Monografýa fco. 160903

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Tecnología de la Construcción
TITULO:
EVALUACIÓN OPERACIONAL DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
PRIMARIAS DEL BARRIO “EL COCAL”
DE LA CIUDAD DE LEÓN
AUTOR: Br. Francisco José Jarquin Guido.
TUTOR: Ing. María Elena Baldizón Aguilar.
León, septiembre del 2003
RESUMEN

Evaluación Operacional de las Lagunas de Estabilización Primarias del Barrio El Cocal de la ciudad de León
El presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar el funcionamiento operacional del
Sistema de Lagunas Primarias de Estabilización ubicadas en el Barrio El Cocal, Zona II de la
ciudad de León, determinar los parámetros que sirvieron de insumos en el diseño de las
lagunas secundarias, y así reducir el nivel de contaminación en la descarga vertida al Río
Chiquito.
Además de este sistema de tratamiento, en la ciudad de León, existen otros sistemas que se
ubican al Suroeste del barrio de Sutiava, que en conjunto brindan tratamiento a las aguas
residuales de origen doméstico de toda la ciudad, ambos sistemas descargan sus efluentes en el
Río Chiquito.
El Sistema de Tratamiento en estudio esta compuesta de un módulo de dos lagunas
facultativas primarias conectadas en paralelo, además de sus dispositivos de entrada y salida.
El muestreo se llevó en el período comprendido entre Septiembre y Diciembre de 1996 con el
objetivo de abarcar las últimas lluvias y temperaturas medias del invierno y parte de la
estación seca. Durante siete días de muestreo se determinaron parámetros físicos tales como
temperatura del aire, temperatura del agua, sólidos sedimentables. Los parámetros
bioquímicos determinados fueron: DBO5, DQO, nitrógenos en sus diferentes formas, fósforo,
alcalinidad y como parámetros microbiológicos se calcularon los coli totales y coli fecales,
utilizando las técnicas recomendadas en el Stándar Método de 1995, las cuales una vez
procesados reflejaron como resultado el comportamiento real del sistema de auto depuración
analizado.
Las muestras compuestas y aforos se efectuaron en tres puntos distintos donde se realizaron
siete muestreos de veinticuatro horas cada uno, haciéndose registros cada dos horas, se
utilizaron vertederos triangulares y canaletas Parshall para medir el flujo real del sistema.
Para predecir la calidad del agua se aplicaron correlaciones o modelos recomendados por
CEPIS, que han sido verificadas y calibradas en condiciones ambientales similares a las de
nuestro país, como resultado de esta se pude asegurar que el comportamiento de remoción del
sistema se asemeja a un flujo disperso, ver capitulo VII.
La eficiencia total encontrada del sistema según la carga orgánica fue del 70.30%, la
remoción de coliformes fecales y Totales es de 94.31% y 95.11% respectivamente con una
eficiencia bacteriológica promedio total de 94.71%, indicando el alto nivel de contaminación
bacteriológica residual que aun tiene el efluente.
En capitulo IX de este trabajo se exponen algunas recomendaciones que ayudaran a mejorar la
eficiencia real de sistema de lagunas primarias facultativas.
UNI-RUPAP Francisco José Jarquin Guido 1

DEDICATORIA
Dedico el esfuerzo realizado del presente trabajo, con el cual culmino mi carrera
a:
Mi esposa Adelaida y mi hijo Yarod Octavio, quines son la luz que necesito
para seguir adelante conquistando el presente y el futuro cosechando los
objetivos propuestos en nuestras vidas, resultados de sacrificios y satisfacciones
que siempre compartimos.
A Mis Padres:
Mi querida madre Irma Guido Guzmán, mi padre Francisco Jarquín
Ramírez, Forjadores de mi vida, que con su lucha y sacrificio me han dado este
triunfo con mucho amor les dedico y a través de el expongo mi más sincero
agradecimiento.
A Mis Hermanos:
Que con su calor familiar contribuyeron a mi formación como persona de bien
útil para esta sociedad. Dedico este esfuerzo muy en especial a mi hermanita
MAYELA YAHOSKA JARQUIN GUIDO. Que vive para siempre en mis
recuerdos, y que estaría feliz compartiendo este mi triunfo, triunfo de toda mi
familia.
Francisco José Jarquin Guido

AGRADECIMIENTO
Agradezco a todas aquellas personas cercanas y amigos que me han ayudado a seguir adelante
en esta etapa de mi vida en la que preciso culminar la carrera que fue y es mi sueño hecho
realidad
Agradezco especialmente a mi tutora Ing. María Elena Baldizón A. por dedicar su tiempo,
para guiarme y brindar sus experiencias y conocimientos en la elaboración del presente
trabajo.
Al programa de Investigación y docencia de Medio Ambiente (PIDMA) por darme la
oportunidad de realizar mi trabajo, a la Ing. Yalena Navarro por dedicar parte de su
tiempo y brindarnos sus conocimiento y experiencia.
A la Universidad Tecnológica de Delft (TU-DELFT) de Holanda, en especial al Ing. Idsart
Dijktra por sus conocimientos y brindar el financiamiento.
A ENACAL, León y en especial al Ing. Francisco Moreno por darnos espacio para realizar
parte de este trabajo en las instalaciones que están a su cargo.
Y a todas aquellas personas y amigos que me han ayudado a seguir adelante.
Ing. Julio Maltez.
Lic. Carmen Rugama
Arq. Ivania Meza
Sr. Pedro Sánchez.

INTRODUCCIÓN
1.1. GENERALIDADES
El desarrollo industrial de la sociedad, ha traído consigo uno de los problemas más grandes
que aquejan al mundo en la actualidad, como es la contaminación del medio ambiente a
niveles alarmantes. Dentro de este contexto, las fuentes naturales de agua, ríos, lagos y
lagunas, entre otras, se ven afectadas por desechos industriales vertidos sobre ellas (ref. 16).
Los países industrializados en busca de solucionar este problema, han legislado sobre este
aspecto, tomando medidas estrictas que permiten reducir al mínimo los riesgos sanitarios y
el nivel de contaminación de los desechos domésticos e industriales expuestos al ambiente.
En algunos países sub-desarrollados como el nuestro, existe legislación pero, es incipiente
sin la capacidad y experiencia para resolver el gran problema de contaminación en las
principales ciudades del país, que a pesar de ser poco industrializado, existen algunos
ejemplos de contaminación a fuentes de agua, entre los que se destacan: la Laguna de
Tiscapa, La Laguna de Masaya, Río Grande de Matagalpa, los lagos Xolotlán y
Cocibolca y el Río Chiquito entre otros.
Una de las medidas adoptadas para evitar la creciente contaminación de estas fuentes naturales
de agua, es la construcción de lagunas de estabilización, sistemas administrados por La
Empresa Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (ENACAL). Con la finalidad de
tratar aguas residuales domésticas, de modo que se reduzca al mínimo su carga contaminante
antes de ser vertidas sobre los cuerpos receptores.
El sistema de lagunas el cocal fue diseñado en el año 1973, iniciándose su construcción en ese
mismo año y finalizando en 1975. A inicios de operación, el sistema constaba de una laguna,
posteriormente se construyó una segunda laguna en paralelo a la existente cuya operación se
inició en 1993. La alimentación al sistema proviene de una red de alcantarillados sanitario
constituido por 3,632 conexiones, correspondiente al 30% del total de conexiones
domiciliares de la ciudad de León (ref. 7). El efluente tratado es vertido en el cauce del río
Chiquito.
Tomando en consideración lo antes expuesto se hizo necesario un estudio encaminado
proponer alternativas en lo concerniente a la tratabilidad y depuración del efluente de estas
lagunas, siendo este el propósito principal del presente estudio.
En este documento se muestra los resultados del funcionamiento en la planta de tratamiento de
aguas residuales que recolectan para su auto depuración los vertidos de la población que
habita en el sector Sur de la Ciudad de León.

1.2 ANTECEDENTES
Los datos más antiguos sobre el almacenamiento o tratamiento de aguas residuales provienen
de Alemania donde hace 60 años existían para el almacenamiento de aguas de albañal, al
principio el uso de las lagunas se experimentó de forma accidental pero la purificación
observada estimulo el uso de este tipo de instalaciones.
La primera Laguna construida por ingenieros de forma deliberada para tratar las aguas de
albañal fue la MADDOCK, en Dakota del norte en el año 1948, los resultados favorables
obtenidos llevaron al convencimiento de que las lagunas de estabilización pueden constituir
un sistema efectivo para tratar aguas residuales.
En los países centro americanos Costa Rica se puede considerar como la pionera en el uso de
lagunas de estabilización, ya que construyó las primeras lagunas de estabilización en la
ciudad de Cañas de Guanacaste en el año 1959.
En el Municipio de León Nicaragua, en el año 1973 fue diseñado el sistema en estudio,
iniciándose su construcción en ese mismo año, y finalizando en 1975. A inicios de
operación, el sistema constaba de una laguna, posteriormente se construyó una segunda
laguna en paralelo a la existente cuya operación se inició en el año 1993.
La alimentación al sistema proviene de una red de alcantarillados sanitario constituido por
3,632 conexiones, correspondiente al 30% del total de conexiones domiciliares de la Zona
II1
de la ciudad de León. El afluente tratado es vertido en el cauce del Río chiquito, que
sirve de cuerpo receptor de estas, en 1995 se realizó una rehabilitación en la infraestructura
en general mejorando los canales de aproximación, colocaron distribuidores de caudales en la
caja de entrada, y canaletas Parshall en los canales de salida de cada una de las lagunas,
además se realizó actividades como limpieza de taludes, extracción de lodos y zonas
muertas2
, además se colocaron rejas en los canales de entrada para la remoción de sólidos de
sobre tamaño que tratan de ingresar a las lagunas de estabilización del Barrio el Cocal de la
ciudad de León.
1
Zona de influencia Sur del cauce del Río Chiquito.
2
Sólidos suspendidos sobre nadantes en la superficie de las lagunas y acumulados por acción del viento en áreas
determinadas.

1.3 JUSTIFICACIÓN
La ciudad de León enfrenta serios problemas de saneamiento ambiental, como el poco
tratamiento de los desechos municipales e industriales la contaminación de los cuerpos de
agua, particularmente la destrucción por contaminación del Río Chiquito esto por la
descontrolada descarga de aguas crudas provenientes de casas particulares y tenerías
artesanales que se encuentran ubicadas a lo largo de la rivera del río, que no cuentan con el
servicio de alcantarillado sanitario, se suma a esto la poca eficiencia de los sistemas de
tratamiento de aguas residuales existentes, este problema a convertido al río en una corriente
de color gris, característico de aguas residuales domésticas, la cual provocan un impacto
ambiental severo reflejado en el deterioro total de la fauna y flora acuática además de provocar
una serie de enfermedades gastrointestinales que son de gran preocupación para las
autoridades Municipales, que con el apoyo del gobierno y países amigos han impulsados una
campaña de mejoramiento de los sistemas existentes y nuevas construcciones y de ésta manera
dar un mejor tratamiento a las aguas residuales que drenan por el sistema de alcantarillado
existente en esta zona de la ciudad.
Esta problemática es debido al incremento de la población urbana y los limitados recursos
financieros existentes para satisfacer la creciente demanda de servicios de saneamiento. Dadas
las continuas advertencias acerca del incremento en los niveles de contaminación de este río,
originadas entre otros factores por el crecimiento en forma desordenada de la población en la
zona de influencia del Río, por lo que se hace necesario determinar si el efluente del sistema
de laguna de estabilización, está contribuyendo con el deterioro del río.
Por lo descrito en el párrafo anterior, se identifica la necesidad de evaluar la calidad del agua
de las lagunas de estabilización del barrio “EL COCAL” determinando así el aporte de aguas
residuales que ingresan al sistema, carga orgánica, período de retención teórico, en sí los
parámetros básicos de diseño necesarios para el dimensionamiento de lagunas secundarias,
sobre la base de los resultados obtenidos, y plantear una solución adecuada que contribuya a
mejorar las condiciones higiénicas tanto del cuerpo receptor como de la población que reside
en los márgenes de éste.

