Diseño de planta de tratamiento de aguas residuales

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE
MOGROVEJO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
AMBIENTAL
APLICACIÓN DE METODOLOGÍA EN EL DISEÑO
DE SISTEMAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
DESARROLLADO PARA EL DISTRITO DE
SANTA ROSA – CHICLAYO
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL AMBIENTAL
GARY WILFREDO RACHO FONSECA
Chiclayo 22 de abril del 2015

VISTA DEL PROYECTO CONCLUIDO
www.youtube.com/watch?v=kTU2Jw3Giq4
APLICACIÓN DE METODOLOGÍA EN EL DISEÑO
DE SISTEMAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
DESARROLLADO PARA EL DISTRITO DE
SANTA ROSA – CHICLAYO
POR:
GARY WILFREDO RACHO FONSECA
Presentada a la Facultad de Ingeniería de la
Universidad Católica Santo Toribio de Mogrovejo
para optar el título de
INGENIERO CIVIL AMBIENTAL
APROBADA POR EL JURADO INTEGRADO POR
___________________________
Ing° César Eduardo Cachay Lazo
PRESIDENTE
_____________________ ___________________________
Ing° Alin José Gil Alarcón Ing° Aníbal Teodoro Díaz Orrego
SECRETARIO ASESOR

EPÍGRAFE
El éxito es el resultado de la constancia, de la responsabilidad, del esfuerzo, la
organización y lo más importante, del equilibrio entre la razón y el corazón.
Si una persona es perseverante, aunque sea dura de entendimiento, se hará
inteligente, y aunque sea débil se transformara en fuerte.
Te darás cuenta de que lo que hoy parece un sacrificio, mañana terminará siendo
el mayor logro de tu vida.
Hay una fuerza motriz más poderosa que le vapor, la electricidad y la energía
atómica: la voluntad.
Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad
para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.
El genio se hace con un 1% de talento, y un 99% de trabajo.
Daria todo lo que sé, por la mitad de lo que ignoro.
El dinero va y viene, eso ya lo sabemos, lo más importante en la vida es la gente
que está contigo ¡aquí y ahora!
Hay muchas personas que te dirán que tú no puedes, lo que tienes que hacer es
voltear y decir: Observa como lo hago!
El verdadero luchador acepta su derrota con humildad, se prepara para volverlo
a intentar, busca estrategias que le puedan ayudar, y por nada del mundo puede
quedarse con la idea de haber sido derrotado!
Uno de los mayores placeres de la vida es lograr aquello que otros dijeron que no
lo lograrías!

AGRADECIMIENTOS
A Dios, creador del universo, por permitirme ser parte de este mundo en que
vivimos, y de esta forma poder aportar con mi granito de arena en pos del
mejoramiento de la humanidad.
A mi madre, por haberme sabido inculcar en todo momento el concepto de
superación con humildad, respeto, honestidad, y responsabilidad, gracias por
educarme con amor y disciplina, por ser mi amiga y orgullo de mi vida.
A mi tío, por darme el apoyo moral y económico, factores muy importantes para
hacer posible el desarrollo de este proyecto.
A mi asesor, por su continuo apoyo en asesoría durante el desarrollo de este
proyecto.
Agradecer a todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyen con la
realización de este proyecto, entre ellas están mis amigos, conocidos y familiares.

ÍNDICE
Epígrafe
Agradecimientos
Índice de cuadros
Índice de figuras
Índice de gráficos
I. INTRODUCCIÓN .................................................................. 1
II. MARCO TEÓRICO ................................................................ 4
2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA ....................................... 4
2.2. DEFINICIONES Y CARACTERÍSTICAS...................................5
2.2.1. Agua residual ..................................................................................................5
2.2.2. Principales características de las aguas residuales....................................5
2.2.2.1. Características físicas..............................................................................6
2.2.2.2. Características químicas.........................................................................6
2.2.2.3. Características biológicas...................................................................... 8
2.2.2.3.1. Demanda química de oxígeno (DQO) ...........................................9
2.2.2.3.2. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) .....................................9
2.3. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS ..... 9
2.3.1. Pre-tratamiento ............................................................................................10
2.3.1.1. Desbaste .................................................................................................10
2.3.1.2. Desarenado ............................................................................................ 11
2.3.1.3. Desengrasado......................................................................................... 11
2.3.2. Tratamiento primario..................................................................................12
2.3.2.1. Sedimentación primaria.......................................................................12
2.3.2.2. Tanques de imhoff.................................................................................12
2.3.3. Tratamiento secundario ..............................................................................13
2.3.3.1. Lodos activados .....................................................................................13
2.3.3.2. Lagunas de estabilización ....................................................................14
2.3.3.3. Lecho de lodos (UASB)......................................................................... 15
2.3.4. Tratamientos terciarios ...............................................................................16
2.3.5. Tratamiento de residuos obtenidos de la depuración de las aguas
residuales ......................................................................................................16
2.3.5.1. Sistemas de eliminación o reutilización del fango............................ 17
2.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE
LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN............................................. 17
2.4.1. Concepto de laguna de estabilización........................................................ 17
2.4.2.Objetivos de las lagunas de estabilización................................................18
2.4.3.Ventajas y desventajas.................................................................................18
2.4.3.1. Ventajas ..................................................................................................18
2.4.3.2. Desventajas ............................................................................................18
2.4.4.Clasificación ..................................................................................................19
2.4.4.1. De acuerdo al proceso biológico desarrollado...................................19
2.4.4.2. De acuerdo al lugar que ocupan; con relación a otros procesos.....19
2.4.4.3. De acuerdo a la disposición de las unidades .................................... 20
2.4.5.Funcionamiento de las lagunas................................................................. 20
2.4.5.1. Mecanismos de funcionamiento ........................................................ 20
2.5. METODOLOGÍA DE DISEÑO EN EL SISTEMA DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN ................................................................... 21

2.5.1. Sistema de pre-tratamiento y medición de caudales ..............................21
2.5.1.1. Proceso de pre-tratamiento .................................................................22
2.5.1.2. Dimensionamiento de canaletas parshall para medición de caudales
..................................................................................................................... 29
2.5.2.Sistema de lagunas de estabilización.........................................................35
2.5.2.1. Simplicidad de las lagunas...................................................................35
2.5.2.2. Complejidad del proceso y requisitos de operación y mantenimiento
......................................................................................................................35
2.5.2.3. Requisitos de terreno............................................................................35
2.5.2.4. Reúso de las aguas residuales..............................................................36
2.5.2.5. Diseños eficientes en el sistema de lagunas de estabilización........36
2.5.2.5.1. El uso de dispositivos entradas y salidas múltiples...................37
2.5.2.5.2.El uso de mamparas para modelar el flujo de tipo pistón........39
2.6. REÚSO DE AGUAS RESIDUALES Y MANEJO DE LODOS ........41
2.6.1. Aprovechamiento de aguas residuales tratadas en la agricultura.........41
2.6.1.1. Directrices sobre la calidad de los efluentes empleados en
agricultura.................................................................................................. 42
2.6.1.2. Normas de calidad vigentes sobre la utilización de aguas residuales
protección sanitaria en el uso de aguas residuales................................45
2.6.1.3. Protección sanitaria en el uso de agua residual ............................... 46
2.6.1.3.1. Métodos de aplicación de agua s residuales en cultivos agrícolas
......................................................................................................... 46
2.6.1.3.2.Control de la exposición humana ................................................47
2.6.2.Manejo de lodos............................................................................................47
2.6.2.1. Tratamiento y secado de lodos........................................................... 48
2.6.2.1.1. Digestión anaerobia...................................................................... 48
2.6.2.1.2.Tratamiento con cal ...................................................................... 49
2.6.2.1.3.Patio de secar................................................................................. 49
2.7. GUÍA PARA LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA
DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN ....................................... 51
2.7.1. Personal, responsabilidades y equipamiento administrativo ................52
2.7.1.1. Personal necesario ................................................................................52
2.7.1.2. Descripción de responsabilidades ......................................................52
2.7.1.3. Requerimientos administrativos.........................................................56
2.7.1.4. Documentación requerida por el jefe de planta................................57
2.7.1.5. Equipo de trabajo..................................................................................57
2.7.1.6. Requerimientos complementarios..................................................... 58
2.7.2. Puesta en marcha de las lagunas de estabilización .................................59
2.7.2.1. Aspectos previos....................................................................................59
2.7.2.2. Llenado de las lagunas anaeróbicas....................................................59
2.7.2.3. Llenado de las lagunas facultativas ................................................... 60
2.7.3. Operación normal, principales problemas de funcionamiento y posibles
soluciones..................................................................................................... 60
2.7.3.1. Conductos.............................................................................................. 60
2.7.3.2. Cámara de rejas .................................................................................... 60
2.7.3.3. Desarenador...........................................................................................61
2.7.3.4. Medidor de caudal.................................................................................61
2.7.3.5. Estructuras de distribución .................................................................61
2.7.3.6. Estructuras de ingreso, interconexión y salida de lagunas .............61
2.7.3.7. Lagunas de estabilización...................................................................... 62
2.7.4.Monitoreo..................................................................................................... 66

2.7.4.1. Parámetros y frecuencia de muestreo ............................................... 66
2.7.4.2. Equipos de laboratorio requeridos .................................................... 66
2.7.5. Limpieza de las lagunas de estabilización ................................................67
2.7.5.1. Limpieza de las lagunas anaeróbicas..................................................67
2.7.5.2. Limpieza de las lagunas facultativas ................................................. 68
III. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................ 69
3.1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ........................................... 69
3.1.1. Tipo de investigación.................................................................................. 69
3.1.2. Hipótesis y variables................................................................................... 69
3.1.3. Población, muestra de estudio y muestreo............................................... 71
3.1.4. Métodos, técnicas e instrumentos de recolección de datos.................... 71
3.2. METODOLOGÍA ......................................................................72
3.2.1. Metodología para el cálculo de población.................................................72
3.2.2.Metodología para levantamiento topográfico ..........................................72
3.2.3.Metodología para la ejecución de ensayos de mecánica de suelos........72
3.2.4.Metodología para análisis de ensayos de calidad de agua residual.......73
IV.RESULTADOS .................................................................... 74
4.1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DE ESTUDIO.................74
4.1.1. Ubicación datos referenciales de la zona ..................................................74
4.1.1.1. Topografía ..............................................................................................74
4.1.1.2. Clima .......................................................................................................74
4.1.1.3. Vientos ....................................................................................................75
4.1.2. Urbanístico...................................................................................................75
4.1.2.1. Superficie territorial..............................................................................75
4.1.2.2. Urbanismo..............................................................................................75
4.1.3. Sistemas de saneamiento existentes..........................................................75
4.1.3.1. Sistema de agua potable.......................................................................75
4.1.3.2. Sistema de alcantarillado .....................................................................78
4.1.4. Población de censos realizados y proyecciones según INEI ................. 80
4.2. ESTUDIOS BÁSICOS DEL PROYECTO .....................................81
4.2.1. Estudio topográfico................................................................................81
4.2.1.1. Conclusiones ..........................................................................................91
4.2.2.Estudio de mecánica de suelos ..........................................................91
4.2.2.1. Conclusiones y recomendaciones ...................................................... 94
4.2.3.Estudio de calidad de agua residual................................................97
4.2.3.1. Conclusiones y recomendaciones ...................................................... 98
4.2.4.Evaluación de impacto ambiental ................................................... 99
4.2.4.1. Generalidades ....................................................................................... 99
4.2.4.2. Línea base - aspectos de impacto ambiental...................................102
4.2.4.3. Identificación de impactos ambientales ..........................................104
4.2.4.4. Descripción de impactos ambientales generados...........................106
4.2.4.5. Matriz de leopold – identificación de impactos ambientales ........ 110
4.2.4.6. Matriz de leopold – estudio de impactos ambientales ................... 112
4.2.4.7. Interpretación del estudio de impactos ambientales..................... 113
4.2.4.8. Medidas preventivas, correctivas y/o de mitigación...................... 119
4.3. CÁLCULO DE POBLACIÓN FUTURA ..................................... 124
4.3.1. Selección del modelo de crecimiento poblacional.................................126
4.4. DISEÑO HIDRÁULICO – SISTEMA DE PRE-TRATAMIENTO 127
4.4.1. Caudal promedio diario de afluente ........................................................ 127

