Laguna de estabilización

Hay tres tipos de lagunas: 1) anaerobias, 2) facultativas y 3) aerobias (maduración), cada una con características de diseño y tratamiento diferentes (TILLEY et al. 2018). Para dar un tratamiento más eficaz a las aguas residuales, las lagunas deben vincularse, en una serie de tres o más, con el efluente que sale de la laguna anaerobia a la laguna facultativa y, por último, a la laguna aerobia (TILLEY et al. 2018). La laguna anaerobia es la primera etapa del tratamiento y reduce la carga orgánica en las aguas residuales. La remoción de sólidos y DBO se produce por sedimentación y a través de la subsecuente digestión anaerobia dentro del lodo. Las bacterias anaerobias convierten el carbono orgánico en metano y, a través de este proceso, remueven hasta 60% de la DBO (TILLEY et al. 2018).

En una serie de lagunas, el efluente de la laguna anaerobia se transfiere a la laguna facultativa, donde se remueve más DBO. La capa superior de la laguna recibe oxígeno, mientras que la capa más baja se priva de oxígeno y se vuelve anaerobia. Los sólidos sedimentables se acumulan y son digeridos en el fondo de la laguna. Los organismos anaerobios y aerobios trabajan juntos para lograr reducciones de DBO hasta de 75% (TILLEY et al. 2018).

A diferencia de las lagunas anaerobias y facultativas que están diseñadas para la remoción de la DBO, las lagunas aerobias están diseñadas para remover patógenos. Este tipo de laguna es menos profunda para permitir que la luz del sol penetre hasta el fondo para que se dé la fotosíntesis. Las algas fotosintéticas liberan oxígeno en el agua y, al mismo tiempo, consumen el dióxido de carbono producido por la respiración de bacterias (TILLEY et al. 2018).

En el marco del Programa para la Sostenibilidad de los Servicios de Agua Potable y Saneamiento en Comunidades Rurales (PROSSAPYS), se han construido lagunas de estabilización en varias localidades de Chihuahua: El Porvenir, municipio de Camargo, Boquilla de San José, municipio de San Francisco del Oro y La Quemada en el municipio de Cuauhtémoc; así como en otras comunidades de Sinaloa, Durango y Aguascalientes (ZURITA et al. 2011).

Una laguna anaerobia se construye a una profundidad de 2 a 5 m y tiene un tiempo de retención relativamente corto, de 1 a 7 días. Las lagunas facultativas deben construirse a una profundidad de entre 1 y 2.5 m y tener un tiempo de retención de 5 a 30 días. Las lagunas aeróbicas (de maduración) suelen tener entre 0.5 y 1.5 m de profundidad y un tiempo de retención de 5 a 20 días (CONAGUA 2015a; TILLEY et al. 2018). Idealmente, se pueden construir varias lagunas aeróbicas en serie para proveer un alto nivel de eliminación de patógenos. Si se usa en combinación con algas o acuicultura, este tipo de laguna es eficaz para remover la mayoría de nitrógeno y fósforo del efluente (TILLEY et al. 2018).

Para el diseño del sistema de tratamiento, se debe conocer el caudal a tratar, la temperatura del mes más frío, las concentraciones de contaminantes en el afluente, así como el objetivo de tratamiento (norma a cumplir). Esto permite determinar el volumen y área superficial de la laguna, así como el tiempo de retención hidráulica necesario (CONAGUA 2015a).

El pretratamiento es esencial para prevenir la formación de espuma e impedir que el exceso de sólidos y basura entre en las lagunas (TILLEY et al. 2018). Para remover sólidos flotantes grandes y arena se pueden colocar rejillas y/o desarenadores antes de que las aguas residuales lleguen a la laguna (CONAGUA 2007).

Para proteger la laguna de la escorrentía y la erosión, debe construirse un bordo de protección alrededor de la laguna. Se puede construir con el material excavado si éste es de buena calidad (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2007). El bordo no debe tener un ancho menor a 3 metros para permitir el tránsito para la operación de la laguna. Puede ser necesario incorporar un filtro dentro del bordo para evitar que el agua infiltrada alcance a salir por el talud seco del bordo (CONAGUA 2007). Además, las lagunas de estabilización deben cercarse para evitar la presencia de personas ajenas o animales. En las proximidades de la laguna deben estar disponibles embarcación, cuerdas y salvavidas para tomas de muestras y respuesta a emergencias (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2015a).