1.4.- ALCANCES Y LIMITACIONES
1.4.1- ALCANCES
Mediante la aplicación de correlaciones recomendadas por el CEPIS se logró caracterizar el
afluente y efluente de ambas lagunas, conocer la capacidad auto depurativa, además de
evaluar el funcionamiento bajo distintos comportamiento de flujo hidráulicos y remocional del
sistema.
1.4.2.- LIMITACIONES
Los recursos económicos para ejecutar este trabajo fueron asumidos por el programa DUT-
UNI, los que limitaron el muestreo compuesto únicamente a tres días consecutivos y los
restante cuatros días una vez por semana (el día de mayor caudal)
1. Por las razones antes expuestas no se determinó el tiempo de retención in situ, a través
de trazadores, compensándose esto con el empleo de una correlación teórica basada en
los factores de forma de las lagunas.
2. Debido a la falta de reactivos productos de las mismas restricciones no se determinó el
nivel de contaminación del cuerpo receptor (Río Chiquito) y así medir el impacto
consecuencia de la descarga del efluente de las lagunas en este.
3. En el año 1996 se planteó la necesidad de determinar la eficiencia de las lagunas
primarias y en base a los resultados obtenidos se realizó el diseño de las lagunas
secundarias, en esta dirección el programa DUT-UNI, con la colaboración PIDMA,
impulsa y financia la ejecución de los estudios correspondientes y los resultados
encontrados se analizan en pre- defensa, desde entonces y por motivos muy
particulares no se logró realizar la defensa final, por tal razón en diciembre del 2002 se
solicitó antes la FTC cambio de tema, utilizando los mismos datos, como resultado de
esta gestión se obtuvo la autorización de defender estos resultados, bajo los términos
de reinscripción del tema el cual pasaría por los mismos requerimientos exigidos para
presentar un nuevo trabajo de tesis, razón por la cual los datos de campo aquí
presentados corresponden a los resultados obtenidos en el año 1996.

II.- OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
• Evaluar el funcionamiento operacional del Sistema de Lagunas Primaria del Cocal de
la ciudad de León y el perído de retención teórico a través de la calidad del Agua.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Determinar la variación del caudal de entrada y salida del sistema de lagunas
Primarias.
2. Caracterizar la calidad de los afluentes y los efluentes de las lagunas primarias y
determinar la eficiencia remocional de estas a través de los parámetros físicos,
químicos y microbiológicos como son: DBO5, DQO, Sólidos Totales, Sólidos
Totales Volátiles, Sólidos Sedimentables, Alcalinidad, pH, Nitrógenos (Orgánico,
Amoniacal, Nitrato), Fósforo, E Coli- Totales y Coli-Fecales, esto mediante análisis
en el campo y en el laboratorio.
3. Determinar el funcionamiento operacional de las Lagunas basadas en el período de
retención teórico y cargas aplicadas.

III. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO.
3.1.- UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
El Municipio de León, ubicado al Nor-Occidente de Nicaragua entre los 12o
54’48” latitud
Norte, los 86o
17’25” y 87o
07’08” de longitud Oeste del Departamento de León, tiene por
cabecera la ciudad con su mismo nombre, fue fundada en 1,524, con el nombre de Santiago de
los Caballeros a orillas del lago de Managua, no lejos de las faldas del volcán Momotombo,
una violenta erupción y el aumento del nivel de las aguas del lago obligaron a los moradores a
trasladarse a un sitio más distante y menos peligroso en el año de 1610, lugar que actualmente
ocupa. ( figura 1)
(Fig. No. 1)
Ciudad de León depto de León. Nic.
_____ Río Chiquito
_____ Zona II de la Ciudad
de León
Las Lagunas “ El cocal “ están situadas al Sur – Oeste de la ciudad de León y colinda al Norte
con el matadero ( rastro) de la ciudad al Sur con los terrenos del Fortín de Acosasco, al Este
con los barrios Walter Ferrety, las Brisas, el cocal y al Oeste con el río chiquito.
(Fig. No 2)
Ubicación de las Lagunas facultativas
del barrio el cocal, Ciudad de León
Nicaragua.

3.2.- CARACTERÍSTICAS DEMOGRÁFICAS
Respecto a su población el municipio cuenta con 208,623 habitantes en una superficie de 862
km2,
con una densidad bruta de 242 hab./ km2.
De esta población un total de 172,680
habitantes corresponden a 19 poblaciones urbanas (incluyendo la ciudad de León, Poneloya y
las Peñitas), que representan el 83.0% en una superficie de 23.5 km2
, que representan el 3.0%
de la superficie total del municipio, con una densidad bruta de 7,348 hab./km2
. El resto de la
población es rural (35,943 hab.), representa el 17.0%, en una superficie de 838.5 km2
que
representan el 97.0% de la superficie total, con una densidad bruta de 43 hab./km2
. En el
municipio de León se observa como fenómeno de distorsión territorial, que el 2.6% de su
superficie se concentra el 82% de su población total, específicamente en la ciudad de León.
En el año 1990 un sector de la población (muy pobres) se estableció en los alrededores de la
ciudad inclusive en la zona donde están ubicadas las lagunas de estabilización “EL COCAL”,
sin considerar las condiciones de riesgo de contaminación a que se expone la población por
la proximidades en que se encuentran sus viviendas, (aproximadamente a unos 50 mts.) muy
por debajo de la distancia recomendada por las normas de diseño de lagunas de estabilización
que en algunos casos exige que sea de quinientos metros (ref. 10).
3.3. CARACTERÍSTICAS GEOFÍSICAS :
La ciudad de León y sus periferias participan de formaciones piroclásticas predominantes,
estas unidades descansan en discordancia por la formación de la sierra y el Tamarindo. Estos
depósitos de regular compactación meteorizados, cuya granulometría varía de limos a gravas
finas redondeadas, los que están formados por una sucesión de tubos aglomeráticos, tobas
líticas blandas, lapillis, pómez y cenizas. El espesor de esta formación dentro del área
estudiada se estima en unos 120 m.
Los estratos característicos del sitio “El Cocal” a 3 Km. al Sur-Oeste de la ciudad de León son
de la formación Tamarindo. Según investigaciones básicas la elevación morfológica o lomo
está formado por una capa superpuesta.
En el Sur-Oeste la formación Tamarindo se entrelazan con la extensa formación sedimentaria
marina del fraile compuesta por 2,700 m de aglomerados, areniscas, conglomerados, calizas y
bosques fósiles también con depósitos volcánicos sedimentados dentro del agua.
La formación Tamarindo es de gran importancia identificada como la unidad geológica más
antigua del territorio y que aflora en dirección Sur y Sur-Oeste, y está constituida por un grupo
de rocas volcánicas de edad miocénica que se presenta suavemente inclinadas hacia el Océano
Pacífico.

3.4- CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS.
El clima de la zona en estudio es tropical de sabana, que caracteriza a toda la región del
pacífico. Abarca elevaciones desde el nivel del mar hasta los 1000 m. aproximadamente.
Se caracteriza por una pronunciada estación seca entre los meses de Noviembre y Abril; y una
estación lluviosa entre los meses de Mayo a Octubre, con una temperatura promedio de 26 a
29o
C.
La precipitación promedio mensual es de 378.00 mm, siendo septiembre el mes más lluvioso.
La humedad relativa promedio se encuentra entre el 67% y 89% cuando se registran las
menores temperaturas.
3.5- EPIDEMIOLOGÍA
Según información obtenida en noviembre de 1996 en el Centro de Salud de Sutiava “Félix
Pedro Carrillo”, las enfermedades que más predominaban en el sector son: respiratorias y
diarreas agudas; la primera representa el 16% de las 10 principales causas siguiéndole la
E.D.A3
con 2.2%, las enfermedades crónicas continúan ocupando los últimos lugares (tercer y
sexto lugar), situación dada por la sub secuencia en la atención de forma sistemática cada
mes.
La infección virosis y urinaria también están dentro de los primeros 10 lugares de morbilidad,
cabe señalar que pasa a ser una enfermedad de mucha prevención, una de las causas probables
es que la población no tiene hábito de ingerir líquidos en cantidades sufrientes lo que ha
venido provocando grandes cantidades de pacientes con trastornos renales.
3.6- ACTIVIDAD ECONÓMICA
Existe poca incidencia del sector primario en la economía de la ciudad, porque no se está
dando el monocultivo de algodón que en años atrás fue el eje económico de la ciudad de León,
toda la economía leonesa giraba en torno al cultivo, y exportación del algodón vegetal.
En la actualidad se cultiva soya, sorgo, ajonjolí, maíz, cítricos, pastos, etc. en pequeñas áreas
y no se puede contabilizar la mano de obra porque es mínima, lo que significa que hay grandes
áreas de tierra en descanso y en conflicto legales por la tenencia de estas. Alrededor del sector
“El COCAL” solamente se encuentra plantaciones de plátanos ornamentales, la población
aledaña se desempeña básicamente en trabajos tradicionales temporales como elaborar y
vender tortillas, la compra y venta de verduras y granos básicos. La mayoría de la población
expresa que no tiene ninguna actividad económica lo cual se puede detectar a simple vista por
la condiciones de pobreza en que viven.
3
Enfermedades Diarreicas Agudas.

3.7.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES DE LA CIUDAD DE LEÓN “EL COCAL”
3.7.1.- SISTEMA DE RECOLECCIÓN Y CONDUCCIÓN.
El sistema de recolección de la Zona II, se compone esencialmente de una serie de colectoras
orientadas en dirección paralela al río Chiquito que conducen las aguas residuales hasta un
punto situado en el extremo occidental de la zona.
En el proyecto original, el sistema de colectoras propuesto para esta zona, contaba de 5,695
metros de tubería, actualmente cuenta con 14,820 metros de tubería de concreto y PVC.
El efluente de las lagunas de estabilización, son descargadas en el río Chiquito; sin embargo,
aguas arriba del punto de vertido esta corriente, recibe las descargas de tenerías, por lo cual su
aspecto a la altura del matadero Municipal es de aguas negras frescas.
Este sistema de alcantarillado sanitario fue diseñado para conducir solamente aguas residuales
domésticas, sin embargo en tiempo de lluvia se observa el incremento de su descarga en las
lagunas de estabilización “El Cocal” y el cambio de color gris a color café oscuro
confirmando que hay infiltración de parte del alcantarillado pluvial, posiblemente de tragantes
en las calles.
La red del alcantarillado sanitario que descarga en las lagunas “El Cocal” cuenta con una
longitud de aproximadamente 14,820 metros lineales y está constituida de la siguiente forma:
DIÁMETRO
(mm)
DIÁMETRO
(PULGADAS)
LONGITUD
(METRO)
200 8” 10,170
250 10” 1,900
300 12” 2,050
375 15” 150
525 21” 550
TOTAL 14,820
En la zona II de la ciudad de León se registraba 3,632 conexiones domiciliares lo que
totalizaba un 30 % del total de conexiones existentes en los registros de la filial de INAA4
León.
El número de conexiones domiciliares de la ciudad de León hasta el mes de octubre del año
1996, era de 12,107 de las cuales 8,475 conexiones (70%) descargan a las lagunas de Sutiava.
4
Ente administrador del agua en la década de 1980-1990