4.4.1.1. Contribución promedio de viviendas............................................... 127
4.4.1.2. Contribución por infiltración en la red............................................128
4.4.1.3. Contribución por infiltración en el emisor ............................................128
4.4.2.Canal de aproximación antes de la rejillas .............................................128
4.4.3.Cámara de rejillas.......................................................................................128
4.4.4.Canal desarenador......................................................................................129
4.4.5.Canaleta parshall........................................................................................130
4.5. DISEÑO HIDRÁULICO – CANALES DE CONDUCCIÓN.......... 132
4.5.1. Tipos de canales..........................................................................................132
4.5.2.Canal 2 - características.............................................................................132
4.5.3.Canal 1 - características .............................................................................133
4.5.4.Canal 0 - características ............................................................................134
4.6. DISEÑO HIDRÁULICO – SISTEMA DE LAGUAS DE
ESTABILIZACIÓN ................................................................. 135
4.6.1. Diseño de lagunas facultativas ................................................................. 135
4.6.1.1. Remoción de carga bacteriana patógena .........................................138
4.6.1.2. Estabilización de materia orgánica...................................................139
4.6.1.3. Dimensionamiento de altura de lodos y periodo de limpieza.......140
4.6.2.Diseño de lagunas de maduración...........................................................142
4.6.2.1. Remoción de carga bacteriana patógena .........................................144
4.6.3.Verificación de la eficiencia encontrada .................................................145
4.6.3.1. Eficiencia de lagunas facultativas .....................................................145
4.6.3.2. Eficiencia de laguna de maduración.................................................145
4.6.3.3. Eficiencia en todo el sistema .............................................................146
4.7. DISEÑO ESTRUCTURAL - DIQUES........................................146
4.7.1. Dimensionamiento de los diques.............................................................146
4.7.1.1. Ancho de la corona..............................................................................146
4.7.1.2. Altura del borde libre..........................................................................146
4.7.1.3. Altura del dique ...................................................................................148
4.7.1.4. Determinación del espesor de fondo................................................148
4.7.2.Análisis de estabilidad del dique..............................................................149
4.7.2.1. Cálculo de fuerzas verticales..............................................................149
4.7.2.2. Cálculo de fuerzas horizontales.........................................................150
4.7.2.3. Factor de seguridad al desplazamiento............................................150
4.8. DISEÑO ESTRUCTURAL – MAMPARAS TRANSVERSALES... 152
4.8.1. Verificación por fuerza cortante............................................................... 155
4.9. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS – PARTIDAS RESALTANTES
.............................................................................................. 156
4.10. IMÁGENES DEL PROYECTO EN 3D.....................................160
4.11.PRESUPUESTO FINAL DE LA PTAR ...................................... 162
V. DISCUSIÓN.......................................................................167
VI.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................170
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................172
VIII. ANEXOS

ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro Pág.
Cuadro N° 01. Relación entre algunos constituyentes inorgánicos con
el agua residual.
7
Cuadro N° 02. Composición típica de un agua residual doméstica. 9
Cuadro N° 03. Normas de diseño para rejillas manuales. 22
Cuadro N° 04. Normas de diseño recomendadas para desarenadores
horizontales.
28
Cuadro N° 05. Rangos de caudales para canaletas parshall con flujo
libre.
31
Cuadro N° 06. Cantidades de sólidos arenosos encontradas en aguas
residuales en américa latina y los EE.UU.
31
Cuadro N° 07. Complejidad y requisitos de capacitación y monitoreo. 35
Cuadro N° 08. Muestra el área requerida para varios procesos de
tratamiento.
36
Cuadro N° 09 Casos estudiados sobre sistemas de tratamiento y
disposición final de aguas residuales en Latinoamérica.
43
Cuadro N° 10. Casos estudiados sobre el aprovechamiento de aguas
residuales en cultivos agrícolas en Latinoamérica.
43
Cuadro N° 11. Directrices recomendadas sobre la calidad
microbiológica de las aguas residuales empleadas en
agricultura (OMS, 1989).
44
Cuadro N° 12. Normativa de la agencia de protección ambiental (EE.
UU.), sobre la utilización de aguas residuales para uso
agrícola.
45
Cuadro N° 13. Personal necesario para la gestión de lagunas de
estabilización.
52
Cuadro N° 14. Herramientas para personal obrero. 57
Cuadro N° 15. Equipos requeridos por operadores. 57
Cuadro N° 16. Equipo de apoyo. 58
Cuadro N° 17. Cámara de rejas, desarenador y medidor de caudal. 61
Cuadro N° 18. Lagunas anaeróbicas. 62
Cuadro N° 19. Lagunas facultativas. 63
Cuadro N° 20. Monitoreo para lagunas anaerobias y facultativas. 67
Cuadro N° 21. Muestras obtenidas en el área de estudio para la
realización de ensayos de mecánica de suelos.
72

Cuadro N° 22. Muestras a realizar en la caracterización del agua
residual.
73
Cuadro N° 23. Características de la red de distribución de agua
potable.
77
Cuadro N° 24. Conexiones domiciliarias de agua potable. 78
Cuadro N° 25. Características de la red de alcantarillado. 79
Cuadro N° 26. Conexiones domiciliarias de alcantarillado. 79
Cuadro N° 27. Población nominalmente censada, por sexo, según
censo 1993, 2005 y 2007.
80
Cuadro N° 28. Población estimada al 30 de junio de años calendarios,
por sexo, para el periodo 2012 – 2014.
81
Cuadro N° 29. Coordenadas UTM – WGS 84 obtenidas en el área de
estudio.
83
Cuadro N° 30. Descripción de calicatas realizas en el área de estudio. 91
Cuadro N° 31. Resumen de ensayos realizados en laboratorio de
mecánica de suelos.
93
Cuadro N° 32. Valores de parámetros de agua residual obtenidos de
los ensayo en laboratorio de la mezcla compuesta.
98
Cuadro N° 33. Medios, componentes y factores ambientales presentes
en el proyecto.
106
Cuadro N° 34. Escalas de valoración para matriz de Leopold. 111
Cuadro N° 35. Población nominalmente censada, por sexo, según
censo 1993, 2005 y 2007.
124
Cuadro N° 36. Población estimada al 30 de junio de años calendarios,
para el periodo 2012 – 2014.
124
Cuadro N° 37. Límites máximos permisibles para los efluentes de
PTAR.
145
Cuadro N° 38. Requisitos de materiales para conformación de diques. 147

ÍNDICE DE IMÁGENES
Imágenes Pág.
Imágenes N° 01. Esquema del tanque imhoff. 13
Imágenes N° 02. Representación esquemática del proceso de lodos
activados.
14
Imágenes N° 03. Sistema de tratamiento por lagunas de
estabilización.
15
Imágenes N° 04. Esquema del sistema UASB. 16
Imágenes N° 05. Secuencia completa de tratamientos de aguas
residuales domésticas.
17
Imágenes N° 06. Solidos flotantes y gruesos dentro de la laguna. 22
Imágenes N° 07. Caudal interrumpido por causa de material atrapado
en la rejilla.
23
Imágenes N° 08. Detalle inclinación de una rejilla con plataforma de
drenaje.
24
Imágenes N° 09. Detalle de una rejilla de metal con plataforma de
drenaje.
24
Imágenes N° 10. Detalle de canaleta de desvío (By-pass). 25
Imágenes N° 11. Detalle de rejillas hechas con barras de acero de
refuerzo.
25
Imágenes N° 12. El canal a la izquierda tiene demasiada turbulencia
para tener una velocidad uniforme. El canal a la
derecha tiene suficiente largo para asegurar una
velocidad uniforme sin turbulencia.
27
Imágenes N° 13. Área reservada para enterrar los sólidos arenosos y
gruesos tan pronto como los saque con el mínimo de
manejo.
27
Imágenes N° 14. Muestran una instalación típica de una rejilla, un
desarenador horizontal con dos cámaras y una
canaleta parshall prefabricada.
29
Imágenes N° 15. Una canaleta parshall al extremo de un desarenador
rectangular.
29
Imágenes N° 16. Un desarenador rectangular lleno de solidos
arenosos en el fondo.
32
Imágenes N° 17. Canaleta parshall fabricada in-situ de concreto. 32
Imágenes N° 18. Cultivos de lechuga y rabanito regada con agua
tratada en Carapongo – lima.
36
Imágenes N° 19. Una batería de dos lagunas facultativas en paralelo
con dispositivos de entradas y salidas múltiples,
37

seguida por una laguna de maduración en serie
canalizada con mamparas transversales. Este diseño
es el más recomendado para las municipalidades.
Imágenes N° 20. Laguna facultativa con dispositivo de entrada simple
(Catacamas, Honduras).
38
Imágenes N° 21. Laguna facultativa con dispositivo de entrada y
salida múltiple (Chinendega, Nicaragua).
38
Imágenes N° 22. Un ejemplo de una laguna de maduración canalizada
con mamparas para modelar flujo de tipo pistón y
generar una mezcla completa (Masaya, Nicaragua).
40
Imágenes N° 23. Laguna de maduración que está canalizada con
mamparas; en la foto resalta el color verde del agua,
esto de debido a la presencia excesiva de algas,
productores de clorofila y por ende el color verde del
agua (Morocelí, Honduras).
40
Imágenes N° 24. Otros ejemplos de lagunas de maduración que están
canalizadas con mamparas; en la foto se puede
apreciar que las mamparas están demasiado arriba
del nivel del agua y prohíben la insolación solar por
la sombra que forman (Morocelí, Honduras).
41
Imágenes N° 25. Cultivos de maíz regado con aguas residuales. 42
Imágenes N° 26. Ejemplo de lodos secos que son mezclados con
tierras agrícolas.
48
Imágenes N° 27. Tanque cerrado para la digestión y estabilización
anaerobia del lodo.
49
Imágenes N° 28. Estabilización y esterilización del lodo con cal. 49
Imágenes N° 29. Área reservada para el almacenamiento y secado del
lodo.
50
Imágenes N° 30. Después de secar, los lodos empiezan a formar
grietas, los cuales facilitan el secado de las capas
inferiores.
50
Imágenes N° 31. Incorporación del área reservada del lodo al sistema
de lagunas de estabilización.
51
Imágenes N° 32. Ubicación geográfica del distrito de Santa Rosa. 74
Imágenes N° 33. Curvas de nivel elaboradas del área de estudio. 90
Imágenes N° 34. Perfil estratigráfico del terreno a partir de las
calicatas realizadas.
96
Imágenes N° 35. Ubicación de la zona de proyecto. 102

