Descripción de los Sistemas Naturales para la Gestión de Efluentes Líquidos

Tratamiento Anaeróbico

Todos los sistemas anaeróbicos se fundamentan en la degradación de la materia orgánica (particulada y disuelta) por un grupo de bacterias anaeróbicas. El proceso resulta en la producción de biogas, con un contenido de hasta 80% de metano que puede ser re-utilizado para la generación de electricidad. El proceso anaeróbico no requiere oxígeno, por lo cual no es necesaria energía para la aireación.

El tratamiento anaeróbico de los efluentes líquidos es realizado en:

• sistemas de tasa baja – lagunas anaeróbicas, tanques sépticos o fosas revestidas (Figura 1);

Figura 1 – Tanque séptico.

• sistemas de tasa alta – filtros anaeróbicos, reactores anaeróbicos con manta de lodo y flujo ascendente, proceso de contacto anaeróbico (Figura 2).

Los sistemas activados de tasa alta se caracterizan por altas tasas de aplicación y por eso, de menores volúmenes, menor tiempo de retención y requerimiento de áreas menores. La construcción, operación y mantenimiento de este sistema, generalmente, no son más complicadas que las de los sistemas de tasa baja.

Figura 2 – Un reactor anaeróbico de tasa alta del tipo UASB para poblaciones
equivalentes a 6.000 habitantes (estación de investigación, Ginebra, Colombia).

Lagunas de Estabilización de Residuos

Lagunas de estabilización de residuos son cuencos someros, cercados por un dique de tierra (Figura 3). Los residuos líquidos entran a la laguna a través de una o varias estructuras de entrada y son recogidos en una o diversas estructuras de salida. Un sistema de lagunas puede consistir de varias lagunas en series o paralelas. Algunas veces los efluentes de una laguna son re-circulados a una laguna anterior.

Las lagunas son clasificadas en tres categorías:

• Lagunas anaeróbicas: están desprovistas de oxígeno; la remoción de desperdicios se produce por sedimentación y por la degradación de la materia orgánica a través de bacterias anaeróbicas;
• Lagunas facultativas: se caracterizan por una capa aeróbica superior e una capa anaeróbica en el fondo; la profundidad de la capa aeróbica depende, entre otros factores, de la producción de oxígeno por las algas, que varía durante el día;
• Lagunas de maduración: son completamente aeróbicas, caracterizándose por la penetración de la radiación solar a lo largo de toda la columna de agua.

Figura 3 – Lagunas aeróbicas en Ginebra, Colombia.

Bañados

Bañados son áreas de tierra en que el nivel del agua está a nivel de la superficie del terreno (o arriba de él), por un período del año suficiente para mantener el suelo en condiciones de saturación y crecimiento de la vegetación local (Reed et al., 1995) (Figura 4).

Los bañados construidos son porciones de terreno específicamente proyectados para actuar en la purificación de efluentes líquidos (Figura 5). Hay dos tipos de bañados construidos: los de flujo superficial de agua (FWS – Free Water Surface) y aquellos con flujo sub-superficial (SF-Sub-Surface Flow). El nivel de agua, en el primer caso, está en la superficie del suelo y, en el segundo caso, debajo de la superficie del suelo.

Lagunas de Macrofitas

Las lagunas de macrofitas son lagunas de estabilización de desperdicios modificadas, con una cobertura de plantas fluctuantes en la superficie del agua. Las plantas pueden ser jacinto acuático (Eichornia crassipes), (Figura 4), Pistia (Lemnaceae) (Figuras 6 y 7) u otras. La función de las plantas es retirar nutrientes de los efluentes líquidos y proporcionar un ambiente de calma en que la acción del viento no cause movimiento en el agua, haciendo que la sedimentación sea ideal. El sistema radicular extenso del jacinto también sirve como superficie para que se fijen las bacterias, aumentando la remoción de carbono orgánico disuelto y del nitrógeno (nitrificación).

Figura 6 – Pistia en una planta de tratamiento simulada.

La acuicultura de peces en base a efluentes líquidos transforma los nutrientes allí presentes en proteína. Los peces se alimentan de algas o macrofitas que utilizan los nutrientes para la producción de materia orgánica vegetal.

Pueden identificarse dos tipos de sistemas. En el primer caso, los peces crecen directamente en lagunas de efluentes líquidos; en el segundo tipo, los nutrientes de los efluentes son convertidos primeramente en biomasa de macrofitas o de algas, que son cosechadas y llevadas para los viveros de los peces. El segundo sistema tiene la ventaja de poseer menor riesgo de infectar los peces con organismos patógenos. Viveros de peces mejoran la calidad del agua por el mismo proceso de las lagunas de estabilización.

Figura 7 – Laguna con Pistia en Bangladesh para tratamiento de efluentes líquidos domésticos y acuicultura de peces; los peces son alimentados con la biomasa producida a partir de los efluentes líquidos.

Los métodos de tratamiento terrestre pueden ser divididos en procesos de tasa lenta (o irrigación) (SR – Slow Rate), procesos de infiltración rápida (RI – Rapid Infiltration) y procesos de flujo superficial (OF- Overland Flow).

• Tasa lenta (SR) es la aplicación controlada de efluentes líquidos para un terreno con vegetación a una tasa de algunos centímetros de líquido por semana. El tratamiento se produce en la superficie a través de procesos físicos, químicos y biológicos, a medida que los efluentes líquidos pasan por el suelo y las plantas.
• Infiltración rápida (RI) es un proceso semejante, pero usando cuencos someros con suelo rápidamente permeable. La aplicación varía de 2 a 35 centímetros por día.
• El proceso de flujo superficial (OF) distribuye los efluentes líquidos sobre un terreno suavemente inclinado. El agua fluye lentamente en declive y es colectada en una fosa de colecta. El tratamiento se produce en los centímetros superiores del suelo.

Calidad posible de los efluentes en sistemas naturales de tratamiento

La calidad de los efluentes posible de ser alcanzada después del tratamiento de los efluentes líquidos domésticos, en los sistemas
naturales anteriormente mencionados, se presenta en la Tabla 1. La calidad de estos efluentes depende principalmente de la temperatura, del área disponible y del tratamiento previo. Cualquiera que sea la calidad obtenida, debe ser realizado un análisis entre la calidad del efluente y el área de tierra requerida. Los costos de un sistema natural dependen, principalmente, del precio de la tierra y del costo de la construcción. Por ejemplo, el tipo de suelo afecta significativamente los costos de las lagunas de estabilización. Reactores anaeróbicos de altas tasas son caros pero, por otro lado, exigen un área relativamente pequeña.

Referencias

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Reed, S.C., Crites, R.W. y Middlebrooks, E.J. 1995. Natural systems for waste management and treatment. Second Edition, McGraw-Hill, Inc., 433 pp.

Silva, S.A., de Oliveira, R., Soares, J., Mara, D.D., Pearson, H.W. y Green, F. B. 1995. Nitrogen removal in pond systems with different configurations and geometries. Water Science and Technology 31, 321-330.

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