3.7.2. -DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
El sistema de tratamiento del Barrio El Cocal de la ciudad de León constaba de dos lagunas
facultativas orientadas en paralelo cuyo fin ha sido mejorar la calidad del agua residual
proveniente del alcantarillado sanitario.
3.7.3 -FORMAS DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN “EL COCAL”:
Estas lagunas son de forma rectangular orientadas en paralelo de Este a Oeste, cada laguna
con dimensiones de 150 m. de largo por 72.05 m. de ancho, para una superficie por laguna
de 10,807.50 m2
; el agua presenta generalmente un color verde oscuro, pero sin embargo en
la zona donde están las tres canaletas de descarga, el color es gris y en pequeñas cantidades
ésta se torna color café oscuro.
LAG U N A N o 1.
LAG U N A N o 2.
E S Q U E M A S D E L A G U N A S D E E S T A B IL IZ A C IÓ N "E L C O C A L ".
D escarga final.
Canaletasdesalida.
RIUITO.
CanaletasParshal
C .D .R ......... C anal de descarga al.
sParsha
OCHIQ
Canaletal
Canalesalida.tasde
C analetas de evacuación
C aja de salida G ral.
P.M ............Pu nto de m u estreo.
rio chiquito.
CLAVE.
Canaletasdeentrada.Canaletatrad
C analetas de
aproxim acion
C aja de entrada.
P.M . # 3.
2.
P.M . # 1.
P.M . = Punto de M uestreo
sdeen
P.M #
as
Fig. No 3. Sistema de Lagunas El Cocal, León.
3.7.4.- CAJA DE ENTRADA:
Unidad de sección rectangular construida de concreto reforzado, orientada de Este a Oeste
con dimensiones de 2m. x 2m. x 1.5m recoge las agua residuales domésticas provenientes del
sistema de alcantarillado sanitario.
Frente al tubo de entrada se encuentra una pantalla de concreto reforzado, que disipa la fuerza
del flujo de descarga y así deshace los sólidos que aún llegan a la caja de entrada;
perpendicular a ésta se encuentra una sección también de concreto reforzado rematada con un
parte aguas para distribuir el caudal en dos secciones compuestas de vertederos triangulares
las que descargan y regulan el caudal que ingresa a las lagunas. En la sección Norte dentro de
la caja se ha conectado una tubería de 16 pulgadas de diámetro, que descarga directamente en

el río Chiquito, ésta tubería cubierta por una pantalla de acero se utiliza para desviar el flujo en
exceso debido a la suma de aguas pluviales que invaden el alcantarillado sanitario en horas de
lluvia. La caja de entrada está situada aproximadamente a unos 10 metros de las lagunas.
3.7.5.- CANALETAS DE ENTRADA:
Estas canaletas de concreto reforzado y de forma rectangular se encuentran en perfectas
condiciones estructurales. Las canaletas de entrada tienen una plantilla de 0.6 metros por 1.10
metros de alto con 125.31 metros de longitud y una pendiente de ½ %, equipadas con rejas,
con el objetivo de retener los sólidos de considerable tamaño que tratan de ingresar a las
lagunas. Estas unidades están construidas con 9 varillas de acero liso de ½ pulgada espaciadas
a 0.0063 metros de centro a centro conectadas en una bandeja metálica de 0.65 por 0.65
metros con ángulo de inclinación de 45o
.
Las canaletas descargan en las lagunas mediante delantales de concreto de 1.00 metros de
ancho y 4.40 metros de largo, para evitar la erosión de los taludes, cada laguna cuenta con tres
(3) descargas esto ayuda a prevenir la formación de zonas muertas a la entrada y socavamiento
de los taludes.
3.7.6.- MEDIDORES DE CAUDALES:
En la caja principal de distribución existen medidores vertederos triangulares y canaletas
parshall en los canales de salidas de cada laguna.
3.7.7.- ESTRUCTURAS DE SALIDA:
Existen cuatro cajas de salida las que descargan a través de orificios sumergidos, compuestos
por tubos de PVC de 8 de diámetro y pendiente de 2%, capacidad de 25 lps cada una esta
estructura consiste en cajas de mampostería y concreto reforzado con dimensiones exteriores
de 1.20 metros de ancho y 1.70 metros. La evacuación de las aguas de salida hacia el punto
de disposición en común se realiza mediante canaletas recolectoras de concreto reforzado de
0.50 metros de plantilla con una longitud de 60 metros equipadas con un par de canaletas
Parshall, cada una descarga el agua tratada a una caja de concreto reforzado con sección de 1
metros x 1 metros y 1.45 metros de altura.
3.7.8.- CANAL DE DESCARGA AL CUERPO RECEPTOR.
La descarga final de las lagunas se da a través de un canal rectangular (tipo aireador de
cascada) de concreto reforzado con pendiente de 22.07% y una longitud de 32 metros medidos
desde la caja de salida hasta finalizar el canal en el margen del cuerpo receptor, donde de
existen seis dados de concreto que sirve de disipador de velocidad del flujo los que evitan
socavamiento en el área de descarga.

IV.- MARCO TEÓRICO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO.
4.1. GENERALIDADES.
Las aguas residuales sanitarias son desechos líquidos constituidos de residuos domésticos e
industriales lanzados a la red pública. Los desechos domésticos constituyen la parte más
significativa de los residuales sanitarios y provienen principalmente de residencia y edificios
públicos o comerciales, donde se concentran aparatos sanitarios, lavanderías y cocinas.
De forma general puede decirse que los desechos sanitarios están constituido por
aproximadamente 99.9% de agua y 0.1% de sólido en peso seco. El líquido es nada más un
medio de transporte de innumerables sustancias orgánicas, inorgánicas y microorganismos
eliminados por los hogares diariamente
Debido a la variedad de sustancia que componen los residuales sanitarios, se utilizan para su
caracterización determinaciones físicas, químicas y biológicas, cuyos valores permiten
conocer su grado de contaminación y determinar su eficiencia.
El tratamiento de residuales sanitarios antes de ser vertidos a cualquier cuerpo hídrico, tiene
como objetivo:
• Prevenir y reducir la diseminación de enfermedades transmisibles causadas por los
microorganismos patógenos.
• Conservar las fuentes de abastecimiento de agua para uso doméstico, industrial y agrícola.
• Preservar la fauna y flora acuática.
4.2- MÉTODOS DE TRATAMIENTO.
Existen diferentes métodos para la remoción de las sustancias contaminantes presentes en las
aguas residuales. Estos tratamientos se clasifican según el nivel de remoción de
contaminantes que se alcanzan a medida que avanzan los procesos unitarios y biológicos,
aplicándose unos a continuación de otros, en dependencia de la composición que tenga el
agua residual a tratar, y su clasificación es:
Tratamientos
• Preliminares.
• Primarios
• Secundarios
• Terciarios o avanzados
Los tratamientos preliminares: Tienen como objetivo aumentar la efectividad de los
tratamientos posteriores para degradar todo el material sólido, contaminantes gruesos y

desperdicios que puedan ocasionar problemas de atascamiento en los diferentes equipos:
aireadores, bombas, canales, etc. Para este tipo de tratamiento, se usan como equipos
principales rejillas, trituradores, desarenadores, trampas de grasas, etc.
Los tratamientos primarios: Tienen como objetivo remover aquellos contaminantes que
puedan sedimentar, como sólidos sedimentables y suspendidos, también aquellos que puedan
flotar como por ejemplo las grasas.
Los tratamientos secundarios: Estos fundamentan la remoción del material contaminante a
través de procesos bioquímicos, en los cuales los microorganismos son los encargados de la
degradación de la materia orgánica contenidas en las aguas residuales.
Dentro de los tratamientos secundarios podemos encontrar varios tipos (los cuales pueden ser
aeróbicos, anaeróbicos y facultativos, entre los conocidos se mencionan:
− Lodos activados
− Lagunas de estabilización
− Filtros percoladores
− Zanjas de oxidación
− Biodiscos
− Sedimentador secundario.
Los tratamientos terciarios o avanzados: Están basados en el mejoramiento de la salida del
efluente a través de tratamientos específicos. En dependencia de sus características se pueden
utilizar para: remoción de Nitrógeno (intercambio iónico, desnitrificación, cloración),
remoción de Fósforo (precipitación química) y remoción de inorgánicos disueltos (oxidación
química y carbón activado). También los tratamientos terciarios se aplican para el
acondicionamiento y disposición final de los lodos a través de la concentración, digestión,
incineración y disposición final de éstos mediante procesos específicos para cada etapa.
Se puede decir, que todos los tratamientos anteriormente mencionados se dividen según los
procesos biológicos y además procesos físico-químicos (tratamientos secundarios).
4.3- LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.
Pueden ser definidas como una estructura simple para embalsar residuos líquidos de
naturaleza orgánica con períodos de retención de magnitud considerable (1 a 40 días). Su
tratamiento se efectúa a través de procesos naturales: físicos, biológicos y bioquímicos,
denominados auto- depuración o estabilización. Estos procesos naturales condiciones
parcialmente controladas son los responsables de la transformación de compuestos orgánicos
putrescibles compuestos minerales u orgánicos más estables.
La materia orgánica que ingresa a la laguna de estabilización está constituida de sólidos
sedimentables y no sedimentables, coloidales y en solución. El material sedimentable y
coloidal floculado, sedimenta principalmente en las proximidades de la entrada para formar

una camada de lodo, la materia restante permanece en medio líquido. La camada de lodo y los
sólidos orgánicos sedimentados son estabilizados por bacterias formadoras de ácido y metano
que, en condiciones anaerobias, liberan gases a la atmósfera y compuestos solubles al medio
líquido.
A determinadas condiciones de temperaturas y cantidades de materia orgánica presente en la
laguna, la gasificación puede ser responsable de la reducción de un 20 a 30% de carga
orgánica expresada como demanda bioquímica de oxígeno (DBO) aplicada a la laguna. La
materia orgánica soluble resultante de esa composición, acarrea un incremento de DBO en
medio líquido. Ref. 17.
4.4.- REACCIONES BIOLÓGICAS EN UNA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN
Los micro organismos presentes en una planta de tratamiento de aguas residuales pueden dar
lugar a mucho cambios bioquímicos. Las principales reacciones biológicas que se observan en
una laguna de estabilización comprenden los siguientes fenómenos
1. Oxidación de materia orgánica por bacterias aerobias.
2. Nitrificación de las proteínas y de otros compuestos nitrogenados por bacterias aerobias.
3. Reducción de la materia orgánica por bacterias anaerobias presentes en los depósitos y
estratos líquidos del fondo.
4. Oxigenación de los estratos líquidos superficiales, por las algas.
Actualmente se aceptan ciertos hechos básicos relativos a la oxidación de los residuos
orgánicos:
− El oxígeno disuelto se reduce durante la estabilización de la materia orgánica.
− La rapidez de la oxidación es independiente de la cantidad de oxígeno disuelto
disponible.
− El tipo y el número de organismo presente es importante.
− Los cambios del contenido de oxígeno pueden servir para medir la cantidad y el
carácter de la materia orgánica oxidable, ref. 17.
4.5.- TIPOS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.