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS
Fotografías Pág.
Fotografías N° 01. Reconocimiento del área de estudio por parte de
las autoridades.
82
Fotografías N° 02. Levantamiento topográfico del área de estudio. 82
Fotografías N° 03. Extracción de muestras del terreno para estudio
de mecánica de suelos.
92
Fotografías N° 04. Realización de ensayos en el laboratorio de suelos. 93
Fotografías N° 05. Extracción de muestras de agua residual para el
análisis en el laboratorio.
97
Fotografías N° 06. Ubicación satelital del distrito Santa Rosa. 103
Fotografías N° 07. Planta general de la PTAR. 160
Fotografías N° 08. Sistema de pre-tratamiento. 160
Fotografías N° 09. Entradas múltiples a lagunas facultativas. 160
Fotografías N° 10. Salidas múltiples de laguna facultativa. 161
Fotografías N° 11. Mamparas transversales en Lagunas de
maduración.
161
Fotografías N° 12. Entrada principal a PTAR. 161

RESUMEN
El distrito de Santa Rosa de la provincia de Chiclayo cuenta con una planta de
tratamiento de aguas residuales inoperativa, debido a su mala ubicación. Por
ende, se presenta una necesidad latente y la exigencia de un nuevo diseño y una
ubicación más apropiada de la misma. Esta realidad, motivó esta investigación.
La idea central de este estudio se orientó a dar a conocer y aplicar “una
metodología apropiada para el diseño de sistemas de lagunas de estabilización”,
investigación realizada en base de metodologías recogidas de experiencias
desarrolladas en países centroamericanos y en estudios realizados
posteriormente. Estas experiencias obtuvieron buenos resultados y sus
metodologías se fundamentaron en una buena operación de la planta de
tratamiento de aguas residuales para buscar un efluente de mejor calidad que
cumpla con los estándares exigidos en las normas e intentar dar un reúso en la
agricultura u otra actividad.
Las conclusiones finales demandaron una nueva ubicación, así como el diseño de
las diferentes estructuras que la componen y un análisis del presupuesto total del
proyecto. Esta propuesta soluciona un problema álgido, dando a conocer una
metodología eficiente que pueda ser tomada en cuenta en la elaboración de los
próximos proyectos de esta naturaleza.
Palabras claves: Metodología, planta de tratamiento, diseño, efluente.
ABSTRACT
The district of Santa Rosa in the province of Chiclayo has an inoperable treatment
plant wastewater, due to its poor location. Therefore, we present a latent need
and requirement of a new design and a more appropriate location of it. This fact
motivated this research.
The central idea of this study was aimed to publicize and implement "an
appropriate methodology for the design of stabilization pond systems" research
based methodologies collected from experiences in Central America and in
subsequent studies. These experiences obtained good results and methodologies
were based on a good operation of the treatment plant wastewater to seek a better
quality effluent that meets the standards required by the rules and try to give a
reuse in agriculture or other activity.
The final conclusions are demanding a new location and layout of the different
structures that compose and analysis of the total project budget. This proposal
would solve a fever problem, revealing an efficient methodology that can be taken
into account in the preparation of the upcoming projects of this nature.
Keywords: Methodology, treatment plant, design, effluent.

1
I. INTRODUCCIÓN.
Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones, actividades
comerciales e industriales, estas son tratadas a través de procesos diversos que
tienen la finalidad de remover contaminantes físicos, químicos y biológicos en el
caso del agua efluente del uso humano. (Yánez, 2004).
En el planeta existe una gran cantidad de agua residual, producto de las
actividades del hombre. Agua que no recibe un tratamiento adecuado, que
contamina lagos, lagunas y océanos, las que afectan a los ecosistemas y arrecifes,
y que son las causantes de enfermedades como diarrea, cólera y la gastroenteritis,
las que se encuentran entre las tres principales causas de muerte en el mundo y
en la región Latinoamericana. (Fabián, 1980).
En América Latina, solo el 10% de las aguas residuales colectadas en
alcantarillados reciben algún tratamiento antes de ser dispuestas en los cuerpos
de agua, como ríos y mares. Esto significa que alrededor de 400 m3/s de desagües
vienen contaminando el medio ambiente y constituyen un vector de transmisión
de parásitos, bacterias y virus patógenos. (OMS, 2011).
El tratamiento de las aguas servidas constituye un factor importante en la
protección de la salud pública y del medio ambiente, puesto que la volcadura de
aguas residuales sin tratamiento previo en un cuerpo receptor es una fuente de
contaminación.
Se estima que durante el año 2010, los sistemas de alcantarillado administrados
por las empresas de saneamiento en el Perú recolectaron aproximadamente
786.4 millones de metros cúbicos de aguas residuales, provenientes de
conexiones domiciliarias, de los cuales 401.9 millones de metros cúbicos fueron
generados en las ciudades de Lima y Callao. Sin embargo, debido a la inexistencia
de una adecuada infraestructura a nivel nacional, solamente el 35% de este
volumen recibe algún tipo de tratamiento previo a su descarga en un cuerpo
receptor; es decir 275.0 millones de metros cúbicos de aguas residuales se
estarían volcando directamente a un cuerpo receptor sin un tratamiento previo.
(SUNASS, 2011).
Los datos anteriores nos muestran que existe una alta deficiencia en la cobertura
del tratamiento de sus aguas residuales en nuestro país. Por esto, el gobierno
central tiene como meta principal dentro de los programas de descontaminación
del recurso hídrico, la promoción y financiación de sistemas de tratamiento de
aguas residuales municipales para los próximos años. Esto ha llevado a
implementar diversos tipos de tratamiento y como es lógico, se han encontrado
inconvenientes en su funcionamiento que apenas se comienzan a detectar.
En nuestro medio, la provincia de Chiclayo cuenta con una planta de tratamiento
de aguas residuales, en ella hay limitaciones en el funcionamiento de las lagunas
de estabilización. En consecuencia, la mayor parte de las aguas servidas, o aguas
negras, van directamente a los ríos, canales o al mar, siendo fuentes de
contaminación y un peligro para la salud. Todo lo cual explica que se debe poner
especial énfasis para enfrentar este problema que afecta a la salud tanto pública
como ambiental en nuestra región.
Entre las diferentes formas de tratamiento de las aguas residuales, las lagunas de
estabilización constituyen una de las alternativas que más se acerca a reunir

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condiciones económicas para nuestro medio, tanto por su bajo costo como por su
fácil construcción y operación. En la implementación de estas lagunas, se
encuentran algunos problemas de funcionamiento y mala ubicación, entre los que
se aprecian ineficiencias de remoción o comunidades de organismos presentes no
esperados. (Cuervo, 1987).
El distrito de Santa Rosa atraviesa un problema latente, se trata de la mala
ubicación del sistema de lagunas de estabilización que hoy cuenta, zona en
construcción que se encuentra ubicada al ingreso de la ciudad, frente al terminal
pesquero de la misma. Si entrara en funcionamiento, ocasionaría daños
sanitarios, ecológicos y económicos directos a la población cercana. Afectaría la
salud de la población y el medio ambiente del distrito tendría un impacto negativo
en el turismo. Además, golpearía económicamente a cientos de familias que
subsisten de la comercialización de pescados y mariscos. La necesidad de realizar
estudios para la nueva ubicación del sistema de lagunas de estabilización se torna
en un requerimiento inmediato y muy prioritario, a fin de resolver los problemas
de funcionamiento e impacto ambiental.
Teniendo en cuenta lo expuesto, se elaboró el estudio para el rediseño del sistema
de lagunas de estabilización, aplicando metodologías nuevas y eficientes que se
vienen dando en países desarrollados. Estas, a través de nuevos análisis y estudios
de operación, optimizan recursos y mejoran la funcionalidad del sistema;
cumpliendo también con los parámetros impuestos por los organismos de ley y
normas de diseño para su óptimo funcionamiento.
Frente a la problemática expuesta y considerando la apremiante necesidad que
presenta el distrito de Santa Rosa, surgió la siguiente interrogante:
¿Cuál es el diseño final del sistema de lagunas de estabilización? Producto del
estudio y análisis concienzudo, se planteó la siguiente hipótesis:
La aplicación de metodología apropiada para el diseño de sistemas de lagunas de
estabilización desarrollada en este proyecto será tomada en cuenta en los
próximos diseños de sistemas en nuestro país; también ayudará a solucionar un
problema actual por la que está atravesando este distrito.
Para responder a la interrogante antes mencionada se propuso como objetivo
general elaborar el proyecto de una planta de tratamiento de aguas residuales,
aplicando la metodología de diseño que sea viable, económica y funcional acorde
a la necesidad actual de la localidad. Asimismo, como objetivos específicos:
 Estudiar los parámetros de las descargas residuales que se vienen dando
en la actualidad, y compararlos con los valores máximos permitidos en la
normativa ambiental en vigor.
 Evaluar el impacto ambiental, con el fin de elaborar instrumentos eficaces,
para la toma de decisiones sobre la viabilidad ambiental del proyecto.
 Aplicar nuevas técnicas de diseño que se vienen utilizando en países
desarrollados, de esta manera complementar al sistema actual de
tratamiento en nuestro país.
 Establecer criterios para el mantenimiento del sistema, de esta manera
lograr su óptima funcionalidad dentro del periodo de tiempo para la cual
fue diseñada.

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Además, se presentan justificaciones de carácter social, técnico y ambiental que
respaldan la viabilidad de la investigación:
Social: Esta investigación tiene como motivación ayudar a resolver la
problemática actual que se presenta en uno de los distritos de la provincia de
Chiclayo. Nos referimos al distrito de Santa Rosa, que tiene un problema muy
grave en cuanto a tratamiento de las aguas residuales producto de la actividad
humana. Se comprueba que la mala ubicación del sistema de lagunas de
estabilización que hoy cuenta el distrito, deja inoperativo este sistema que no
cumple los parámetros establecidos por los reglamentos de ley. Por tanto, hasta
la fecha las aguas residuales producidas en dicha ciudad son vertidas
directamente al mar, lo que causa un daño irremediable tanto a la salud pública
como al ambiente.
Su ubicación al ingreso del distrito, además de atentar contra la imagen de la
ciudad de Santa Rosa, expone a la población a un constante vector de
enfermedades de la piel y respiratorias, especialmente a los niños que siempre
son los primeros afectados.
Técnica: Las lagunas de estabilización son los sistemas de tratamiento biológico
de líquidos residuales más sencillos de operar y mantener, (Ruddy, 1999). El
presente proyecto es importante porque proporcionará una metodología eficiente
en el diseño de lagunas de estabilización, aplicando nuevas técnicas
metodológicas utilizadas en países desarrollados y cuyas diversas investigaciones
han traído consigo buenos resultados. De esta manera se fomentará el diseño con
esta metodología que se adapta a nuestro medio, teniendo en cuenta la
funcionalidad y economía del sistema.
Ambiental: Es necesario tomar conciencia y decidir la acción más conveniente
frente a la situación por la que atraviesa el distrito, producto de la poca o ninguna
atención que se ha brindado a las aguas residuales. Situación que está ligada con
problemas que se pueden dar a corto y largo plazo. Cuando nos referimos a
problemas de corto plazo podremos encontrar a las enfermedades
gastrointestinales; y cuando nos referimos a problemas a largo plazo podemos
mencionar a los malos vertimientos y contaminación de los mantos acuíferos que
a la larga son también lo causantes de los cambios climáticos en el mundo.