Las lagunas de estabilización figuran entre los métodos más comunes y eficientes de tratamiento de aguas residuales en el mundo (TILLEY et al. 2018). Su mayor limitante es el área disponible para su aplicación, por lo que resultan especialmente apropiadas para comunidades rurales y periurbanas que cuentan con terrenos grandes sin uso, a una distancia razonable de las viviendas y los espacios públicos (TILLEY et al. 2018). También se puede combinar tecnologías como el uso de lagunas facultativas con reactores anaeróbicos de flujo ascendente (RAFA), reduciéndose el requerimiento de terrenos extensos (BROWN 2004).

Las lagunas de estabilización forman parte del sistema de tratamiento de aguas negras con conducción de efluente (con alcantarillado libre de sólidos) y el sistema de conducción de aguas negras a tratamiento (con alcantarillado simplificado). Por tanto, esta tecnología se aplica en poblados de hasta 2500 habitantes con capacidades y recursos, con suficiente agua y con agua escasa. Tiene la ventaja adicional de que es relativamente fácil de operar, por lo que no requiere grandes capacidades técnicas (CONAGUA 2015a). Una vez debidamente capacitadas, las comunidades pueden participar a la operación del sistema y utilizar los productos generados –lodo y efluente – para la mejora de suelos agrícolas y el riego, contribuyendo a la mejora de la economía local (GALBÁN 2009). Además, las lagunas de estabilización forman parte de la batería de tecnologías para tratar el efluente de la separación líquido-sólido de los lodos en una planta de tratamiento de lodos, por lo que también forma parte del sistema de cámara simple y el sistema de tratamiento de aguas negras con infiltración. Sin embargo, esto es posible sólo si la comunidad cuenta con una entidad que vacíe las cámaras, transporte y trate el lodo. Por estas razones, forma del paquete tecnológico propuesto por la Comisión Nacional del Agua y el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua –IMTA- para el tratamiento de excretas y aguas residuales en comunidades rurales de hasta 2500 habitantes (CONAGUA 2015a).

Las lagunas de estabilización permiten eliminar de manera eficiente los microorganismos patógenos, así como los quistes y huevos de parásitos intestinales del efluente. Cuando las lagunas estén bien diseñadas y operadas, es posible obtener un efluente con una concentración de 1000 coliformes fecales por 100 mililitros, que puede ser reutilizado en agricultura o descargado a los cuerpos de agua sin riesgo para la salud (CONAGUA 2015c; CIDTA s.f.). La eficiencia de remoción de microorganismos depende del número de lagunas en serie, del tiempo total de retención y algunos factores ambientales (radiación solar, temperatura, fuerza del viento) (CONAGUA 2015c). Para reúso en agricultura en países tropicales y subtropicales, la Organización Mundial y Panamericana de la Salud recomiendan como mínimo de 4 a 5 celdas o estanques, con tiempos totales de retención de entre 10 y 20 días o superiores. Para el riego de cultivos que se consumen crudos, es necesario realizar un tratamiento de desinfección adicional (CONAGUA 2015c). Aunque el efluente de las lagunas aeróbicas generalmente es bajo en patógenos, de ninguna manera debe ser utilizado para recreación o como fuente directa de agua para el consumo doméstico (TILLEY et al. 2018). Se deben realizar muestreos periódicos para verificar las condiciones de calidad del efluente (CONAGUA 2015b).

La espuma que se acumula en la superficie de la laguna debe ser removida periódicamente. Las plantas acuáticas (macrófita) que crecen en la laguna y su litoral también deben sacarse, ya que pueden proporcionar un hábitat de cría para mosquitos, atraer roedores que pueden debilitar los bordos de la laguna e impedir que la luz penetre en la columna de agua (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2015b)

Las lagunas de estabilización producen efluentes y también lodos. La acumulación de lodo se debe a la materia orgánica digerida y a la arena que no es retirada por los desarenadores durante el pre-tratamiento (CONAGUA 2015b). La laguna anaerobia debe ser desenlodada cuando los sólidos acumulados alcancen un tercio del volumen de la laguna, en general en un periodo entre 2 a 5 años (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2015b); en las lagunas facultativas la remoción de lodo es menos frecuente; las lagunas de maduración casi nunca necesitan desenlodarse (TILLEY et al. 2018). La remoción de lodo puede hacerse por vía húmeda, utilizando una bomba de lodo montado en balsa, o por vía seca, pasando el efluente a otra unidad y dejando que el lodo que quede expuesto al aire se deje secar por evaporación (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2015b). El primer método tiene el inconveniente de que los lodos todavía no son utilizables, por lo que solamente resulta conveniente cuando no se dispone de ninguna otra unidad que reemplace a la laguna anaerobia durante la operación de limpieza (CONAGUA 2015b).