Las lagunas de estabilización pueden ser clasificadas en:
Anaerobias:
Son aquellas que operan con cargas orgánicas de modo tal que no exista oxígeno molecular
libre a través de todo su volumen o los procesos de fermentación ácida y metanogénica
predominan en la camada de lodo y no en el líquido sobrenadante. Pueden alcanzar una
profundidad de hasta seis metros, con el objetivo de mantener el calor y las condiciones
anaerobias.
a) Aerobias:
Son lagunas que permiten la penetración de la luz en toda su profundidad. Las lagunas
aerobias aceleradas tienen una profundidad de 0.3 a 0.5 metros y son mezcladas
mecánicamente de modo que todas las algas estén expuestas a la iluminación solar, evitando
asimismo, la formación de una camada de lodo en el fondo. Son proyectadas para maximizar
la producción de algas. Otro tipo de lagunas aerobias pueden alcanzar una profundidad de 1.5
m. y se utilizan para elevar al máximo la producción de oxígeno.
b) Facultativas:
Modelo dinámico de las lagunas facultativas donde se da la transferencias de fases como la
mezcla producto del viento, la acción de la irradiación solar, sedimentación, desprendimiento
de gases, proceso de fotosíntesis de la algas etc.
ZONA AEROBICA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAEROBICAGases
Vientos
Vientos
Metano
Vientos
Luz Solar
Son aquellas donde ocurre una estabilización aerobia en una zona donde la penetración de la
luz es efectiva y una fermentación anaerobia en la camada de lodo en el fondo. La producción
de oxígeno proviene, en mayor proporción, de la actividad fotosintética de las algas y en
mayor grado, de la reaireación superficial.
Fig. 4. LAGUNA FACULTATIVA
Ref. Diseño, evaluación y mantenimiento de las lagunas de Estabilización. Fabián Yánez
c) De maduración:
En el fondo de las lagunas se forma la primera zona que es un estrato de lodo anaerobio
conformado por los sólidos sediméntables que se acumulan en el los microorganismo, en esta

son utilizadas para el tratamiento terciario de efluentes de estaciones de oxidación biológica,
tales como filtros biológicos, lodos activados y lagunas facultativas. La finalidad es producir
un efluente de alta calidad a través de la concentración de nitratos y fosfatos y en pequeñas
proporciones, una reducción adicional de DBO.
4.6.- LAGUNAS TIPO FACULTATIVO
Los estanques de estabilización facultativos son aquellos en los que la capa superior es
aerobia, la zona central contiene bacterias facultativas y la zona de fangos es realmente
anaerobia. Actualmente la mayoría de los estanques de estabilización que tratan aguas
residuales crudas son del tipo facultativo.
Los sólidos sedimentables forman en si una capa de fangos de organismos animales y
vegetales, en las lagunas que reciben agua residual cruda la formación de sólidos
sedimentables está en función de la temperatura.
Los estanques facultativos se oxigenan principalmente por la actividad fotosintética de las
algas bajo la influencia de la radiación solar, aunque en los grandes estanques la aireación
superficial por la acción del viento también aporta una importante proporción de oxígeno.
El efecto del viento produce además, uno de los factores más importantes, para el
funcionamiento de un estanque facultativo como es la mezcla, producto de la energía del
viento lo cual depende de la extensión superficial del estanque. Ref. 17.
El efecto de la mezcla en el funcionamiento del estanque es sumamente importante, pues
durante el día la mezcla proporciona una distribución uniforme de la temperatura y del
oxígeno en toda la masa de agua estableciendo así condiciones aerobias hasta las zonas más
profundas de éste. Esta mezcla es utilizada también para transportar a las algas que carecen de
movimiento propio a la zona donde existe energía luminosa utilizable.
Es típico que durante horas de la mañana en donde la temperatura es uniforme en todo el
estanque se produce mezcla completa; sin embargo, debido a la irradiación solar, la
temperatura aumenta gradualmente y con la colaboración de la acción del viento en la capas
superiores de las aguas de las lagunas dan origen a la formación de temperaturas diferentes
entre los estratos de agua superficiales las aguas que se ubican en el fondo de las lagunas.
Después del mediodía y por la tarde puede iniciarse un segundo período de mezcla en las
formas que se indican a continuación:
a) Encima de la termoclina y en condiciones de calma (sin viento), las capas superiores de
agua pierden su calor más rápidamente que las capas de agua del fondo, las más frías se
hunden provocando una mezcla en donde la temperatura bajo la termoclina permanece
constante en todo el estanque.
b) Cuando sopla viento, en general durante el período de temperaturas decrecientes, la
energía transmitida por éste al agua situada por encima de la zona de transferencia de

calor, en algunas etapas sobrepasa las fuerzas de estratificación ocasionando que la
temperatura sea uniforme en toda la capa de líquido.
Es posible que durante el verano y cuando las velocidades del viento son bajas, el
enfriamiento por radiación no sea suficiente para homogenizar la temperatura en todo el
sistema de laguna y persista la zona de transferencia de calor los vientos continuos y fuertes
aumentan la mezcla y compensan también la disminución de la oxigenación fotosintética que
resulta cuando se presenta un cielo moderadamente cubierto.
La mezcla es un parámetro físico importante que afecta el crecimiento de las algas ya que
muchas algas no son móviles por sí mismas y se precisa de la mezcla para llevarlas a la zona
de penetración efectiva de la luz. A causa de la adsorción de la luz solar por las células de las
algas la penetración efectiva puede ser inferior a 1 metro, en consecuencia, la formación de
oxígeno suele quedar limitada a la capa superior.
La temperatura es de gran importancia porque afecta la velocidad de la degradación
bioquímica, la mezcla, la temperatura media, las fluctuaciones diarias y las variaciones
anuales influyen todas ellas en los procesos biológicos, físicos y químicos del estanque.
Es un hecho relevante e importante de mencionar que los procesos antes mencionados están
controlados esencialmente aunque no totalmente por el tiempo de retención, la mezcla, la
temperatura y la actividad fotosintética de las algas. Ref. 14, 15, 16.
4.7.-ARREGLO O DISPOSICIÓN DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.
El tratamiento de aguas residuales se puede efectuar en una, dos o más lagunas; cada laguna
se denomina célula y el conjunto, sistema de lagunas. La experiencia ha demostrado que el
tratamiento biológico en una serie de lagunas es más eficiente que en una laguna de área
equivalente.
Existen los siguientes arreglos:
a) Operación en serie:
Particularmente en caso de ser usadas tres o más lagunas. En este tipo de arreglo, el líquido
fluye de una unidad a la otra. La primera célula recibe el residual bruto y se llama laguna o
célula primaria, la segunda recibe el efluente tratado por la primera y se llama secundaria y
así sucesivamente. Normalmente, tratándose de residuales sanitarios, una tercera laguna se
considera de maduración o pulimento. Este sistema tiende a minimizar las cantidades de algas
y otros contaminantes en la última célula, obteniéndose un efluente de mejor calidad.
b) Operación en paralelo:

Cuando se desea reducir la carga orgánica de células primarias. En este tipo de sistema, dos o
más células, reciben, simultáneamente, cargas orgánicas proporcionales a sus capacidades y
pueden recibir residuales brutos o efluentes parcialmente tratados de unidades que las
anteceden. Este arreglo proporciona mejor distribución de sólidos sedimentables y la
flexibilidad de retirar, provisionalmente, una célula para limpieza y distribuir, durante esa
fase, la carga a las demás unidades.
Por último, existe la posibilidad de utilizar bombas para recircular el efluente de una laguna a
su propia entrada o la entrada de cualquier laguna precedente en un sistema de lagunas en
serie. En algunos casos, ésta recirculación se considera en lagunas facultativas unicelulares,
donde el bombeo del efluente a la entrada de la misma laguna corrige las deficiencias de
oxígeno disuelto, sirve de auxiliar en la prevención de olores y en el surgimiento de
condiciones anaerobias en la zona de alimentación de la laguna.
4.8.- FACTORES QUE AFECTAN EL FUNCIONAMIENTO DE LAS LAGUNAS
DE ESTABILIZACIÓN FACULTATIVAS.
Existen factores constituidos por fenómenos meteorológicos que pueden afectar el
funcionamiento de las lagunas de estabilización facultativa entre los cuales podemos nombrar:
a) Vientos:
Tiene un papel importante en la homogenización de la masa líquida, permitiendo un mejor
contacto del afluente con los microorganismos existentes en las lagunas. La energía del viento
depende de la extensión superficial del estanque, éste puede contribuir a la introducción de
oxígeno del aire en la masa líquida, cuando la concentración de oxígeno disuelto de
saturación es mayor que el oxígeno en las lagunas y se considera recomendable que la
dirección del viento ocurra del efluente hacia el afluente.
c) Temperatura:
Afecta la velocidad de la fotosíntesis y el metabolismo de las bacterias responsables de la
depuración de residuales. A temperaturas bajas la concentración de oxígeno disuelto tiende a
ser mayor y la actividad biológica decrece. En relación a la digestión del estrato de lodo se
puede afirmar que la actividad de fermentación no ocurre significativamente bajo 170
C; a
partir de 300
C, la fermentación anaerobia de lodo se intensifica a tal punto que los gases
producidos podrían en lagunas con profundidades de 2 metros arrastrar a la superficie placas
de lodo del estrato del fondo, la producción óptima de oxígeno ocurre en torno a 200
C y
250
C.
c) Precipitación Pluviométrica:
No produce efectos duraderos que afecten las lagunas, sin embargo provoca una dilución de
las aguas residuales, disminución del tiempo de retención, cambios súbitos de temperatura en
la

masa líquida, arrastres significativos de población de algas y por lo tanto una reducción o
anulación temporal del rendimiento de la laguna.
d) Evaporación:
Una evaporación intensa podría teóricamente, producir un aumento de la salida del medio,
con efectos nocivos para los procesos osmóticos en las paredes celulares de los
microorganismos.
e) Factores Químicos:
Los principales factores químicos que afectan en la operación normal de una laguna
facultativa son: pH, materiales tóxicos, nutrientes y oxígeno disuelto.
Las lagunas facultativas necesitan un ambiente ligeramente alcalino para el mejor desempeño
del proceso de oxidación. El pH en una laguna varía a lo largo del día en los diferentes
estratos de líquido prevaleciendo en la superficie los valores más elevados. Normalmente, los
valores de pH son bajos durante las primeras horas de la mañana, aumentando al transcurrir el
día, en el período en el cual las algas se encuentran en plena actividad fotosintética, para
descender nuevamente en la noche.
Tanto las bacterias como las algas necesitan de una fuente de nutrientes para crecer y
multiplicarse, requiriéndose en mayor cantidad: nitrógeno, fósforo y carbono, elementos que
abundan en los residuales domésticos. Para las bacterias aerobias una relación aproximada de
DBO / Nitrógeno / Fósforo de 100:5:1 se considera suficiente.
4.9.- FUNCIÓN DE LAS ALGAS EN UNA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN
En las lagunas de estabilización las algas son un valioso elemento por que producen oxígeno a
través del mecanismo conocido como fotosíntesis, por la noche cuando no hay luz para ejercer
su función fotosintética las lagas consumen oxígeno en las respiración. Esta acción también
tiene lugar en presencia de la luz solar, sin embargo la reacción neta es la producción de
oxígeno.
La capacidad de las algas para producir oxígeno es vital para ecología del medio acuoso, para
que un estanque de oxidación aerobio o facultativo funcione eficazmente es imprescindible
que las algas proporcionen oxígeno a las bacterias aerobias y heterótrofas.
El oxígeno liberado por la algas a través de proceso de fotosíntesis es utilizado por la bacterias
en la degradación aerobia de la materia orgánica. Los nutrientes y el anhídrido carbónicos
liberados en la degradación, son a su vez utilizado por las algas ref .9, la relación cíclica
simbiótica entre las algas y las bacterias se muestra en la figura 5.