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II. MARCO TEÓRICO.
2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA.
Entre los diversos estudios y bibliografía relacionada con el tema “Aplicación de
metodología en el diseño de sistemas de lagunas de estabilización desarrollado
para el distrito Santa Rosa – Chiclayo”, encontramos las siguientes:
 Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas residuales
domésticas en Centroamérica. EE.UU: Agencia de los Estados
Unidos para el Desarrollo Internacional.
Presenta las experiencias de los expertos regionales en la gestión de tratamiento
de aguas residuales en Centroamérica. Proporciona a los entes públicos
encargados de la regulación de aguas residuales, ingenieros sanitarios,
planificadores, consultores, supervisores de obras, ingenieros municipales y
operadores de plantas de tratamiento de aguas residuales, los instrumentos
necesarios para incorporar en su trabajo las variables de diseño, construcción,
operación, mantenimiento, monitoreo, manejo de lodos, reúso y sostenibilidad
para que los sistemas tengan éxito a largo plazo.
 Salguero, Louis. 2010. Manual de diseño, construcción,
operación, mantenimiento, monitoreo y sostenibilidad.
EE.UU: Universidad Estatal de California.
La introducción comienza con una presentación de la situación de las aguas
residuales en Centroamérica, sus efectos en la salud y la contaminación.
El segundo capítulo presenta los resultados del proyecto de monitoreo de varias
lagunas de estabilización en Honduras, tal vez el proyecto de monitoreo más
amplio de Centroamérica en el tema de tratamiento de aguas residuales, que
provee conclusiones importantes sobre el funcionamiento, operación,
mantenimiento y sostenibilidad de una de las tecnologías más apropiadas para
las municipalidades.
El tercer capítulo presenta el desarrollo y los parámetros del diseño de un filtro
percolador en Guatemala.
 Silva Burga, Javier. 2004 .Evaluación y rediseño del sistema de
lagunas de estabilización de la universidad de Piura. Tesis
profesional: Departamento de Ingeniería Civil de Piura.
Esta tesis contiene la exposición de conceptos fundamentales referidos a la
naturaleza del agua residual doméstica y a su tratamiento; la evaluación del
sistema actual de las lagunas de estabilización de la Universidad de Piura y la
determinación de los parámetros a ser utilizados en el rediseño.
 Rossi Luna, María Grazia. 2010. Oportunidades de mejoras
ambientales por el tratamiento de aguas residuales en el Perú.
FONAM: Fondo Nacional de Ambiente – Perú.
En esta publicación se destacan las principales investigaciones hechas en el país
en el tema de aguas residuales. Se han recopilado diferentes estudios realizados
por instituciones públicas y privadas, de esta manera ha generado una importante
referencia bibliográfica para el desarrollo del tema.

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2.2. DEFINICIONES Y CARACTERÍSTICAS.
2.2.1. Agua residual.
Las aguas residuales pueden definirse como el conjunto de aguas que lleva
elementos extraños, bien por causas naturales, bien provocadas de forma directa
o indirecta por la actividad humana, estando compuestas por una combinación
de:
 Líquidos de desagüe de viviendas, comercios, edificios de oficinas e
instituciones.
 Líquidos efluentes de establecimientos industriales.
 Líquidos efluentes de instalaciones agrícolas y ganaderas.
 Aguas subterráneas, superficiales y aguas de lluvia que circulan por calles,
espacios libres, tejados y azoteas de edificios que pueden ser admitidas y
conducidas por las alcantarillas.
En general las aguas residuales se clasifican así:
 Aguas Residuales Domésticas (ARD): Son las provenientes de las
actividades domésticas de la vida diaria como lavado de ropa, baño,
preparación de alimentos, limpieza, etc. Estos desechos presentan un alto
contenido de materia orgánica, detergentes y grasas. Su composición varía
según los hábitos de la población que los genera. Esta agua tiene un contenido
de sólidos inferior al 1%.
 Aguas Lluvias (ALL): Son las originadas por el escurrimiento superficial de
las lluvias que fluyen desde los techos, calles, jardines y demás superficies del
terreno. Los primeros flujos de ALL son generalmente muy contaminados
debido al arrastre de basura y demás materiales acumulados en la
superficie. La naturaleza de esta agua varía según su procedencia: zonas
urbanas, rurales, semi-rurales y aún dentro de estas zonas se presentan
enormes variaciones según el tipo de actividad o uso del suelo que se tenga.
 Residuos Líquidos Industriales (RLI): Son los provenientes de los
diferentes procesos industriales. Su composición varía según el tipo de
proceso industrial y aún para un mismo proceso industrial, se presentan
características diferentes en industrias diferentes. Los RLI pueden ser
alcalinos o ácidos, tóxicos, coloreados, etc. Su composición refleja el tipo de
materias primas utilizado dentro del proceso industrial.
 Aguas Residuales Agrícolas (ARA): Son las que provienen de la
escorrentía superficial de las zonas agrícolas. Se caracterizan por la presencia
de pesticidas, sales y un alto contenido de sólidos en suspensión. La descarga
de esta agua es recibida directamente por los ríos o por los alcantarillados.
2.2.2. Principales características de las aguas residuales.
Es importante conocer todas las características del agua residual, con ello se logra
deducir de manera más rápida y práctica el tipo de tratamiento al cual se la puede
someter.
Cada agua residual es única en sus características, contenido y cantidad de
contaminantes presentes, por lo cual, es importante los análisis personalizados
donde se analiza a cada muestra como única en su especie.

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2.2.2.1. Características físicas.
 Temperatura.
La temperatura es un parámetro de importancia en las aguas residuales, en la
mayoría de las caracterizaciones se determina este parámetro, (UNOPS).
La temperatura de las aguas residuales es mayor que la de las aguas no
contaminadas, debido a la energía liberada en las reacciones bioquímicas, que se
presentan en la degradación de la materia orgánica. Las descargas calientes son
otra causa de este aumento de temperatura.
 Turbidez.
La turbiedad es una medida óptica de transmisión de la luz en el agua del material
sólido o coloidal suspendido en el agua, este ensayo es utilizado para indicar la
calidad de los vertidos de aguas residuales con respecto a la materia suspendida,
(Metcalf-Eddy, 1991).
 Color.
El color es un indicativo de la edad de las aguas residuales. El agua residual
reciente suele ser gris; sin embargo, a medida que los compuestos orgánicos son
descompuestos por las bacterias, el oxígeno disuelto en el agua residual se reduce
y el color cambia a negro. En esta condición, se dice que el agua residual es
séptica, (Metcalf-Eddy, 1991).
 Olor.
El olor es debido a los gases producidos en la descomposición de la materia
orgánica, sobre todo, a la presencia de ácido sulfhídrico y otras sustancias
volátiles. El agua residual reciente tiene un olor peculiar algo desagradable, pero
más tolerable que el del agua residual séptica, (Metcalf-Eddy, 1991).
 Sólidos totales.
Los sólidos totales presentes en el agua residual se clasifican según su tamaño o
presentación en sólidos suspendidos y sólidos filtrables.
Sólidos suspendidos: Son las partículas flotantes, como trozos de vegetales,
animales, basuras, etc. Están otras que también son perceptibles a simple vista y
tienen posibilidades de ser separadas del líquido por medios físicos sencillos.
Dentro de los sólidos suspendidos se pueden distinguir los sólidos sedimentables,
que se depositarán por gravedad en el fondo de los receptores. Estos sólidos
sedimentables, son una medida aproximada de la cantidad de fango que se
eliminará mediante sedimentación, (Metcalf-Eddy, 1991).
Sólidos filtrables: Esta fracción se compone de sólidos coloidales y disueltos.
La fracción coloidal consiste en partículas con un diámetro menores a 1 micra.
Esta fracción no puede eliminarse por sedimentación. Los sólidos disueltos se
componen de moléculas orgánicas, moléculas inorgánicas e iones que se
encuentran disueltos en el agua. Por lo general, se requiere una coagulación
seguida de sedimentación para eliminar estas partículas de la suspensión,
(Metcalf-Eddy, 1991).
2.2.2.2. Características químicas.
Las características químicas estarán dadas, principalmente, en función de los
desechos que ingresan al agua servida.

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 Materia orgánica.
La materia orgánica está compuesta en un 90% por carbohidratos, proteínas,
grasas y aceites provenientes de excrementos y orina de seres humanos, restos
de alimentos y detergentes.
Estos contaminantes son biodegradables, es decir, pueden ser transformados en
compuestos más simples por la acción de microorganismos naturales presentes
en el agua, cuyo desarrollo se ve favorecido por las condiciones de temperatura y
nutrientes de las aguas residuales domésticas, (Gutiérrez, 1994).
 Materia inorgánica.
Se incluyen en este grupo todos los sólidos de origen generalmente mineral, como
son sales minerales, arcillas, lodos, arenas y gravas no biodegradables. En el
siguiente cuadro se presenta la relación entre algunos constituyentes inorgánicos
y el agua residual.
Cuadro N° 01. Relación entre algunos constituyentes inorgánicos con el agua residual.
Elemento Relación con el agua residual
Hidrógeno (pH)
El intervalo de concentración idóneo para la existencia de la
mayoría de la vida biológica es muy estrecho y crítico. El agua
residual con una concentración adversa de ion hidrógeno es
difícil de tratar por medios biológicos. Por lo general, el pH
óptimo para el crecimiento de los organismos se encuentra
entre 6.5 y 7.5.
Cloruros
Proceden de la disolución de suelos y rocas que los contienen y
que están en contacto con el agua, intrusión del agua salada
(zonas costeras), agua residual doméstica, agrícola e industrial.
Suministra información sobre el grado de concentración del
agua residual.
Nitrógeno
Nutriente esencial para el crecimiento de protistas y plantas.
Básico para síntesis de proteínas.
Fósforo
Incrementa la tendencia de proliferación de algas en el
receptor. Íntimamente ligado, igual que el nitrógeno, al
problema de la eutrofización.
Azufre
Requerido en la síntesis de las proteínas y liberado en su
degradación.
Fuente: Metcalf-Eddy. 1991. Tratamiento y depuración de las aguas residuales.
 Gases.
Las aguas residuales contienen diversos gases con diferente concentración.
Oxígeno disuelto: Es el más importante y es un gas que va siendo consumido
por la actividad química y biológica. La presencia de oxígeno disuelto en el agua
residual evita la formación de olores desagradables. La cantidad de oxígeno
disuelto depende de muchos factores, como temperatura, altitud, movimientos
del curso receptor, actividad biológica, actividad química, etc. (Seoanez, 1995).
Ácido sulfhídrico: Se forma por la descomposición de la materia orgánica que
contiene azufre, o por la reducción de sulfitos y sulfatos minerales. Su presencia,

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que se manifiesta fundamentalmente por los olores que produce, es un indicativo
de la evolución y estado de un agua residual, (Metcalf-Eddy, 1991).
Anhídrido carbónico: se produce en la fermentación de los compuestos
orgánicos de las aguas residuales negras, (Seoanez, 1995).
Metano: se forma en la descomposición anaerobia de la materia orgánica por la
reducción bacteriana del CO2, (Seoanez, 1995).
Otros gases: se producen además gases malolientes, como ácidos grasos
volátiles y otros derivados del nitrógeno, (Seoanez, 1995).
2.2.2.3. Características biológicas.
Estas características están definidas por la clase de microorganismos presentes
en el agua, entre los cuales tenemos:
 Bacterias, (Seoanez, 1995).
Juegan un papel fundamental en la descomposición y estabilización de la materia
orgánica. Pueden clasificarse en base a su metabolismo en: heterótrofas y
autótrofas.
Las bacterias autótrofas son aquellas que se nutren de compuestos inorgánicos,
tomando la energía necesaria para sus biosíntesis a partir de la luz (bacterias
fotosintéticas: familia Thiorhodaceae, Chlorobiaceae) o a partir de ciertas
reacciones químicas (bacterias quimiosintéticas: Nitrobacter, Nitrosomonas,
Hydrogenomonas, Thiotrix).
Las bacterias heterótrofas constituyen el grupo más importante, por su necesidad
de compuestos orgánicos para el carbono celular. Las bacterias autótrofas y
heterótrofas pueden dividirse, a su vez, en anaerobias, aerobias o facultativas,
según su necesidad de oxígeno.
 Bacterias anaerobias: son las que consumen oxígeno procedente de los
sólidos orgánicos e inorgánicos y la presencia de oxígeno disuelto no les
permite subsistir. Los procesos que provocan son anaerobios, caracterizados
por la presencia de malos olores.
 Bacterias aerobias: son aquellas que necesitan oxígeno procedente del agua
para su alimento y respiración. El oxígeno disuelto que les sirve de sustento es
el oxígeno libre (molecular) del agua; las descomposiciones y degradaciones
que provocan sobre la materia orgánica son procesos aerobios, caracterizados
por la ausencia de malos olores.
 Bacterias facultativas: algunas bacterias aerobias y anaerobias pueden
llegar a adaptarse al medio opuesto, es decir, las aerobias a medio sin oxígeno
disuelto y las anaerobias a aguas con oxígeno disuelto.
 Bacterias coliformes: bacterias que sirven como indicadores de
contaminantes y patógenos. Son usualmente encontradas en el tracto
intestinal de los seres humanos y otros animales de sangre caliente. Las
bacterias coliformes incluyen los géneros Escherichia y Aerobacter.
 Algas.
En los estanques de estabilización, son un valioso elemento porque producen
oxígeno a través del mecanismo de la fotosíntesis.

