El viento: factor importante en el tratamiento de aguas residuales mediante lagunas de estabilización

Abstract

Las lagunas de estabilización son construidas en su mayoría por el mismo terreno natural y/o arcilla, diseñadas para el tratamiento de aguas residuales por medio de la interacción de la biomasa (principalmente bacterias y algas). La función real del proceso es estabilizar la materia orgánica y remover los patógenos de las aguas residuales realizando una descomposición biológica natural. Cabe indicar que la terminología de lagunas de estabilización incluye lagunas anaeróbicas, facultativas, y lagunas de maduración. Uno de los aspectos para un adecuado diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales, mediante Lagunas de Estabilización, es la ubicación de éstas respecto al viento del área de influencia, factor principal para determinar la dirección y velocidad del viento, aspecto que es motivo de la presente investigación. Al ser evaluada la planta de tratamiento de aguas residuales de acuerdo al viento, también se tomara en cuenta la ubicación de las tuberías de ingreso y recolección en la salida (ubicación de las estructuras de salida), de la laguna modelo, pudiendo ser estas de diferentes tipos. En tal contexto se analizará dichos fenómenos en una laguna a escala de laboratorio con respecto a la dirección y velocidad del viento. Todas las lagunas usadas para el tratamiento de aguas residuales tienen patrones de caudal que dependen de las condiciones de mezcla, las cuales dependen de la forma del reactor, de la energía de entrada por unidad de volumen, de la dimensión o escala de la unidad de tratamiento, además de otros factores. Los patrones de caudal afectan el tiempo de exposición para el tratamiento y distribución del sustrato en el reactor, siendo estos patrones en reactores discontinuos y los reactores con caudal continuo. Los reactores con caudal continuo se clasificarse en Flujo Pistón, Mezcla Completa y Flujo Disperso. Los fenómenos hidráulicos, como expresión del mundo natural, son tan complejos que no es posible analizarlos y describirlos totalmente. Sólo podemos hacerlo parcialmente. Uno de los instrumentos más poderosos para tratar de conocer y comprender el comportamiento del agua en la naturaleza y su interacción con las estructuras se encuentra en la investigación mediante los modelos matemáticos y los modelos físicos. Ambos se complementan. Un modelo físico o matemático, es una representación simplificada de un aspecto de la naturaleza y de las obras construidas en ella. La construcción de modelos no sólo es un método admitido, sino es el que ha permitido el progreso de la ciencia. Para considerar un modelo para la realización de un prototipo, se debe tener presente el principio de similitud, que es aceptar que las conclusiones obtenidas del análisis de un fenómeno son aplicables a otro fenómeno. Escogido un criterio de similitud se debe proceder a la determinación de las escalas del prototipo. En la selección de las escalas intervienen numerosos factores. De un lado están las exigencias teóricas originales en el parámetro característico de la información, y de otro, las circunstancias de tipo práctico vinculadas al laboratorio y a los objetivos de la investigación.

Como consecuencia de las escalas escogidas, y ciertamente del tamaño y otras características del prototipo, suele ocurrir que en el prototipo aparezcan determinados fenómenos que no corresponden a los que se presentan en la naturaleza. Estos fenómenos propios del prototipo y de la escala escogida reciben el nombre de efectos de escala. Al respecto se debe tener cuidado, por ejemplo, con los fenómenos originados en la tensión superficial, propia del prototipo y no del modelo. El prototipo es también muy útil para ensayar las reglas de operación. Se conoce que la determinación de la mejor forma de operación de una estructura es un proceso de aproximaciones sucesivas. La fuerza ejercida sobre un cuerpo generalmente está compuesta de varias fuerzas, sin embargo una o más fuerzas del sistema completo pueden dominar las demás fuerzas. Existe similitud entre un modelo y el prototipo cuando la proporción de las magnitudes de éste es igual a la proporción de las magnitudes correspondientes al modelo. Entendiéndose como magnitudes básicas; la longitud, masa y tiempo. Existen tres clases de similitud, que se describe en el desarrollo de la presente tesis. Existe similitud dinámica cuando las masas correspondientes tienen similitud cinemática bajo influencia de las fuerzas correspondientes. Esta similitud está basada en la segunda ley de newton En todas las investigaciones en prototipo las fuerzas son importantes (como la fuerza de gravedad) y por lo tanto son magnitudes determinantes. La importancia de la caracterización hidráulica de lagunas de estabilización fue puesta de relieve por Thirimurthy en estudios con lagunas a escala de laboratorio. Años más tarde Murphy estudió los fenómenos de mezcla en lagunas aireadas, con bajas densidades de energía (entre 0.47 - 2.29 W/m) entre entrada y salida en la caracterización del número de dispersión. La cantidad de trazador a dosificarse debe tener relación con los siguientes factores: 1. Nivel mínimo del método de detección. 2. Dosificación continua o instantánea 3. Tipo de reactor y grado de mezcla 4. Duración de la prueba La adición de trazadores puede hacerse de dos maneras distintas: a)En forma Instantánea b)En forma Continua Al aplicar trazadores a un reactor y analizar las muestras de agua tomadas a la salida, se obtiene una serie de valores de concentración que aumentan con el tiempo hasta llegar a un máximo y luego disminuyen progresivamente, lo que origina una curva tal como se indica en la figura. De lo indicado en la teoría, es la que nos posibilita la determinación del porcentaje de los espacios muertos, corto circuitos, análisis del flujo, siendo estos los resultados de las muestras analizadas del trazador analizados en la salida del prototipo que se construyó a escala.