A L G A S
B A C T E R IA SM A T E R IA
O R G A N IC A
O X IG E N O
N U E V A S
A L G A S
N U E V A
B A C T E R IA S
C O 2, N H 3, P O 4,
H 2O
E N E R G IA
SO L A R
R E L A C IO N C IC L IC A
Fig. No 5 Relación cíclica simbiótica entre las algas y las bacterias.
Como consecuencia de que las algas utilizan anhídridos carbónicos en su actividad
fotosintética pueden producirse elevados valores del pH, al aumentar el pH los componentes
de
la alcalinidad cambian, entonces la alcalinidad del carbonato y del hidróxido tiende a
predominar al igual que en el caso del oxígeno disuelto y esto debido a que existe una
variación diurna del pH, durante el día las algas consumen anhídridos carbónicos, lo que
supone un aumento del pH mientras que por la noche lo produce, significando un descenso del
pH.
La materia orgánica muerta o putrescible de las aguas residuales no es eliminada de las
lagunas de estabilización si que es ESTABILIZADA o dicho de otra manera es transformada
en materia orgánica VIVA presente en el protoplasma de las algas, pero si mueren tornan a
ser materia orgánica putrescible con un alta demanda DBO.
Existen investigaciones que indican que esto no sucede; ya que en el cuerpo receptor, las algas
se integran a la cadena alimenticia de los seres acuáticos siendo su desaparición final un
proceso bastante complejo. Ref. 17.
4.10.- CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO HIDRÁULICO.
Al estudiar la cinética del proceso que se lleva a cabo en una laguna de estabilización, cabe
mencionar varias hipótesis de flujo hidráulico:
a) Flujo de mezcla completa:
Este tiene lugar cuando las partículas que entran a la laguna son inmediatamente dispersas por
todo el recinto, en donde las partículas salen del estanque en proporción a su población
estadística. La mezcla completa se lleva a cabo si el contenido del estanque esta uniforme y
continuamente distribuido, adema este tipo de mezcla sucede cuando las lagunas esta
expuestas a buen viento y sin estratificación termal.

b) Flujo en Pistón:
Este se da cuando las partículas del fluido pasa a través del estanque y son descargadas en el
mismo orden con el que entran, las partículas conservan su identidad y permanecen en el,
estanque durante un tiempo igual al de retención teórico. Este tipo de flujo es
aproximadamente el que se produce en estanque alargados (L/B>3) y en los que no existe
dispersión longitudinal. Sin embargo estudios realizados, demuestran que no hoy lagunas que
trabajen totalmente bajo el régimen de flujo en pistón y mezcla completa, en realidad las
lagunas lo hacen bajo un régimen de flujo disperso o arbitrarios.
c) Flujo arbitrario o disperso:
Se da cuando se presenta cualquier grado de mezcla parcial comprendida entre el flujo en
pistón y el de mezcla completa o se presentan simultáneamente. Este tipo de flujo es más
difícil de descubrirlo matemáticamente por lo que en el tratamiento matemático de los
procesos biológicos y químicos se pueden emplear modelos ideales de flujo en pistón o de
mezcla completa. El problema se complica aun más por la presencia indeseable de zonas
muertas (donde no ocurre flujo alguno). (Ref. 18.)
4.11.- BALANCE HÍDRICO EN UNA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN.
En una laguna de estabilización el balance suele ser dado por la Ecuación:
Qe= Qa + (Pr + Pc) – (E + Pe) [m3
/d ó lts/d]
De la cual:
Qe = Caudal efluente.
Qa = Caudal afluente de aguas residuales.
Pr = Precipitación que recibe la laguna.
Pc = Infiltración de agua subterránea a la laguna (ocurre cuando el nivel freático
está sobre él de la laguna).
E = Evaporación.
Pe = Pérdidas por percolación (sucede cuando el nivel freático está por debajo de las
lagunas y éstas no se han sellado).
La mayoría de las lagunas de estabilización que no han logrado cumplir su objetivo ha sido
por causa de un balance hídrico inadecuado ya que son pocas las lagunas que han fallado por
aplicarle una carga orgánica mal calculada, puesto el diseño por carga orgánica es más
flexible que por balance hídrico. ( Ref. 17)

4.12.- DIFERENTES MODELOS DE CÁLCULOS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Procedimiento para el tratamiento de la información a través de diferentes tópicos
a) CARGA TOTAL APLICADA (Cta) A LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.
Se define como la tasa de flujo afluente a la laguna multiplicado por la demanda de oxígeno
que impone la carga de residuos que ingresa a la unidad expresada por la BDO5.
Cta = ( Qa * DBO5)* 86.4 ( Kg.DBO5/d) (1) ref. 15
b) CARGA SUPERFICIAL A UNA LAGUNA FACULTATIVA.
Esta carga es inversamente proporcional a la extensión superficial de la laguna; y debe estar
dentro de rango de carga admisible para lagunas del tipo facultativo.
Csa = Cta / Área ( Kg.DBO5 / Ha.d) (2) ref. 15
c) CARGA SUPERFICIAL LIMITE ADMISIBLE (Csm) PARA LAGUNAS FACULTATIVAS.
Existe un límite máximo de carga orgánica para lagunas facultativas y que tiene que ser
siempre mayor que la carga que reciben los estanques primarios, para que este estanque no
corra el riesgo de tornarse anaerobio; es decir que el estanque primario fallaría como
facultativo, eliminando su estrato aerobio y convirtiéndose en anaerobio en toda su
extensión. Ref. 15.
Se han determinado 2 correlaciones para cuantificar la carga máxima admisible la cual varía
con:
1. La temperatura promedio mensual del agua en el mes más frío. (t)
2. La temperatura promedio del aire en el mes más frío, (tai). En ambas correlaciones
la temperatura se expresa en 0
C.
3. La correlación obtenida en función de la temperatura del agua, se desarrolló en el
Perú, con el procesamiento de datos de carga en función de la fracción del amoníaco
presente. La ganancia de amoníaco – NH3 – sólo es posible como resultado de los
procesos anaerobios, Yánez concluyó que para cargas sobre 357.4 Kg/(Ha.día)
predominan los procesos anaeróbicos, quedando establecida la carga máxima
admisible por la correlación.:
e) Csm = 357.4 * (1.085) ( t-20
) ( Kg DBO5 / Ha.d ) (3)

Alternativa cuando no se cuenta con datos de temperatura del agua residual, se estima
la carga máxima admisible con la siguiente correlación reportada por Mc Garry y
Pescod:
f) Csm = 400.6 * 1.0993 (tai-20
) ( Kg, BDO5/Had) (4)
Esta correlación fue determinada a través del procesamiento de datos operativos de muchas
instalaciones en el mundo.
Es importante indicar que el valor de carga límite aplicable debe determinarse en
consideración a factores tales como:
1. La existencia de variaciones bruscas de temperatura.
2. La forma de la laguna (las lagunas de forma alargada son sensibles a variaciones
y deben tener menores cargas)
3. La existencia de desechos industriales
4. El tipo de sistema de alcantarillado.
g) TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICO
PR = V /Qa (días) (5)
Donde: V = volumen de la laguna en m3
Qa = Caudal afluente a la laguna en m3
/d.
h) CONSTANTE DE BIODEGRADABILIDAD DE LA DBO A 200
C ( K 20
0
C).
Utilizando los modelos en equilibrio continuo uno de los principales problemas ha sido
escoger una la más adecuada para la constante de reacción global - K - los valores
reportados por varios investigadores para esta constante, varían ampliamente desde 0.1
hasta valores por encima de 2. En general la tendencia ha sido mayores valores de K para
menores periodos de retención.
Investigaciones realizadas en San Juan, Lima, Perú han servido para desarrollar la correlación
- K - versus el periodo de retención – PR – para las lagunas primarias y secundarias los datos
de la constante – K – han sido procesados según la formula:
K= PR / ( A + B * PR ) (6)
De un estudio de regresión efectuado en la mencionada investigación se obtuvieron datos
estadísticos de A = - 14.77 y B = 4.46 para todas las observaciones dentro de los límites de
confianza del 96% y con un coeficiente de correlación de 0.916 lo cual es estadísticamente
significativo sustituyendo estos valores en la siguiente ecuación obtenemos:

K 20
0
C = PR / (14.77 + 4.46 * PR) (D –I
) (7)
El uso de la correlación anterior es recomendado para períodos de retención de 8 o más días.
i) CONSTANTE DE BIODEGRABILIDAD DE LA DBO A LA TEMPERATURA - Kt
– DEL AGUA
La dependencia de la temperatura en la constante de velocidad de la reacción biológica – Kt
– es muy importante al momento de valorar la eficiencia total de un proceso de tratamiento
biológico. La temperatura no sólo influye en las actividades metabólicas de la población
microbiológica sino que tiene un profundo efecto en los factores tales como las tasas de
transferencias de gases y características de sedimentación de los sólidos biológicos. El
efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción de un proceso biológico se expresa
de la siguiente forma:
Kt = F 200
c * θ (t-20)
( 8)
Donde: K 20
0
C = velocidad de reacción a 20oC
θ = coeficiente actividad-temperatura = 1.085 para degradaciones de DBO
t = temperatura a que funcionan las lagunas primarias y secundarias.
J) FACTOR DE DISPERSIÓN “d” EN LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Del factor de dispersión depende la eficiencia de remoción de coliformes fecales, tal factor
en investigaciones a escala de campo se determina con trazadores, dependiendo en función de
varianza y retención promedio; el factor de dispersión varia desde cero (0) en el caso de un
reactor con flujo en pistón hasta infinito ( ∞ ) para un reactor de mezcla completa. Aunque
este intervalo es teóricamente desorbitante los estudios efectuados indican que su margen de
variación es estrecho; en lagunas de estabilización este varia de 0.2 a 4. Ref. 1
Para la determinación del factor de dispersión, éste se obtuvo en base a un estudio exclusivo
de datos de 24 pruebas de trazadores, a escala completa válidas por un alto porcentaje de
recuperación del trazador. Los factores de dispersión han sido agrupados para las diferentes
lagunas, según la respectiva relación largo/ancho - L / B - y se desarrolló la siguiente
correlación con un significativo coeficiente de relación de 0.99954.
d= (L/B) / ( -0.26118+0.25392 (L/B) + 1.01368 ( L/B)2
) (adimensional) (9)
El uso de la correlación de la carga removida para lagunas primarias, ofrece las mejores
ventajas de uso, como son la simplicidad y dependencia solamente de una variable.

k) METODOLOGÍA DEL CEPIS PARA DETERMINAR LA MATERIA
ORGÁNICA REMOVIDA
El empleo de la metodología del CEPIS para la determinación de la cantidad de materia
orgánica removida es recomendable a falta de mejores herramientas. El cálculo de cargas
removidas considera pérdidas por infiltración, En evaluaciones realizadas en San Juan Lima,
Perú mediante el procedimiento de datos se obtuvieron las siguientes correlaciones:
Carga removida para lagunas primarias:
Csr = 7.67 + 0.8063 * Csa (10)
l) MODELO EN EQUILIBRIO CONTINUO Y MEZCLA COMPLETA PARA LA
REMOCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA.
La formulación principal para reducción de compuestos orgánicos fue propuesta por Marais
y Shaw; y está basado en un balance de material, asumiendo reacción de primer orden y
mezcla completa. La solución en estado de equilibrio continuo es:
S = Sa / (1 + Kt * PR) ( mg /lt) (11)
Donde: Sa DBO5 total del afluente. mg / lt
S DBO5 soluble del efluente. mg/lt
Kt : Constante de biodegradabilidad ó tasa neta de asimilación
de DBO a la temperatura del desecho d-1
PR: Períodos de retención. (Días)
m) TASA DE MORTALIDAD NETA DE COLIFORMES FECALES – Kb-
La tasa de mortalidad de coliformes fecales es aplicable también para salmonellas,
establecidas para una velocidad de reacción de 200 d-1, con un promedio aceptable de 0.84
d-1 en lagunas facultativas. Para las condiciones del Perú se ha asumido un factor de
dependencia de temperatura. La corrección de temperatura es:
Kb = 0.84 * 1.07 ( t-20)
( d-1
) (12)
Donde: t = temperatura del agua de desecho.
n) MODELO DE MARAIS –SHAW (MEZCLA COMPLETA ) PARA REDUCCIÓN
DE COLI FECALES
Marais desarrollo tasas globales de mortalidad de coliforme fecal a través de determinaciones
en afluente y efluente bajo la suposición de mezcla completa. Estos valores variaron de 0.3
a 8 con un promedio de 2d-1
bajo estas suposiciones se propuso la siguiente formula:

N = No / (1 + Kb * PR) (NMP /100ML) (13)
Eficiencia = ((No – N) / N ) * 100
Donde : No = Conteos de coliformes fecales en el afluente. NMP / 100ml
N = Conteos de coliformes fecales en el efluente, NMP/100ml
Kb = Tasa de mortalidad de coliformes d -1
PR = Períodos de retención por módulos. (Días).
Ñ) MODELO DE WEHNER Y WILHELM (FLUJO DISPERSO PARA REDUCCIÓN
DE BACTERIAS.
La aplicación de este modelo es correcta para describir la reducción de bacterias en una
laguna de estabilización, en donde la población microbiana está directamente asociada con el
líquido.
En una evaluación intensiva donde las lagunas no se ajustan a sub-modelos hidráulicos de
flujo de tipo pistón o de mezcla completa, la evaluación debe efectuarse con la ayuda de
modelos más complicados, el modelo de dispersión axial es el más empleado, porque en sus
límites cubre los dos anteriores, y tiene aplicabilidad para la descripción real de la reducción
de bacterias. La inclusión de las características de dispersión en las ecuaciones de diseño
predicen mejores resultados porque ésta da razón de los fenómenos hidráulicos que ocurren
en las lagunas; forma del estanque, velocidad de flujo, corto circuito y dispositivos de
entrada y salida. Sin embargo, el uso del modelo de flujo disperso no da razón de la
existencia de zonas muertas o estancadas las cuales reducen el volumen efectivo. La
siguiente relación permite interpretar adecuadamente los datos para reducción bacteriana de
una evaluación intensiva de campo de una laguna funcionando en equilibrio continuo.
N = NO * ( 4 a e ( 1/2d).
)/ ((1+a)2
e a/2d
– (1 –a )2
e –a/2d
) (14)
A = ( 1 + 4 * Kb * d * PR)1/2
(adimensional)
No = Conteos de coliformes fecales en el afluente. NMP/100ml
N =Conteos de coliformes fecales en el efluente. NMP/100ml.
a: constante del modelo, expresada por correlación e: exponencial.
d: factor de dispersión. Correlación

V. METODOLOGÍA
PROCEDIMIENTO.
5.1. I Etapa:
Esta etapa se realizó con el fin de conocer a fondo el problema y las posibles formas de
enfrentarlo, abarcando los siguientes aspectos:
• Reconocimiento del campo de trabajo.
• Ubicación de los puntos de muestreos y de medición del caudal (Fig. 3).
• Capacitación de las técnicas de análisis de laboratorio para aguas residuales.
• Preparación de materiales, reactivos y maleta de campo.
5. 2.- II. Etapa:
Una vez finalizada la etapa anterior, con el conocimiento del problema planteado y con un
plan de trabajo definido, se desarrollaron las siguientes actividades:
5. 2.1 - Recolección y preparación de muestra:
Los muestreos se efectuaron durante siete días; tres días consecutivos y cuatro días una vez
por semana durante un mes. La toma de muestra y medición de caudales se realizó en puntos
seleccionados como los más representativos (Entrada general y salidas individuales de cada
laguna) durante un período consecutivo de veinticuatro horas a intervalos de dos hora cada
toma de muestra. El tipo de muestra recolectada es compuesta y en forma manual. La
preservación de las muestras se realizó en termos con hielo.
5. 2.2- Medición de caudales:
La medición del flujo de aguas crudas se realizó a través los vertederos triangulares tipo
Thompson ubicados en la caja de entrada, en la salida se efectuó mediante lectura en
estructuras de régimen critico (Canaletas Parshall), para determinar el comportamiento del
flujo en el transcurso de todo el día se empleo la siguiente correlación:
Vertedro triangular Tipo Thompson 90°
Q = 1.4 * H5/2
(m3
/seg)
H Carga Hidráulica
Canaletas Parshall
Q = 2.2 * W * H3/2
Q Caudal en m3
/s
W Ancho de la garganta en metros
H Carga o altura de la lámina de agua en metros
5.2.3- Parámetros físicos-químicos y bacteriológicos Evaluados

Los parámetros determinados in situ (en el campo) fueron sólidos sedimentables, oxígeno
disuelto, pH, y temperatura. El restante de los parámetros se determinó en el laboratorio del
“Programa de Investigación y Docencia en Medio Ambiente” (PIDMA-UNI).
Las técnicas de laboratorio utilizadas en la determinación de los parámetros físicos, químicos
y microbiológicos se resumen a continuación:
ANÁLISIS MÉTODOS E INSTRUMENTOS
Microbiológicos:
E. coli-fecales y totales NMP/100 (Numero más probable)
Físicos:
Temperatura
Sólidos Totales
Sólidos Sediméntales
Caudal
Termómetro
Diferencias de pesos
Conos Imhoff
Vertederos, Triangulares y canaletas Parshall
Químicos:
Alcalinidad
Demanda Bioquímica de Oxigeno
Demanda Química de Oxigeno
Nitrógeno Amoniacal
Nitrógeno Orgánico
Nitrógeno del Nitrato
Fósforo Total
Titulación a la Fenolftaleína
Winkler e incubación
Dicromato de potasio. (Reflujo cerrado)
Destilación
Macro Kjeldahl
Bricina
Vanadomolibdato
Tabla 5.1
5.2.4- Verificación de dimensiones del sistema de lagunas:
Se procedió a tomar en cuenta las consideraciones expuestas por mediciones efectuadas días
antes al inicio del muestreo de cada laguna; la medición del tirante de las lagunas no se
realizó por motivo económico y tiempo, por lo cual se considero el valor de 1.65 m valor
obtenido por la filial de INAA un mes antes a esta evaluación.
5. 2.5- Determinación del tiempo de retención:
El período de retención para cada laguna del sistema se obtuvo en forma teórica, siendo el
valor presentado una relación entre el volumen calculado tomando en cuenta el balance
hídrico y el caudal afluente promedio.
5. 2.6- Procesamientos de datos:
Los resultados de las determinaciones de los diferentes parámetros, son presentados como
valores promedios, siendo estos valores la base fundamental para interpretar los resultados.
VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS

6.1. COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO
6.1.1. APORTES, DISTRIBUCIÓN Y VARIACIÓN DE CAUDALES.
En las tablas No. 7 y No. 8, del anexo II se muestran los resultados del aforo de caudales
efectuado durante 72 horas obteniéndose caudales mínimos, máximos y promedio que
ingresan y egresan del sistema; según resultados del muestreo efectuado durante el período
que duró la actividad de campo, el caudal promedio fue de 44.47 lts/seg, equivalente a
3,925.47 metros cúbicos por día, correspondiente al 90.87% de la capacidad de diseño
4,320.00 metros cúbicos por día.
FLUCTUACIONES DE CAUDALES PARA LAS LAGUNAS.
Como resultado de las fluctuaciones se obtuvieron gráficos del caudal que circula en cada
laguna. Los resultados indican caudales máximos y mínimos registrados dan un promedio de
173.93 lts/seg ocurrido en horas de tormentas y 13.42 lts/seg en la madrugadas entre las
02:00am y 03:00 AM, donde la actividad doméstica particular se reduce al máximo.
Fig. 6.1 que compara el caudal máximo y mínimo que ingresa al sistema
caudal (lts/seg)
173.93
13.42
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00
Caudal máximo
Caudal mínimo
6.1.2. BALANCE HÍDRICO

Los resultados obtenidos a través del balance hídrico indican que se dan pérdidas hasta de
8.78 lts/seg en todo el sistema de lagunas, considerando que la precipitación pluvial tuvo
incidencias considerables durante el período de muestreo; y que la temperatura del ambiente
fue la más baja del año, además que la presencia de nubosidad provocó que la evaporación
no produjera efectos por lo que las pérdidas indicadas pueden ser producto de dos situaciones
una de las cuales puede ser error de calibración en los medidores de caudales, la otra
posibilidad que justifica las pérdidas es la percolación, se llega a esta conclusión en vista de
que el nivel freático de las lagunas está muy por debajo de las lagunas y las pérdidas por
percolación se dan cuando se presenta esta situación.
El siguiente cuadro nos muestra la variación promedio del caudal en la entrada y salida de
cada laguna y el sistema en general, de igual forma se muestran las perdidas.
cuadro No 6.1. Variación promedio del caudal en las lagunas.
Caudal Laguna No 1. Laguna No 2. Sistema
entrada (lts/seg) entrada (ltrs/s) en general lts/seg
Caudal de Entrada(lts/seg) 21.93 22.54 44.47
Caudal de Salida(lts/seg) 16.2 19.49 35.69
Perdidas 5.73 3.05 8.78
En la figura 6.12 se muestran los caudales que circulan en cada laguna y en el sistema en
general, además de las pérdidas totales y las de cada laguna de estabilización.
Caudal deEntrada(lt 21.93 22.54 44.47
Caudal deSalida(lts 16.2 19.49 35.69
Perdidas 5.73 3.05 8.78
21.93
16.2
5.73
22.54
19.49
3.05
44.47
35.69
8.78
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
01/01/1900 02/01/1900 03/01/1900Caudal deEntrada(lts/seg) Caudal deSalida(lts/seg) Perdidas
Figura 6.12 Variación de caudales en lagunas .
De acuerdo con lo antes expuesto no se consideró evaporación ni percolación quedando
reducida la ecuación de balance hídrico de la siguiente manera:

Qentrada = Qa+ Pr
Qsalida = Qevp+Qe+Qinfl
En donde: Pr=0.73 mm/mes=1.26 E 2 m/d
E =2.56 mm/mes= 8.53 E 3 m/d
Pr =Precipt.(m/d)*Area superf.( m2
)
E=vaporación(m/d)*Area superf. (m2
)
6.1.3.- EXTENSIÓN SUPERFICIAL, VOLUMÉTRICA PERIODO DE RETENCIÓN
TEÓRICO Y FACTOR DE FORMA DE LAS LAGUNAS.
En primer término, es importante recalcar que el período de retención es fundamental en la
reducción de carga orgánica y patógenos; el valor teórico obtenido corresponde a ocho días (8
días) tiempo que se encuentra dentro del rango recomendado en la literatura especializada (de
siete a diez días ) para lagunas facultativas (ref. 1).
En el cuadro 6.13. se expone el área superficial total de cada una de las lagunas y del sistema
de tratamiento en general, considerando el tirante promedio se obtuvo la capacidad de cada
laguna y del sistema en general, además se expone el factor de forma producto de la relación
largo y ancho de las lagunas del sistema de tratamiento, el volumen y el período de retención
teórico de cada laguna de estabilización.
Cuadro 6.13. Períodos de retención de lagunas.
LAGUNA Áreasuperficial(m2) Volumen(m3) Tirante(m) P/Retención Factor de forma
Laguna No.1 10,807.50 16,751.63 1.55 8.00 2.08
Laguna No.2 10,807.50 16,751.63 1.55 8.00 2.08
Enel sistema 21,615.00 33,503.25 8.00
6.2. CALIDAD FÍSICA Y QUÍMICAS DEL AGUA RESIDUAL CRUDA
6.2.1 Caracterización de los afluentes según su nivel de contaminación

La calidad físico-química del agua proveniente del alcantarillado se clasificó dentro de la
composición típica de las aguas residuales domésticas, según los parámetros más
representativos. El afluente general se clasifica según el nivel de concentración y basado en
los parámetros como medianamente fuerte (ver cuadro 6.21)
Parámetros Valor Observado Composición
Típica
Nivel de
Contaminación
DBO5 A20o
C (mg/lt) 328 <300 Fuerte
DQO (mg/lt) 414.11 500-1000 Medianamente
fuerte
Nitrógeno total (mg/lt) 45.43 40-85 Medianamente
fuerte
Fósforo total (mg/lt) 10 10-20 Medianamente
fuerte
Sólidos totales (mg/lt) 617.12 700-1200 Medianamente
fuerte
Sólidos sedimen. (ml/lt) 3.12 5-10 Medianamente
fuerte
Cuadro 6.21 . Concentración promedio de afluentes.
Al comparar la composición típica que define el nivel de contaminación del efluente con los
valores observados podemos decir que según el nivel de contaminación el 83% de los
parámetros evaluación en el afluente es medianamente fuerte y el 17% fuerte.
Grado de contaminacion de afluente
38%
4%
1%
57%
Fuerte Med. Fuerte Med. fuerte Med. fuerte Med. fuerte
6.2.2 Concentración de los parámetros evaluados.
• Temperatura.
El valor promedio obtenido en el afluente es de 29.83o
C, favoreciendo el crecimiento de los
microorganismos encargados de la depuración.