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Las algas, al igual que sucede con otros microorganismos, requieren compuestos
inorgánicos para reproducirse. A parte del anhídrido carbónico, los principales
nutrientes necesarios son el nitrógeno y el fósforo. Las algas pueden presentar el
inconveniente de reproducirse rápidamente, debido al enriquecimiento del agua
(eutrofización) y crear grandes colonias flotantes originando problemas a las
instalaciones y al equilibrio del sistema, (Metcalf-Eddy, 1991).
Los tipos más importantes de algas de agua dulce son: verdes (Chlorophyta),
verdes móviles (Volvocales euglenophyta), Verdiamarillas o marrón dorado
(Chrysophyta) y verdiazules (Cyanophyta).
2.2.2.3.1. Demanda química de oxígeno (DQO).
Es la cantidad de oxígeno requerida para oxidar químicamente los materiales
orgánicos presentes en una muestra de agua. Esta oxidación degrada el material
orgánico biodegradable y no biodegradable.
2.2.2.3.2. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO).
El parámetro de polución orgánica más utilizado y aplicable a las aguas residuales
y superficiales es la DBO a los 5 días (DBO5). Supone esta determinación la
medida del oxígeno disuelto utilizado por los microorganismos en la oxidación
bioquímica de materia orgánica biodegradable, (Metcalf-Eddy, 1991).
La medida de la DBO es importante en el tratamiento de aguas residuales,
también para la gestión técnica de la calidad de agua porque se utiliza para
determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar
biológicamente la materia orgánica.
En el siguiente cuadro, se presentan datos típicos de los constituyentes
encontrados en un agua residual doméstica.
Cuadro N° 02. Composición típica de un agua residual doméstica.
Componente
Intervalo de concentraciones
Alta Media Baja
Materia sólida, mg/l 1200 720 350
en suspensión 350 220 100
inorgánica 75 55 20
orgánica 275 165 80
DBO5 a 20 °C, mg/l 400 220 110
DQO, mg/l 1000 500 250
Nitrógeno, mg/l N, total 85 40 20
Grasa, mg/l 150 100 50
Fuente: Metcalf-Eddy. 1991. Tratamiento y depuración de las aguas residuales.
2.3. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS.
El proceso de autodepuración ocurre gracias a la presencia de diversos
microorganismos como bacterias y algas, que descomponen los desechos,
metabolizándolos y transformándolos en sustancias simples tales como dióxido
de carbono, nitrógeno, entre otros; además de ciertos microorganismos que
absorben algunas sustancias inorgánicas.

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Es por esto que, al arrojar sustancias extrañas a los cuerpos de agua, si estas se
encuentran dentro de ciertas concentraciones límites, se inicia el proceso de
autodepuración, este proceso se aplica a sustancias orgánicas como detergentes,
fenoles, ciertas sustancias inorgánicas, entre otros. De lo contrario, si son vertidos
que pasan las concentraciones límites para que el cuerpo de agua inicie el proceso
de autodepuración natural, es necesario un tratamiento, (IDEA, 2001).
El diseño eficiente y económico de una planta de tratamiento de aguas residuales
requiere de un cuidadoso estudio basado en aspectos, tales como: el caudal
(m3/seg), el uso final del producto final (agua tratada), el área disponible para la
instalación, la viabilidad económica, características meteorológicas (clima,
precipitación).
En tal sentido, teniendo en mente que la solución tecnológica más adecuada es
aquella que optimiza la eficiencia técnica en la forma más simple y menos costosa,
la tecnología debe hacer uso de los recursos humanos y materiales disponibles en
el país. Asimismo, cabe señalar que la selección de los procesos y/o el tipo de
planta serán diferentes dependiendo de cada caso específico.
Sin embargo, el proceso usual del tratamiento de aguas residuales domésticas
puede dividirse en las siguientes etapas:
 Pre-tratamiento.
 Tratamiento primario o físico.
 Tratamiento secundario o biológico.
 Tratamiento terciario que normalmente implica una cloración.
2.3.1. Pre-tratamiento.
Esta etapa no afecta a la materia orgánica contenida en el agua residual. Se
pretende con el pre-tratamiento la eliminación de materias gruesas, cuerpos
gruesos y arenosos cuya presencia en el efluente perturbaría el tratamiento total
y el funcionamiento eficiente de las maquinas, equipos e instalaciones de la
estación depuradora.
En el pre-tratamiento se efectúa un desbaste (rejas) para la eliminación de las
sustancias de tamaño excesivo y un tamizado para eliminar las partículas en
suspensión. Un desarenado, para eliminar las arenas y sustancias sólidas densas
en suspensión y un desengrasado para eliminar los aceites presentes en el agua
residual así como elementos flotantes.
El tratamiento preliminar o pre-tratamiento, es un proceso que se sitúa en
cabecera y tiene como objetivo eliminar, de las aguas residuales, todos aquellos
elementos de tamaño considerable que por su acción mecánica pueden afectar al
funcionamiento del sistema depurador, así como las arenas y elementos
minerales que puedan originar sedimentación a lo largo de las conducciones.
Los pre-tratamientos para aguas residuales domésticas más frecuentes son:
 Desbaste (rejas).
 Desarenado.
 Desaceitado y Desengrasado.
2.3.1.1. Desbaste.
El desbaste mediante rejas es una operación sencilla pero llamativa, ya que en
ella, se retienen los sólidos de gran tamaño. Estos sólidos son una verdadera

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muestra de la actividad que se ha realizado en la población unas horas antes, pues
en su mayoría, proceden de los restos que se arrojan por los inodoros y los
fregaderos urbanos. Así, encontramos desde restos de comida hasta pelos,
plásticos, trozos de cristales, etc. (IDEA, 2001).
En el canal de entrada del agua a una planta de tratamiento es habitual encontrar
una reja, constituida por barras paralelas que forman un ángulo de 30° a 80°
respecto a la superficie del agua, aunque también las hay horizontales y verticales.
En esta reja quedarán retenidos todos aquellos cuerpos voluminosos, flotantes y
en suspensión, arrastrados por el agua y cuyas dimensiones superen la luz de paso
de la reja.
Así mismo, el canal de rejas se debe proyectar de forma que se evite la
acumulación y sedimentación de arenas y otros materiales pesados. Para ello se
recomiendan velocidades superiores a 0.4 m/s, (IDEA, 2001).
Luego de las rejillas se pueden colocar tamices, con aberturas menores para
remover un porcentaje más alto de sólidos, con el fin de evitar atascamiento de
tuberías, filtros biológicos, con una abertura máxima de 2.5 mm.
2.3.1.2. Desarenado.
El objetivo de esta operación es eliminar todas aquellas partículas de
granulometría superior a 200 micras, con el fin de evitar que se produzcan
sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros
aparatos contra la abrasión, para evitar también sobrecargas en las fases de
tratamiento siguiente.
Los desarenadores se diseñan para eliminar partículas de arenas de tamaño
superior a 0,200 mm y peso específico medio 2,65 g/ml. Si el peso específico de
la arena es bastante menor de 2,65 g/ml, deben usarse velocidades de
sedimentación inferiores a las anteriores, (CEPIS. 1976).
En el tratamiento de aguas residuales se catalogan como arenas aquellas
sustancias sólidas densas formadas por gravas, arenas, cenizas y otros materiales
(diámetro >2.2 mm y peso específico >1.5 g/ml). La densidad media de este tipo
de materiales se encuentra en torno a 1600 kg/m3.
El tipo de desarenador, según el procedimiento utilizado en la separación, más
común es el de flujo horizontal, que realiza una separación natural por
decantación. Este tipo de desarenador se verá de una manera más detallada en el
capítulo siguiente.
2.3.1.3. Desengrasado.
El objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y demás materiales
flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos de
tratamiento posteriores.
El desaceitado o desengrasado consiste en una separación sólido-líquido. En
ambos casos se eliminan mediante insuflación de aire, para desemulsionar las
grasas y mejorar la flotabilidad, (CEPIS. 1976).
Si se hacen desengrasado y desarenado junto en un mismo recinto, es necesario
crear una zona de tranquilización donde las grasas flotan y se acumulan en la
superficie, evacuándose por vertedero o por barrido superficial, luego las arenas
sedimentan en el fondo y son eliminadas.

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2.3.2. Tratamiento primario.
El principal objetivo del tratamiento primario es remover aquellos contaminantes
que pueden sedimentarse, como los sólidos sedimentables y algunos sólidos
suspendidos, o aquellos que pueden flotar como las grasas.
2.3.2.1. Sedimentación primaria.
La mayor parte de las sustancias en suspensión y disolución en las aguas
residuales no pueden retenerse, por razón de su finura o densidad, en las rejas y
desarenadores. Por ello se recurre a la sedimentación (también llamada
decantación) que es la separación de un sólido del seno de un líquido por efecto
de la gravedad. La decantación se produce reduciendo la velocidad de circulación
de las aguas residuales, con lo que el régimen de circulación se vuelve, cada vez,
menos turbulento y las partículas en suspensión se van depositando en el fondo
del sedimentador, (CEPIS. 1976).
Se realiza en tanques rectangulares o cilíndricos donde se remueve
aproximadamente el 65% de los sólidos suspendidos y el 35% de la DBO presente
en las aguas residuales. Los lodos producidos están conformados por partículas
orgánicas.
Los lodos de un sedimentador primario son diferentes a los lodos de un
desarenador los cuales son de tipo inorgánico. Las grasas y espumas que se
forman sobre la superficie del sedimentador primario son removidas por medio
de rastrillos que ejecutan un barrido superficial continuo.
Los lodos que son sedimentados en un sedimentador primario se llaman lodos
primarios, los cuales se recogen del fondo con rastrillos para luego ser sometidos
a una digestión.
2.3.2.2. Tanques de imhoff.
Se utiliza con el fin de efectuar simultáneamente una sedimentación y una
digestión anaeróbica. Utilizado para el tratamiento primario en combinación con
otro tratamiento secundario. Consta de 2 cámaras: la superior o cámara de
sedimentación, por la que pasan las aguas negras a una velocidad muy reducida,
permitiendo el asentamiento de la materia en suspensión; y la cámara inferior o
de digestión, en la cual se desarrolla la digestión anaerobia de la materia
sedimentada, (Metcalf-Eddy, 1991).
El fondo de la cámara de sedimentación está conformado por dos losas inclinadas
que en su parte más baja se traslapan, dejando un espacio a través del cual los
sólidos asentados pasan a la cámara inferior, aislando así las condiciones sépticas
y malos olores provenientes de la digestión de lodos y evitando el contacto con las
aguas negras que pasan por la cámara de sedimentación.
Los lodos acumulados en el digestor se extraen periódicamente y se conduce a
lechos de secado, en donde el contenido de humedad se reduce por infiltración,
después de lo cual se retiran y se disponen de ellos enterrándolos o pueden ser
utilizados para mejoramiento de los suelos.

