: 30-40 %

  • Rendimiento NTK: 5-15 %

  • Rendimiento P: 5-10 %

Para el diseño de las lagunas facultativas se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Calcular la superficie necesaria

2) Calcular el volumen necesario

3) Calcular la altura de las balsas y verificar que esta comprendida entre 1 y 2 metros

4) Definir el número de unidades a instalar respetando:

  • Mínimo dos unidades

  • V máximo: 8.000 m3

5) Calcular las dimensiones en planta atendiendo a:

  • Altura: 3,5 m < h < 5 m

  • Relación Longitud/ancho: 1 < l/a < 5

6) Calcular la calidad del agua de salida en base a:

  • Rendimiento SS: 90 %

  • Rendimiento DQO: 80 %

  • Rendimiento DBO5: 90 %

  • Rendimiento NTK: 50 %

  • Rendimiento P: 50 %

Para el diseño de las lagunas de maduración se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Calcular el volumen necesario
2) Definir el número de unidades a instalar respetando:
  • Mínimo dos unidades

  • V máximo: 8.000 m3

3) Calcular las dimensiones en planta atendiendo a:

  • Altura: 0,6 m < h < 1,0 m

  • Relación Longitud/ancho: 1 < l/a < 5

Cuarto: verificar los parámetros de funcionamiento

Con las dimensiones definidas, verificar, para cada una de las instalaciones que se cumplen los parámetros de diseño.

Recomendaciones

Para un buen diseño de las instalaciones, se recomienda tener en cuenta las siguientes observaciones:

1) Disponer de un buen pretratamiento es fundamental para asegurar que el lagunaje funciona correctamente y durante muchos años. Se deberá de disponer:
  • Un sistema de tamizado de 3 mm de limpieza automática

  • Disponer de un sistema de desarenado con tiempos de retención superior a los 5 minutos. Recomendable un sistema completo de desarenado-desengrasado

2) El uso de energía solar o del propio biogás puede ser una alternativa muy atractiva para el funcionamiento del pretratamiento.

3) Realizar el reparto a las diferentes unidades mediante vertedero

4) Disponer de un sistema de captación del biogás generado en las lagunas anaerobias.

5) Disponer, de una recirculación de agua desde la salida de las lagunas facultativas a cabecera del lagunaje anaerobio.

6) Disponer de un sistema de aporte de aire en las lagunas facultativas. (El uso de energía solar o el aprovechamiento del biogás generado se debn de analizar)

7) Instalar un sistema de retirada de algas a la salida de las lagunas de maduración e introducirlas en las lagunas anaerobias para generar mayor biogás.

En un próximo blog presentaré un ejemplo.

NOTA FINAL: Las imágenes que presentan este blog son gentileza de fabricantes de equipos. En ningún momento suponen un aval o conformidad con lo recogido en el blog, que es de total responsabilidad del autor del mismo

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