En la figura 6.14 se observa la variación de la temperatura en la caja de ingreso y salida del
sistema, durante el día en el efluente se observa una considerable variación de temperatura
debido a obtienen calor a través de la irradiación solar, la mayor incidencia se da entre la
ocho de la mañana y la seis de la tarde alcanzando su máxima temperatura al medio día,
mientras tanto el afluente producto que su descarga proviene del alcantarillado sanitario la
temperatura se mantiene bajo comportamiento constantes.
Temperatura en la caja de Entrada y Salida de las lagunas.
25
27
29
31
33
35
37
39
8:00am 10:00am 12:00m 2:00pm 4:00pm 6:00pm 8:00pm 10:00pm 12:00am 2:00am 4:00am 6:00am
Tiempo en Horas.
Temperaturaeno
C
Salida
Entrada
Figura 6.14 Variación de temperatura del agua en lagunas.
• PH
El pH de las aguas residuales es un valor de mucha importancia para el crecimiento de los
microorganismos, ya que en su mayoría no pueden tolerar niveles pH por encima de 9.5 ó por
debajo de 4; el pH óptimo para el crecimiento se encuentra entre 6.5 y 7.5 (ref. 2,9 y 11) es
por eso que podemos afirmar que el pH encontrado en el afluente de las lagunas es el
adecuado para la proliferación de microorganismos.
El afluente presentó en un rango de 7.33 a 6.83 para un promedio de pH promedio de 7.06
para ambas lagunas; sin embargo en el efluente se obtuvieron valores de 8.83 y 6.26 para las
lagunas 1 y 2 respectivamente.

Variación del pH en la caja de Entrada y Salida de las Lagunas.
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
8am 10am 12pm 2pm 4pm 6pm 8pm 10pm 12am 2am 4am 6am
Tiempo en Horas.
pH
Entrada Salida
Fig. 6.15. Variación de pH en lagunas.
En el afluente el valor del pH se considera normal para aguas de desechos domésticos (ver
tabla 3 y 4 del anexo II). Mientras que los valores del efluente son altos debido a que las algas
usan bióxido de carbono en su actividad fotosintética, ello puede dar lugar a condiciones de
pH altos con alcalinidad relativamente altos. En estos casos las algas presentes en las lagunas
facultativas obtienen el carbono necesario para la síntesis celular de bicarbonato presente en el
agua lo que produce altas variaciones diurnas del pH como se muestra en la Fig. 6.15..
• Alcalinidad.
La alcalinidad este no es un parámetro de gran importancia, pues depende de las variaciones
del pH para saber si se debe a la presencia de carbonato o bicarbonatos estas variaciones no
ocurren en el sistema. La determinación de la alcalinidad en el agua residual es importante
cuando se va efectuar un tratamiento químico, razón por la cual carece de importancia como
parámetro para evaluar en este sistema de tratamiento biológico.
En la figura 6.16 se muestran los resultados promedios del sistema .
Variación de la Alcalinidad en el sistema de tratamiento
0
100
200
300
400
500
13/09/96 14/09/96 15/09/96 21/09/96 28/09/96 05/10/96 12/10/96
Tiempo en días
Alcalinidadenmg/lts.
Entrada
Salida
Figura 6.16 Variaciones promedios de alcalinidad en el sistema de lagunas.

Los resultados obtenidos podemos decir que el promedio en el efluente es de 172.14 mg/l para
ambas lagunas, en el efluente el promedio es de 319 y 387 mg/l para la laguna 1 y 2.
• Sólidos totales.
Los sólidos del efluente de las lagunas de estabilización están compuestos de:
Una porte de sólidos suspendido entrantes al sistema, y otra parte de ellos son retenidos en las
lagunas por sedimentación o suspensión, los sólidos biológicos o sea los que se convierten en
biomasa sólida y que se producen por la actividad fotosintética de las lagas celulares, además
se componen de los sólidos que generan las bacterias en la degradación de la metería orgánica
y de los sólidos que se producen por las reacciones químicas.
En el afluente de las lagunas los sólidos totales se encontraron en concentraciones promedios
de 617.10 y 617.11 mg/l para las dos lagunas. En el efluente se observaron concentraciones de
477.10 y 505.70 mg/l. La eficiencia remocional de sólidos totales es de 20.41% para todo el
sistema, lo que indica la poca capacidad de las lagunas para remover los sólidos coloidales
presentes en el agua residual. (Ver anexo tabla No 5 y No. 6)
En el cuadro 6.22 se muestran los volúmenes de sólidos totales que ingresan y egresan del
sistema, el volumen retenido es de 284.20 metros cúbicos al año, con una reducción de la
capacidad volumétrica anual de 1.51% para la laguna No 1, y 1.12% para la laguna No 2.
LAGUNA Afluente Efluente Vret m
3
/año
Laguna No. 1 Vst.m
3
/año 395,19 232,13 163,06
Laguna No. 2 Vst.m
3
/año 417,01 295,87 121,14
En el sistema 812,20 528,00 284,20
Cuadro 6.22 Volúmenes de sólidos Totales en el sistema de lagunas.
La presencia indeseables de estos sólidos totales contribuyen a que exista materia orgánica
remanente que pueda ser aun biodegradable (sólidos biológicos) además que justifica la
existencia de un DBO considerablemente alto en el efluente, estos sólidos reducen muy
significativamente la capacidad volumétrica de las lagunas.

En la figura 6.17. se muestra la capacidad de reducción de sólidos totales que ingresan al
sistema
De los 812.20 m3/año de sólidos totales que ingresan al sistema el 17 % son retenidos en las
lagunas y el 33% es vertido al cuerpo receptor.
812.20m3/año 33%
17%
Afluente Efluente Retenido
• Sólidos sedimentables.
La concentración de los sólidos sedimentables en el efluente oscila entre 2.2 a 4.3 ml/l para
ambas lagunas; sin embargo durante la ocurrencia de lluvia se registraron valores máximos de
8 a 10 ml/l, esto es debido a la presencia de agua de lluvia que ingresa al alcantarillado
sanitario.
En el efluente los valores máximos varían de 3 a 2 ml/l para las lagunas 1 y 2 respectivamente;
obteniéndose promedios de 0.36 ml/l en la laguna 1 y 0.7 ml/l en la laguna 2 (ver tabla 1 y
tabla 2 del anexo II).
Basado en los volúmenes de sólidos totales y los sedimentables encontrados, se dedujo que un
80 % de los sólidos totales que ingresan al sistema son sedimentables y el 20 % son filtrables,
en cuanto a este parámetro podemos afirmar que el sistema en general no cumple con las
normas de vertido, este exceso puede ser producto de la falta de un desarenador en los
dispositivos de acceso.
Cuadro 6.23 Sólidos sedimentables en lagunas.
LAGUNA Afluente Efluente Volumen Retenido neto
m
3
/año
Reuccion volumetrica
de las lagunas
Laguna No. 1 (Vss.m3
/año) 324.609 54.860 269.749 0.025
Laguna No. 2 (Vss.m3
/año) 324.609 106.680 217.929 0.020
En el sistema 649.218 161.540 487.678

Los resultados presentados en el cuadro 6.23 verifican la sedimentación de estos sólidos; se
estima que el volumen de lodos acumulados en las lagunas equivale a 487.678 m3
/hab año de
lodo húmedo, distribuido en las dos lagunas, con una reducción de la capacidad volumétrica
por año de 0.025% y 0.020% para las lagunas No. 1 y No. 2 respectivamente.
161.54m3/año
Solidos
sedimentables que
ingresan
649.22
m3/año
487.68m3/año
Afluente Efluente Volumen Retenido neto m3/año
Figura 6.18. Se muestra la muestra la capacidad de reducción de sólidos sedimentables que
ingresan al sistema.
Las lagunas de estabilización son sedimentadores sobredimensionados, por consiguiente en
las lagunas primarias es retenido casi el 100% de los sólidos sedimentables. En estas lagunas
de estabilización no ocurre una sedimentación secundaria; esto hace que la acumulación de
lodos sea considerablemente altos.
como referencia se indica que este volumen está entre 150 y 200 lts./hab*año de
acumulación de lodo húmedo por el proceso de digestión anaeróbica que se lleva a cabo en
el fondo de la mismas.
De acuerdo a lo previsto en el diseño, cuando se procede a drenar y secar laguna para su
limpieza, el volumen de lodo seco llega a ser menor (del orden de 50 lts./hab.año). Para esta
última operación deberá aprovecharse la estación seca.
• Oxígeno disuelto.
El oxígeno disuelto se determinó en cada uno de los puntos de muestreo; en el afluente
resultaron valores de cero, excepto ciertos casos que presentan bajas concentraciones producto
de la caída de agua desde el vertedero al recipiente de toma de muestra.

El efluente presentó oxígeno en concentraciones promedio de 3.84 mg/l a 3.80 mg/l valores
que explican la subsistencia de una gran cantidad de pequeños peces ( pepesca ), tortugas y
altas concentraciones de algas.
• Demanda Bioquímica de Oxígeno ( DBO5 ).
De acuerdo a los resultados obtenidos las aguas del afluente tienen un alto contenido DBO5,
(327.6 mg/l), el valor promedio para ambas lagunas en el efluente es de 97.70 mg/l, para una
remoción de 70.3% (ver tabla 1 y tabla 2 del anexo II.
Figura 6.19 se muestra el comportamiento del DBO5 tanto en la entrada como en la salida de
cada laguna
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
3 5 0
4 0 0
4 5 0
5 0 0
1 3 /0 9 /9 6 1 4 /0 9 /9 6 1 5 /0 9 /9 6 2 1 /0 9 /9 6 2 8 /0 9 /9 6 0 5 /1 0 /9 6 1 2 /1 0 /9 6
T ie m p o e n d ía s .
DBOenmg/lts.
E n tra d a S a lid a
• Demanda Química de Oxígeno ( DQO ).
En el efluente se obtuvieron valores máximos de hasta 464 mg/l para un promedio de 414.11
mg/l; mientras que en el efluente los valores variaron de 168.90 mg/l a 244.00 mg/l en la
laguna 1 y 2 respectivamente con una concentración en la descarga total de 212.45 mg/l
resultando una eficiencia remocional de 50.20% (ver cuadro 6.24).