13
Imagen N° 01. Esquema del tanque imhoff.
Fuente: Wikipedia.
2.3.3. Tratamiento secundario.
El tratamiento secundario tiene como objetivo la eliminación de la materia
orgánica biodegradable no sedimentable (materia orgánica finamente dividida y
disuelta en el agua residual), junto a otros varios contaminantes. Básicamente,
consiste en provocar el crecimiento de microorganismos que asimilan la materia
orgánica, los cuales se reproducen y originan nuevos microorganismos insolubles
que después son separados del flujo tratado como un fango destinado a una
digestión definitiva o a la reutilización como enmienda del terreno. De hecho, se
trata de una aplicación controlada de los sistemas naturales de autodepuración
de las aguas, por lo que a este tipo de tratamiento se le llama tratamiento
biológico, (IDEA, 2001).
Un tratamiento secundario remueve aproximadamente un 85% de la DBO y los
sólidos suspendidos aunque no remueve cantidades significativas de nitrógeno y
fósforo, metales pesados y bacterias patógenas.
En el tratamiento secundario de tipo biológico, la materia orgánica es utilizada
como alimento de los microorganismos tales como hongos, bacterias, protozoos,
rotíferos, etc. de tal manera que ésta es transformada en CO2, H2O y un nuevo
material celular.
Además de los microorganismos y materia orgánica es necesario hablar de
oxígeno biodegradable o DBO, también de ciertas condiciones favorables como el
pH, entre otros.
2.3.3.1. Lodos activados.
Los lodos activados es un proceso de tratamiento por el cual, el agua residual y el
lodo biológico (microorganismos) son mezclados y aireados en un tanque
denominado aireador. Los flóculos biológicos formados en este proceso se
sedimentan en un tanque sedimentador, de donde son recirculados nuevamente
al tanque aireador o de aireación. En el proceso de lodos activados, los

14
microorganismos son completamente mezclados con la materia orgánica en el
agua residual de manera que ésta les sirve de alimento para su producción.
Es importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos
(aireadores superficiales, sopladores, etc.) los cuales tiene doble función:
producir una mezcla completa y agregar oxígeno al medio para que el proceso se
desarrolle.
La representación esquemática del proceso se muestra en la figura mostrada a
continuación.
Imagen N° 02. Representación esquemática del proceso de lodos activados.
Fuente: Wikipedia.
2.3.3.2. Lagunas de estabilización.
También llamadas estanques de estabilización, son grandes embalses donde la
carga orgánica del afluente es depurada por la acción de micro-algas y bacterias
saprófitas, principalmente.
Para la disposición apropiada de aguas residuales, su tratamiento mediante
lagunas de estabilización, constituye un sistema natural, que ofrece costos
mínimos de operación, por lo cual es reconocido como el más adecuado para las
condiciones económicas de poblaciones de bajos recursos financieros. El proceso
se convierte en una solución de costo mínimo al problema de salud humana. Este
tipo de tratamiento constituye también una buena solución para pequeñas
comunidades de clima cálido o templado (la temperatura tiene una notable
influencia sobre la cinética del proceso).

15
Imagen N° 03. Sistema de tratamiento por lagunas de estabilización.
Fuente: Wikipedia.
2.3.3.3. Lecho de lodos (UASB).
Son reactores anaerobios denominados UASB (Upflow Anaerobis Sludge Blanket
o Manto de Fango de Flujo Ascendente), (IDEA, 2001).
En el interior de estos reactores se favorece la formación de flóculos o agregados
de bacterias; al realizarse la alimentación del afluente por la parte inferior, se
generan gases (principalmente CO2 y metano). Tanto el gas libre como las
partículas a las que se ha adherido el gas, ascienden hacia la parte superior del
reactor donde se produce la liberación de este gas adherido, al entrar en contacto
con unos deflectores (desgasificadores). Las partículas desgasificadas suelen
volver a caer y el gas se captura en una bóveda de recogida de gases instalada en
la parte superior del reactor.
Es decir, permanentemente tenemos un flujo ascendente y otro descendente de
agregados bacterianos, aunque no hay una distribución homogénea de los
mismos, ya que su concentración es tanto mayor cuando más próximos están a
la base del reactor.
El tiempo de contacto del reactor UASB es de 4 a 12 horas, permitiendo una
reducción aproximada del 75 al 85% en la DQO.

16
Imagen N° 04. Esquema del sistema UASB.
Fuente: Wikipedia
2.3.4. Tratamientos terciarios.
Cuando los efluentes de una planta de tratamiento de aguas residuales de tipo
secundario no cumplen con ciertos niveles de calidad se hace entonces necesario
un tratamiento terciario o avanzado. Los objetivos del tratamiento terciario son
eliminar la carga orgánica remanente de un tratamiento secundario, desinfectarla
para eliminar microorganismos patógenos, eliminar color y olor indeseables,
remover detergentes, fosfatos y nitratos residuales, que ocasionan espuma y
eutrofización respectivamente.
Esta depuración puede realizarse también por medio de lagunado. El fundamento
de este sistema no es más que utilizar el poder depurador de las bacterias
presentes en el agua residual, las cuales permiten eliminar la materia en
suspensión o disuelta y aquellos compuestos biodegradables como es la materia
nitrogenada y carbonada. La cloración también es parte del tratamiento terciario
o avanzado que se emplea para lograr un agua más pura.
2.3.5. Tratamiento de residuos obtenidos de la depuración de las
aguas residuales.
Las diferentes operaciones de depuración de un agua residual generan una serie
de residuos que pueden clasificarse en dos grupos, (IDEA, 2001).
 Sólidos gruesos, que normalmente se obtienen en los pre-tratamientos
y que, por lo general, o bien son incinerados o bien se depositan en
vertederos.
 Lodos, que se generan tanto en los tratamientos primarios como en los
secundarios.
Los lodos se someterán a uno u otro tratamiento según sea su origen y su carga
contaminante o tóxica. Estos tratamientos intentan reducir el volumen de estos
fangos (mediante deshidratación) y contemplan la posibilidad de, o bien

17
recuperar algún componente, o bien acondicionarlos para su reutilización (por
ejemplo: en agricultura).
2.3.5.1. Sistemas de eliminación o reutilización del fango.
Los fangos de las depuradoras, una vez sometidos a todos o algunos de los
tratamientos, se envían a un destino final que puede consistir en:
 Eliminación de fango, Consiste en la incineración o bien en la
deposición en vertederos especiales. En ambos casos, se produce una
pérdida económica importante y es inevitable un fuerte impacto medio-
ambiental.
 Reutilización del fango, Minimiza los efectos negativos económicos y
ambientales de la eliminación. Los objetivos fundamentales de la
reutilización son aprovechar los fangos como fuente de energía y
aprovechar los componentes de los mismos.
Esta reutilización del fango, para que sea de utilidad agrícola, debe tener un efecto
fertilizante y/o de enmienda y correctivo del suelo (facilitar el transporte de
nutrientes; incrementar la retención de agua).
Imagen N° 05. Secuencia completa de tratamientos de aguas residuales domésticas.
Fuente: Wikipedia.
2.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE
LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.
2.4.1. Concepto de laguna de estabilización.
Una laguna de estabilización de aguas residuales es una estructura simple para
embalsar agua, de poca profundidad de 1 a 4 m y con períodos de retención de
magnitud considerable (de uno a cuarenta días).
Cuando las aguas residuales son descargadas en lagunas de estabilización, se
realiza en las mismas, en forma espontánea, un proceso conocido con el nombre
de autodepuración o estabilización natural, en el que ocurren fenómenos de tipo
físico, químico y biológico. Este proceso se lleva a cabo en casi todas las aguas con
alto contenido de materia orgánica putrescible o biodegradable.

18
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) de las aguas descargadas en una
laguna de estabilización y del efluente de las mismas, es el parámetro que más se
ha utilizado para evaluar las condiciones de trabajo de las lagunas de
estabilización y su comportamiento.
La estabilización de la materia orgánica se lleva a cabo a través de la acción de
organismos aerobios cuando hay oxígeno disuelto en el agua, y de organismos
anaerobios cuando no hay oxígeno disuelto en la misma.
Los factores que intervienen en el proceso de las lagunas de estabilización son:
 Físicos: Temperatura, insolación, infiltración, evaporación, precipitación
pluvial y vientos.
 Químicos: Demanda bioquímica de oxígeno, pH, nutrientes,
contaminantes resistentes.
 Biológicos: Algas y bacterias.
2.4.2. Objetivos de las lagunas de estabilización.
Las lagunas de estabilización se construyen con los siguientes objetivos, (Sáenz,
1985).
 Protección epidemiológica, a través de la disminución de organismos
patógenos presentes en las aguas residuales y dificultando la transmisión de
los mismos.
 Protección ecológica, a través de la disminución de la carga orgánica (DBO)
de las aguas residuales, lográndose de esta manera que el nivel de oxígeno
disuelto en los cuerpos receptores se vea menos comprometido, con el
consiguiente beneficio para su reúso.
 Reúso directo del agua servida tratada en la agricultura, así como en
piscicultura, evitando los riesgos e inconvenientes del reúso de aguas servidas
crudas.
2.4.3. Ventajas y desventajas.
2.4.3.1. Ventajas.
 Presenta alta eficiencia.
 Gastos de operación y mantenimiento bajos.
 Gran capacidad para recibir sobrecarga.
 Simplicidad de operación.
 No requiere equipo mecánico.
2.4.3.2. Desventajas.
 Requiere grandes extensiones.
 Puede ocasionar problemas de olores (generalmente las lagunas
anaerobias).
 Puede producir vectores.
 En épocas de frío disminuye su eficiencia.
 Si el precio del terreno es alto puede salir costosa.

19
2.4.4. Clasificación.
2.4.4.1. De acuerdo al proceso biológico desarrollado:
 Lagunas aerobias:
Predominan los procesos aerobios (presencia de oxígeno). Se basan en el aporte
de oxígeno a partir del crecimiento de foto-sintetizadores y permiten obtener
efluentes de baja DBO soluble pero de alto contenido de algas, las que debieran
ser cosechadas a fin de controlar los cuerpos receptores.
La profundidad debe ser tal que no se alcancen a producir regiones sin oxígeno,
sobre todo teniendo presente que la turbiedad impide el paso de la luz solar; se
suelen encontrar profundidades de 30 a 50 centímetros y tiempos de retención
hidráulicos (es decir, volumen de la laguna dividido por caudal medio tratado) de
4 a 6 días de modo que el terreno requerido para esta tecnología puede ser
intolerablemente grande. Permiten reducciones del 80 al 95% de la DBO5. La tasa
de carga de este tipo de lagunas cae en el rango de 85 a 170 kg de DBO5/ha-día.
 Lagunas anaerobias:
Predominan los procesos de fermentación anaerobia. Las bacterias anaerobias no
requieren oxígeno para reducir la materia orgánica, el proceso es más sensible a
condiciones ambientales, produce olores desagradables, es largo y la
estabilización no es total, (Metcalf-Eddy, 1991)
Las lagunas anaerobias suelen recibir cargas de 225 a 600 kg de DBO5/ha-día con
tiempo de retención hidráulico de 20 a 50 días. Rendimientos en la reducción de
la DBO5 del 50 a 85%. La profundidad puede ser entre 2.5 y 5 m, (IDEA, 2001)
 Lagunas facultativas:
Laguna o estanque de tratamiento con una sección superior aerobia y una inferior
anaerobia de modo tal que los procesos biológicos aerobios y anaerobios se
produzcan en forma simultánea.
En el estrato superior de una laguna facultativa primaria existe una simbiosis
entre algas y bacterias, en presencia de oxígeno; en los estratos inferiores se
produce una biodegradación anaerobia de los sólidos sedimentables.
La carga aceptable para estas lagunas cae entre 85 y 170 kg de DBO5/ha-día. Se
recomienda eficiencias entre el 70 y 90%. El tiempo de retención hidráulico cae
en el rango de 5 a 30 días y la profundidad de operación debe estar entre 1.2 a 2.5
m; por otra parte, se debe garantizar que el fluido utilice todo el volumen de la
laguna, evitando corto circuitos y/o regiones muertas, (CEPIS, 1998).
 Lagunas de aeración:
Este tipo de lagunas se desarrolló a partir de los estanques de estabilización
facultativos en los que solo se tuvo que instalar aireadores de superficie para
eliminar los olores que se producían al estar sometidos a sobrecargas orgánicas,
(CEPIS, 1998).
2.4.4.2. De acuerdo al lugar que ocupan; con relación a otros
procesos:
 Lagunas primarias: reciben aguas residuales crudas.