0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
13/09/96 14/09/96 15/09/96 21/09/96 28/09/96 05/10/96 12/10/96
Tiempo en días.
DQOenmg/lts.
Entrada Salida
Promedio, Entrada Promedio, Salida
Figura 6.20 Variaciones de la DQO en ambas lagunas.
Los valores de la DQO son mayores que los valores de la DBO5, esto se debe a que la
oxidación de la materia orgánica es más rápido que la degradación de los elementos químicos
presentes en el agua lo que indica que en la naturaleza la oxidación enzimática destruye
rápidamente los compuestos biológicos que existen en las aguas residuales.
• Nitrógeno total.
En el efluente se observan concentraciones de 46.45 y 44.96 mg/l para las lagunas 1 y 2
respectivamente. Las concentraciones promedios para cada laguna en el efluente fueron de
35.42 y 32.47 mg/l, obteniéndose eficiencias de aproximadamente 26 %.
• Nitrógeno orgánico.
Los resultados obtenidos indican que la eficiencia de remoción de las lagunas es de 24.35 %
para la laguna 1 y 31.28 % en la laguna 2.
• Nitrógeno amoniacal.
Los valores promedios del afluente son de 12.09 y 12.10 mg/l, mientras en el afluente los
valores promedios variaron entre 6.00 y 2.9 mg/l (eficiencia promedio de 63 % ).
Las concentraciones de nitrógeno total y orgánica se encuentran en cantidades más altas que
las que exigen las normas de vertidos para aguas residuales tratadas (20.00 mg/l ), esto puede
deberse al alto contenido de proteínas que se encuentran en los desechos orgánicos humanos
descargados en las lagunas y la asimilación del amonio por algas y bacterias presentes en las
lagunas se estabilización.
• Fósforo
Los resultados del análisis de fósforo total indican que se encuentran en cantidades

relativamente altas con valores de 10 a 8 mg/l, por encima del valor que establecen las normas
de vertidos (5 mg/l). Pero aun así esto refleja un porcentaje normal para aguas residuales de
origen domésticas puesto que contienen residuos humanos y detergentes. Estos últimos
normalmente contienen fósforo en su composición química.
6.2.3. CARACTERÍSTICAS MICROBIOLÓGICAS Y REMOCIÓN DE COLIFORMES.
La velocidad de remoción de bacteria aumenta con la presencia de oxígeno disuelto y con
valores de pH superiores a niveles de 9.0 (ref. 3, 2, 8). Los resultados obtenidos en los
muestreos realizados confirman que tales condiciones difícilmente se logran en el sistema. La
falta de mantenimiento (Sábado y Domingo) permite que en la mayor parte del tiempo se
observe una capa sobrenadante (nata) en aproximadamente un 5 % de superficie de las
lagunas. Dificultando el paso de la luz solar a regiones más profundas y afectando al proceso
de eliminación de bacterias coliformes y la actividad fotosintética.
La concentración de coliformes totales y fecales obtenidas en el efluente indican que estas
aguas no deben ser vertidas en un cuerpo receptor (Río Chiquito) por no cumplir con las
normas de calidad (Decreto 33 - 95) (ver tabla 1 y 2 del anexo II).
COLIFORMES TÉCNICA ENTRADA SALIDA
TOTALES NMP/100ML 3.18X105
1.81X104
FECALES NMP/100ML 3.7X105
1.81X105
Cuadro 6.23 Resultados promedios de Coliformes en lagunas.
Aunque el porcentaje promedio de remoción de coliformes fecales es de 98 %, para ambas
lagunas, la cantidad de coliformes fecales remanentes en el sistema es alta alcanzando valores
de 1.81x 10 4
NMP/100ml correspondiente al 2% del total que ingresan al sistema esto según
los valores encontrados, esta cantidad sobrepasa los parámetro de las norma de vertidos de
efluente de sistema de tratamiento que descargan en cuerpos receptores naturales.
En el anexo II tabla 1 y 2 se resumen las concentraciones de coliformes totales y fecales del
efluente; estos resultados indican que las lagunas primarias no son suficientes para garantizar
una eficiencia bacteriológica que satisfaga lo recomendado en las normas de vertidos
nacionales e internacionales.
6.3.- EFICIENCIA DE REMOCIÓN DEL SISTEMA.
Para el cálculo de cargas removidas no se consideraron pérdidas por infiltración de aguas
subterráneas, la materia orgánica en el efluente se calcula en base a DBO5 soluble. Los datos
de estudio son comparados con diferentes modelos.
Los resultados obtenidos en las muestras realizadas en el presente estudio confirman que las

lagunas no se comportan bajo sub modelos de flujo hidráulico, de flujo en pistón, y de
mezcla completa sino más bien posee características de flujo disperso, ello lo muestran la
eficiencia obtenidas en base a los modelos y estimación en el campo (ver el comportamiento
remocional de las lagunas y los modelos en las siguiente figura 7.1).
78,82%
70,90%
70,20%
80,80%
71,62%
70,30%
Laguna N o1 Laguna N o2
M ezcla C . F.D isper. Ev. Act.
Figura 6.21 Comparación de la eficiencia de remoción de DBO
(Modelos vs observados)
6.4 .- COMPORTAMIENTO OPERACIONAL DEL SISTEMA
6.4.1.- Relación estequiometrica.
La relación debe ser estimada con la DBO20 ó ultima y no con la DBO5, por que la DQO
refleja la demanda total de oxígeno de materias carbonosas, nitrógeno oxidable y ciertos
compuestos reductores, a través de catalizadores químicos y la DBO última refleja la
demanda de oxígeno de las materias carbonosas y las nitrogenadas, a través de procesos
biológicos, por consiguiente la DQO es siempre mayor que la DBO; ante el planteamiento
expuesto la relación DBO / DQO no se estimó debido a que la única información que se
poseía era de la DQO y la DBO5. En vista que la DBO5 indica una degradación parcial de la
materia orgánica que generalmente es del (60 al 70 % ), por consiguiente no tendría sentido
comparar una degradación biológica parcial con una degradación química completa.
6.4.2 COMPORTAMIENTO OPERACIONAL.
CUADRO 6.24. CONCENTRACIÓN DE MATERIA ORGÁNICA Y EFICIENCIA
CONSIDERANDO LAS CARGAS, LA DBO5 Y EL CAUDAL QUE ENTRA Y SALE
DE LAS LAGUNAS.
Cargas Laguna No 1 Laguna No 2 Promedios en el
sistema
CSAafluente (Kg.Ha/d) 611.86 652.48 632.17
CSAefluente (Kg.Ha/d) 134.99 133.05 134.02

Eficiencia de remoción % 77.94 79.61 78.775
CSMadmisible(Kg.Ha/d) 876.76 876.76 876.76
Eficiencia según DBO5 %
según su DBO
70.17 70.33 70.25
Este sistema fue diseñado para que funciones como anaerobio, donde la carga superficial, la
población contribuyente, el período de retención y otros parámetros considerados importantes
para su evaluación, actualmente están por debajo de los valores propuestos en el diseño e
inclusive más bajos que los resultados de evaluación hechas en el año 1993, esto explica el
funcionamiento facultativo de las lagunas actualmente, esta lagunas tienen una eficiencia
de
remoción de materia orgánica promedio de 78.78%, la carga superficial aplicada tanto en el
efluente como en afluente son menores que la carga superficial máxima admisible, confirmado
el funcionamiento facultativo.
REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA SEGÚN LOS MODELOS EVALUADOS
Eficiencia de remoción de DBO5 obtenida con los modelos y la obtenida en el sitio.
MODELO SISTEMA
Marais – Shaw(Mezcla Completa) 79.81 %
CEPIS (Flujo Disperso) 70.76 %
Evaluación actual 78.78 %
Cuadro 6.25
Según los resultados del presente estudio las lagunas no se comportan bajo el sub-modelo de
flujo disperso, además el modelo del CEPIS engloban una sola variable en la cual entran en
consideración otros factores como son: la naturaleza de la población que genera el caudal
afluente al sistema de tratamiento, el caudal mismo, la carga orgánica, las dimensiones
superficiales de cada laguna, la eficiencia del sistema demuestra el comportamiento del flujo
disperso que predomina en las lagunas, la que se analizó en base a la eficiencias obtenidas con
los modelos de remoción de carga orgánica CEPIS, Marais-Shaw y lo estimado en el campo.
45
C om p a ra ción d e R em oción O r g á n ica
seg ú n lo s M od elo s p r o p u estos
7 8 ,7 8 %
7 9 ,8 1 %
7 0 ,7 6 %
6 8 ,0 0 %
7 0 ,0 0 %
7 2 ,0 0 %
7 4 ,0 0 %
7 6 ,0 0 %
7 8 ,0 0 %
8 0 ,0 0 %
8 2 ,0 0 %
UNI-RUPAP Francisco José Jarquin Guido

Figura 6.22
El modelo de flujo disperso analiza muchas más variables que el modelo de mezcla completa
y fundamentalmente caracteriza el submodelo hidráulico (dispersión) de una laguna y predice
con mayor aproximación los remanentes en cuanto a coliformes fecales. Sin embargo este
modelo asume que tanto la biomasa como el líquido tienen el mismo comportamiento en
relación con el submodelo hidráulico, este como se sabe, es incorrecto solamente para el
líquido, más no para la biomasa (ref.11, 2).
En síntesis se hace necesario la experimentación para obtener submodelos que incluyan más
variables que intervienen en el funcionamiento de una laguna, y que analice el submodelo
líquido y sólido.
Cuadro 6.26 Comparación de cargas superficiales observadas (Csa) según Yánez, Mc
Garry-Pescod y la carga superficial máxima admisible (csm) para lagunas facultativas.
Cuadro 6.26
LAGUNA K20
O
C (d-1
)* Kt (d-1
)** Factor de
dispersión
D(Yanez)
Csa
(Kg.DBO5/Ha.d)
Csm (KgDBO5/Ha.d)
Yánez Mc Garry – Pescod
Laguna No. 1 0.38 0.79 0.45 876.76 f (To
C
agua)
f (To
C aire)
Laguna No. 2 0.38 0.79 0.45 876.76 731.05 728.48
* Constante de biodegradabilidad a 20o
c (k20
o
c)
** Temperatura de las lagunas (kt).
Tanto Yánez como Mc Garry en relación a sus correlaciones para determinar la carga
orgánica superficial máxima admisible en el sistema, nos confirma que el sistema trabaja
como facultativo sin que se corra el riesgo que se torne anaerobio.

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 CONCLUSIONES
1. En base a los resultados de carga orgánica en donde la carga superficial aplicada es
menor que la superficial máxima permisible se puede asegurar que estaban
funcionando bajo condiciones facultativas, sin correr el riesgo de tornarse anaerobias
ya que reciben una carga orgánica inclusive menor que la de diseño.
2. El período de retención teóricos es de ocho días para ambas lagunas, encontrándose en
los niveles mínimos que permiten las normas de vertidos (10 días).
3. Según el balance hídrico se encontró que las pérdidas del caudal en el sistema es de
8.78 lts/seg, lo que representa el 21.40 % de pérdidas en el efluente, cantidad que
sobrepasa los parámetros, según bibliografías este valor debe ser menor que el diez por
ciento del caudal que ingresa, esto puede estar ocurriendo por infiltración o es producto
de un dato distorsionado por la posible descalibración de los vertederos de régimen
critico.
4. Existen interconexiones de parte del sistema de alcantarillado pluvial al sistema de
alcantarillado sanitario, reflejado en el rápido incremento de los caudales durante
períodos de tormentas, resultando una descarga que satura el sistema de entrada de las
lagunas
5. La eficiencia de remoción de DBO5 relativamente baja (70.3 %), sin embargo la
concentración final cumple con las normas de vertido en cuerpo receptores (decreto 33
- 95 ).
6. Las concentraciones promedio de coliformes totales y fecales en el efluente fluctúan
entre 1.81 x 104
y 1.81 x 105
NMP / 100 ml aunque la remoción de COLIFORME en
el sistema sea alta el remanente alcanzando corresponde al 1% del total que ingresan al
sistema que comparado con las normas de vertido Nacionales, resulta que el efluente
del sistema se encuentra contaminado sobrepasando los niveles que exigen las normas
de vertido para aguas tratadas por lagunas facultativas.
7. Las lagunas están trabajando como grandes sedimentadores reteniendo las partículas
sólidas discretas, tal como se evidencia en el porcentaje de remoción de los sólidos
sedimentables ( 70.31 % ), la cantidad de sólidos que se sedimentan al año indica la
medida aproximada de la cantidad de fango que se eliminará mediante sedimentación
durante un año, sin embargo 487.68 m3
de sólidos sedimentables se acumulan en las
lagunas en el mismo período de tiempo; valor que comparado con el volumen total de
las lagunas representa una reducción volumétrica de 0.022 % muy distante del 10%
recomendado para considerar una evacuación de los lodos de lagunas facultativas, este
al valor de partículas sólidas discretas que se sedimentan puede tener su explicación en
la inexistencia de un desarenador en las entradas de las lagunas.

Monografýa fco. 160903

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