20
 Lagunas secundarias: reciben efluentes de otros procesos de
tratamiento.
 Lagunas de acabado: lagunas de mayor grado que las secundarias.
También llamadas estanques de estabilización de baja carga, son lagunas
terciarias diseñadas para mejorar la calidad de los efluentes de
tratamientos secundarios y la nitrificación estacional.
2.4.4.3. De acuerdo a la disposición de las unidades:
 Lagunas en serie: permite una mejora importante en la calidad
bacteriológica del efluente.
 Lagunas en paralelo: no mejora la calidad del efluente, pero en cambio,
ofrece muchas ventajas desde el punto de vista constructivo y operativo.
En contar con por lo menos un sistema en paralelo para sobrecargar una
mientras se lleva a cabo la limpieza o mantenimiento de la otra.
2.4.5. Funcionamiento de las lagunas.
El funcionamiento de las lagunas está gobernado por diferentes factores, entre
los cuales tenemos:
 Penetración de la luz solar en el agua: necesaria para el desarrollo
de condiciones aerobias, (Barnes, 1967).
 La profundidad del estanque: los muy profundos limitan el alcance
de los rayos solares sólo a las capas superiores y los estanques poco
profundos son favorables a la aparición de diversos tipos de plantas que
podrían limitar el paso de los rayos.
 Precipitación y evaporación en la zona: que podrían alterar el
funcionamiento debido a las variaciones de volumen.
 Permeabilidad del suelo: por la cantidad de caudal que se filtra en el
fondo y costados de la laguna.
 Vientos: mejoran el funcionamiento cuando son moderados, por la
acción mezcladora que producen.
 Naturaleza y fructificación de las algas: ya que consumen anhídrido
carbónico y en condiciones climáticas adecuadas liberan oxígeno durante
el día, (Metcalf-Eddy, 1991).
2.4.5.1. Mecanismos de funcionamiento.
Yánez, ha esquematizado el funcionamiento de las lagunas en procesos:
 Proceso aerobio:
Este proceso se caracteriza porque la descomposición de la materia orgánica se
lleva a cabo en presencia de oxígeno, produciéndose compuestos inorgánicos que
sirven de nutrientes a las algas, las cuales a su vez producen más oxígeno que
facilita la actividad de las bacterias aerobias. El proceso de desdoblamiento de la
materia orgánica se lleva a cabo con intervención de enzimas producidas por las
bacterias en sus procesos vitales.
A su vez, las algas logran sintetizar materia orgánica que se incorpora a su propio
protoplasma. Este proceso que se lleva a cabo en presencia de la luz solar recibe
el nombre de fotosíntesis. En el mismo se desprende oxígeno (que es
aprovechado por las bacterias aerobias para satisfacer la DBO).

21
 Proceso anaerobio:
El tratamiento anaerobio supone la descomposición de la materia orgánica y/o
inorgánica en ausencia de oxígeno molecular. Las reacciones anaerobias son más
lentas y los productos de las mismas originan malos olores.
Los microorganismos causantes de la descomposición de la materia orgánica se
dividen frecuentemente en dos grupos:
El primer grupo, hidroliza y fermenta compuestos orgánicos complejos a
ácidos simples, de los cuales los más corrientes son el ácido acético y el ácido
propiónico. Este grupo de microorganismos se compone de bacterias facultativas
y anaerobias colectivamente denominadas bacterias formadoras de ácidos.
El segundo grupo, convierte los ácidos orgánicos formados por el primer
grupo en gas metano y anhídrido carbónico, las bacterias responsables de esta
conversión son anaerobias estrictas y se les conoce como bacterias formadoras
de metano. Las bacterias más importantes de este grupo tienen tasas de
crecimiento muy lentas y por ello su metabolismo se considera como limitante
del tratamiento anaerobio de un residuo orgánico.
2.5. METODOLOGÍA DE DISEÑO EN EL SISTEMA DE LAGUNAS
DE ESTABILIZACIÓN.
2.5.1. Sistema de Pre-tratamiento y medición de caudales.
En un sistema de tratamiento de aguas residuales a través de lagunas de
estabilización, el pre-tratamiento sirve para lo siguiente:
 Remover los sólidos grandes (gruesos) que flotan o están suspendidos.
Estos sólidos gruesos consisten principalmente en papel, plásticos, trapos,
tela y otros desechos sólidos que pueden entrar al alcantarillado.
Dependiendo de la abertura de las barras en una rejilla, los sólidos gruesos
también pueden consistir de excretas humanas.
 Remover los sólidos inorgánicos pesados, los que se llaman sólidos
arenosos, que han entrado al alcantarillado. Estos sólidos entran al
alcantarillado por las conexiones de la tubería y los pozos de inspección,
consisten principalmente de arena y otros sólidos que tienen una gravedad
específica alrededor 2.5 kg/m3
Los sólidos flotantes y gruesos pueden causar problemas nocivos en la operación
de las lagunas: ellos ayudan a la formación de nata que puede producir malos
olores, sirven como un foco para la reproducción de insectos y producen
condiciones desagradables a la vista, a continuación una foto de lo antes
mencionado.

22
Imagen N° 06. Solidos flotantes y gruesos dentro de la laguna.
Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas residuales domésticas en
Centroamérica.
2.5.1.1. Proceso de pre-tratamiento.
 Desbaste (rejillas).
Para la separación de sólidos gruesos se utilizan rejillas ubicadas
transversalmente al flujo. Al pasar el agua, el material grueso queda retenido en
el enrejado. El material debe ser retirado manualmente y enterrado diariamente;
ya que pueden dañar u obstruir las tuberías, interfiriendo en los procesos de
tratamiento.
La cantidad de desperdicios sólidos retenidos por las rejas varía según la
naturaleza de las aguas negras y el tamaño de las aberturas de la reja. Los
desperdicios retenidos contienen de 75 a 90% de humedad y están formados por
trapos, papel, trozos de caucho, residuos de alimentos y otros productos
expuestos a la putrefacción, por lo que se requiere su rápida eliminación, a través
de procesos como enterramiento, incineración o digestión.
 Normas para el diseño de rejillas.
El siguiente cuadro muestra las normas de diseño recomendadas y los detalles
para rejillas en sistemas de lagunas.
Cuadro N° 03. Normas de diseño para rejillas manuales.
Parámetro Norma recomendada
Forma de barra Rectangular
No se debe utilizar barras
corrugadas de construcción
Ancho de barra 5 - 15 mm
Espesor de barra 25 - 40 mm
Espaciamiento (abertura) entre
bañas
25 - 50 mm
50 mm recomendado para que las
heces humanas pasen por las barras

23
Inclinación con la horizontal 45 - 60°
Plataforma de drenaje Suficiente para el almacenamiento
temporal del material retenido en
condiciones sanitarias
Canaleta de desvío (By-pass) Suficiente para desviar el caudal
máximo durante una emergencia
Material de construcción de
barras y plataforma de drenaje
Acero inoxidable o galvanizado;
aluminio
Velocidad de aproximación 0.45 m/s
Tiempo de retención en canal
de aproximación
≥ 3 seg
Largo de canal de aproximación ≥ 1.35 m
Velocidad a través de las barras ≤ 0.6 m/s para caudal promedio
≤ 0.9 m/s para caudal máximo
Pérdida de carga máxima 0.15 m
Cantidades de material
retenido
0.008 - 0.038 m3/1.000 m3
Disposición final de residuos Solución técnica utilizando métodos
sanitarios
Fuente: Reynolds y Richards. 1996 y viceministerio de vivienda y construcción. 1997.
ANOTACIONES.
 La rejilla debe tener barras rectangulares con anchos de 5 a 15 mm y espesores
de 25 a 40 mm. Se recomienda una abertura entre las barras de 50 mm para
que la mayoría de las heces humanas pasen por la rejilla sin ser retenidas.
Imagen N° 07. Caudal interrumpido por causa de material atrapado en la rejilla.
Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas residuales domésticas
en Centroamérica.
 La inclinación con la horizontal de la rejilla varía entre 45 y 60° para que se
remueva el material retenido fácilmente con un rastrillo.

24
Imagen N° 08. Detalle inclinación de una rejilla con plataforma de drenaje.
Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas residuales
domésticas en Centroamérica.
 Las Rejilla debe tener una plataforma de drenaje para poder drenar los sólidos
gruesos retenidos, estos tienen una humedad de aproximadamente 80% antes
de disponerlos en una manera sanitaria (Mendoça. 2000,21).
Imagen N° 09. Detalle de una rejilla de metal con plataforma de drenaje.
 El canal de aproximación antes de la rejilla debe tener un canal de desvío en el
caso de una emergencia; cuando el operador no está disponible para limpiar la
rejilla.

25
Imagen N° 10. Detalle de canaleta de desvío (By-pass)
Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas residuales domésticas
en Centroamérica.
 El material de construcción de las barras y la plataforma de drenaje debe ser
resistente a la corrosión. Se deberá utilizar acero inoxidable, acero galvanizado
o aluminio en su construcción.
Imagen N° 11. Detalle de rejillas hechas con barras de acero de refuerzo.
 Dimensionamiento de rejillas y el canal de aproximación.
Se dimensiona la rejilla y el canal de aproximación antes de la rejilla con la
siguiente ecuación adaptada de Mara (1976):
 Dimensionamiento de canal de aproximación.
(1)
Donde:
acanal = Ancho de canal de aproximación, m.
Qmax = Caudal máximo, m3/s.
0.6 = Velocidad máxima a través de las barras, m/s.
Pmax = Profundidad máxima de agua en el canal cuando Q = Qmax.
𝒂 𝒄𝒂𝒏𝒂𝒍 =
𝑄𝑚𝑎𝑥
0.6 . 𝑃𝑚𝑎𝑥
⋅
𝑎 𝑏+ 𝑒 𝑏
𝑒 𝑏

26
ab = Ancho de barras, mm.
eb = Espaciamiento (abertura) entre barras, mm.
Nota: La profundidad máxima (Pmax), es determinada durante el diseño del
desarenador, que se realizará posteriormente.
 Velocidad en el canal de aproximación.
Se calcula la velocidad en el canal de aproximación con la siguiente ecuación:
(2)
Donde:
v = Velocidad en el canal de aproximación, m/s.
Nota: La ecuación (2) asume que la velocidad máxima a través de la rejilla es 0.6
m/s; por lo tanto, la velocidad calculada, v (velocidad en el canal de
aproximación) debe ser cerca de 0.45 m/s si se utiliza dimensiones de ab y eb
típicas detalladas en las anotaciones anteriores.
 Se calculan las pérdidas de carga a través de la rejilla con la
siguiente ecuación (Metcalf & Eddy, 1991):
(3)
Donde:
hf = Pérdida de carga, m.
vR = Velocidad a través de la rejilla, m/s.
va = Velocidad en el canal de aproximación, m/s.
g = Aceleración de gravedad, m/s2.
Nota: Se aplica la ecuación (3) solamente cuando la rejilla está limpia (Metcalf
& Eddy, 1991).
ANOTACIÓN.
Los canales de aproximación deben tener un tiempo de retención hidráulica
mínimo de 3 segundos y un largo mínimo de 1.35 metros para asegurar una
velocidad uniforme a través de las barras. Si el tiempo de retención hidráulica y
el largo son menos, es muy probable que el canal tenga turbulencia por las barras
como se ve en las siguientes figuras:
v =
0.6
𝑎 𝑏+ 𝑒 𝑏
𝑒 𝑏
𝒉 𝒇 =
1
0.7
⋅
𝑉 𝑅
2
− 𝑉𝑎
2
2𝑔

27
Imagen N° 12. El canal a la izquierda tiene demasiada turbulencia para tener una
velocidad uniforme. El canal a la derecha tiene suficiente largo para asegurar una
velocidad uniforme sin turbulencia.
Centroamérica.
 Disposición final de los sólidos gruesos en las rejillas.
Sin duda los desechos gruesos están muy contaminados con patógenos, estos son
excesivamente nocivos con malos olores y malas apariencias. Deben ser
enterrados diariamente con el mínimo de manejo por el operador de la
instalación. El diseño de la instalación de pre-tratamiento debe incluir un área
reservada cerca de la rejilla, donde el operador pueda enterrar los sólidos gruesos.
Imagen N° 13. Área reservada para enterrar los sólidos arenosos y gruesos tan pronto
como los saque con el mínimo de manejo.
Centroamérica.

28
 Desarenado.
El tipo de desarenador, según el procedimiento utilizado en la separación, más
común es el de flujo horizontal, que realiza una separación natural por
decantación.
Los desarenadores de flujo horizontal son canales rectangulares donde se
mantiene una velocidad controlada del agua residual, de forma que las arenas
sedimentan y los sólidos orgánicos pasan a las siguientes unidades de
tratamiento.
El parámetro principal de diseño es la velocidad horizontal del flujo a través de la
unidad. Generalmente una velocidad de 0.3 m/s permite la sedimentación de
partículas de 0.2 mm y mayores. El tiempo de retención varía de 20 segundos a 1
minuto. El ancho mínimo recomendable para estas unidades es de 0.6 m. Debe
de proveerse un espacio dentro de la cámara para la acumulación y
almacenamiento de las arenas.
 Normas para el diseño de desarenadores.
En el siguiente cuadro se presenta un resumen de las normas de diseño
recomendadas para desarenadores horizontales.
Cuadro N° 04. Normas de diseño recomendadas para desarenadores horizontales.
Fuente: Marais y van Haandel, 1996: Reynolds y Richards. 1996; y Viceministerio de
Vivienda y Construcción, 1997.
ANOTACIÓN.
La manera más apropiada de remover los sólidos arenosos y gruesos es por medio
de rejillas y desarenadores horizontales, con el nivel de agua y la velocidad en los
Parámetro Norma Recomendada
Velocidad horizontal Vmax = 0.3 m/s
Vmin ≥ 0.80 Vmax
Velocidad de sedimentación 0.02 m/s
(partículas de 0.2 mm)
Forma de la sección transversal Rectangular (con un resalto entre la
cota del desarenador y la de la canaleta
parshall)
Tiempo de retención hidráulica ≤ 60 s para Vmin
≥ 45 s para Vmax
Vmax = 0.3 m/s
Vmin = 0.3 Cv
Largo de canal 45 Vmax ≤ L ≤ 60 Vmin
13.5 m ≤ L ≤ 18 Cv
Sección de control de velocidad Canaleta parshall prefabricada con flujo
libre
Carga en el canal aguas debajo de
la canaleta parshall para
asegurar flujo libre
≤ 60% de la carga en el desarenador
Número de canales Dos en paralelo, cada uno con drenaje
(Uno en operación y otro para limpieza)

29
canales controlados por una canaleta parshall prefabricada; la canaleta parshall
también sirve como el medidor de caudales.
Imagen N° 14. Muestran una instalación típica de una rejilla, un desarenador
horizontal con dos cámaras y una canaleta parshall prefabricada.
2.5.1.2. Dimensionamiento de canaletas parshall para medición de
caudales.
Imagen N° 15. Una canaleta parshall al extremo de un desarenador rectangular.
Centroamérica.

30
La ecuación del caudal para una canaleta parshall se define como la siguiente:
(Marais y Van Haandel, 1996)
Q = 2.27 ⋅ W (Ha ) 1.5 (4)
Donde:
Q = Caudal, m3/s
W = Ancho de garganta de medidor parshall, m
Ha = Profundidad de agua (carga), punto A (Figura N° 15) medida desde la base
de la canaleta parshall, m.
La carga aguas arriba de la canaleta parshall en el canal del desarenador se define
como (Gloyna, 1971):
H = 1.1 ⋅ Ha (5)
Donde:
H = La carga aguas arriba de canaleta parshall en el canal del desarenador
(Figura N° 15) medida con referencia a la base de canaleta parshall, m.
Combinando las ecuaciones (4) y (5) se obtiene la siguiente relación:
Q = 2.27 ⋅W
𝑯
𝟏.𝟏
𝟏.𝟓
(6)
Al reacomodar la ecuación (5) y (6) se obtiene la siguiente relación para la carga
en el canal del desarenador:
H =
𝟏.𝟏 ⋅𝑸
𝟐.𝟐𝟕 ⋅𝑾
𝟎.𝟔𝟔𝟕
(7)
Para el caudal máximo, Qmax, la ecuación (7) resulta en:
Qmax = 2.27 ⋅W
𝑯𝒎𝒂𝒙
𝟏.𝟏
𝟏.𝟓
(8)
Donde:
Hmax = La carga máxima en el canal del desarenador cuando Q = Qmax.
Reacomodando la ecuación (8) se obtiene la siguiente relación para la carga
máxima en el desarenador:
(9)
Nota: Las ecuaciones de (4) a (9) asumen que el flujo a través de la canaleta parshall es
libre.
Para que exista la condición de flujo libre, la carga aguas abajo de la canaleta
parshall (Hb en la Figura N°15) tiene que ser igual o menor de 60% de la carga
aguas arriba del canal del desarenador, medida con referencia a la base de la
canaleta parshall (Ha en la Figura N°15).
Para satisfacer esta condición, se diseña la cota del canal aguas abajo siguiendo
la proyección del fondo de la garganta (W en la Figura N°15) de la canaleta
parshall hasta una longitud mínima de 1 m aguas abajo.
Hmax =
1.1 𝑄𝑚𝑎𝑥
2.27 𝑊
0.667

31
Los límites de caudales para anchos de garganta diferentes se presenten en el
siguiente cuadro:
Cuadro N° 05. Rangos de caudales para canaletas parshall con flujo libre.
Ancho de
garganta, W
m
Qmin Qmax
m3 /s m3 /día m3 /s m3 /día
0.076 0.0008 69 0.0538 4.648
0.152 0.0015 130 0.1104 9.539
0.229 0.0025 216 0.2519 21.764
0.305 0.0031 268 0.4556 39.364
Fuente: Marais y Van Haandel, 1996.
 Remoción de sólidos arenosos: Desarenadores.
Las aguas residuales contienen, por lo general, concentraciones significativas de
sólidos inorgánicos como arena, ceniza y grava que tienen un peso específico
entre 1.5 y 2.65 g/ml; por convención se llaman estos "Sólidos Arenosos".
Los sólidos arenosos provienen del alcantarillado, la cantidad producida es muy
variable y depende de factores como la tasa de infiltración al alcantarillado, la
condición del colector, la topografía, el tipo de suelo y el porcentaje de las calles
pavimentadas. También la cantidad varía significativamente entre la época seca
y la época lluviosa.
El siguiente cuadro muestra las cantidades reportadas en varios estudios técnicos
en América Latina, India y los EE.UU, donde existen datos para las épocas secas
y lluviosas. Siempre durante la época lluviosa, especialmente durante una
tormenta, la producción de sólidos arenosos sube significativamente.
Cuadro N° 06. Cantidades de sólidos arenosos encontradas en aguas residuales en
América Latina y los EE.UU.
Lugar
Cantidades
(m3/1000 m3)
Brasil (1970)
Época seca
Época lluviosa
0.015—0.029
0.030—0.040
Honduras (2003) (Estimado) 0.010—0.085
EE.UU.
Promedio Diario
Máximo Diario
(Durante una tormenta)
0.002—0.176
0.006—3.900
Fuente: Oakley. 2004: Mendonca. 2000: y ASCE WPCF. 1977.
ANOTACIÓN.
Los sólidos arenosos, si entraran a una laguna primaria, pueden causar todos los
problemas mencionados anteriormente. Como resultado, se recomienda en todas
las instalaciones de lagunas, el uso de desarenadores rectangulares con canaletas
parshall para el control de velocidad y para medir los caudales.

32
Imagen N° 16. Un desarenador rectangular lleno de solidos arenosos en el fondo.
Centroamérica.
Las canaletas parshall de concreto fabricadas in situ no sirven por su mala
construcción (nótese las dimensiones irregulares) lo que trae problemas de
calibración del elemento.
Imagen N° 17. Canaleta parshall fabricada in-situ de concreto.
Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas en
Centroamérica.
 Diseño de desarenador rectangular
El resalto (Z en la Figura N°15), que es la diferencia de cota entre la canaleta
parshall y el canal del desarenador, como se muestra, se determina con las

33
siguientes ecuaciones (Babbitt y Baumann, 1958; Gloyna, 1971; Marais y Van
Haandel, 1996):
Z = [
𝑅
1
3 −1
𝑅−1
] ⋅
1.1 𝑄𝑚𝑎𝑥
2.27 𝑊
0.667
(10)
Z = [
𝑅
1
3 −1
𝑅−1
] ⋅ Hmax (11)
(12)
Donde:
Z = Resalto entre la cota del desarenador y la canaleta parshall, m.
(13)
(14)
Después de calcular el resalto Z, se determina la profundidad máxima de agua en
el canal de desarenador con referencia a la cota del canal (no la carga máxima
Hmax) con la siguiente relación:
(15)
Donde:
Pmax = La profundidad máxima de agua medida de la cota del canal de
desarenador (Figura N° 15), m.
Se calcula el ancho del canal del desarenador mediante la siguiente formula:
(16)
Donde:
ad = Ancho de desarenador, m.
vmax = Velocidad horizontal máxima a través del desarenador = 0.3 m/s.
El largo del desarenador se calcula utilizando el método de Marais y Van Haandel
(1996):
(17)
Donde:
Vmax = Velocidad horizontal máxima, m/s.
Vmin = Velocidad horizontal mínima, m/s.
L = Largo de desarenador, m.
ad =
𝑄𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑚𝑎𝑥 . 𝑉𝑚𝑎𝑥
=
𝑄𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑚𝑎𝑥 . (0.3)
Pmax = Hmax – Z
Cr =
𝑅
1
3 −1
𝑅−1
R =
𝑄𝑚𝑎𝑥
𝑄𝑚𝑖𝑛
Z = Cr . Hmax
45 x Vmax ≤ L ≤ 60 x Vmin

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