United States Office of Water EPA 832-F-00-013Environmental Protection Washington, D.C. Septiembre de 1999AgencyFolleto informativo de tecnologade aguas residualesZanjas de oxidacin

DESCRIPCIN

Una zanja de oxidacin es una modificacin delsistema biolgico de tratamiento con lodos suficiente, pero en ese caso el sistema ya noactivados que utiliza un tiempo extenso de opera como una zanja de oxidacin). Losretencin de slidos (solids retention times, sistemas de tratamiento tpicos con zanjas deSRT) para la remocin de compuestos orgnicos oxidacin tienen una configuracin de anillo,biodegradables. Las zanjas de oxidacin valo o tanque en forma de herradura dentro defuncionan normalmente como sistemas de los cuales se encuentran uno o mltiplesmezcla completa, pero pueden ser modificados canales. Por esta razn las zanjas de oxidacinpara simular las condiciones de flujo en pistn se denominan comnmente con reactores de tipo(Nota: a medida que las condiciones se carrusel. Aireadores montados en formaaproximan al flujo en pistn se debe utilizar la vertical u horizontal proporcionan la circulacindifusin de aire para proporcionar mezclado del agua, la transferencia de oxgeno y laaireacin en las zanjas. ZANJA DE OXIDACIN

AIREADOR

A LA DESINFECCIN

SEDIMENTADORES

DREN DE PURGA

LODO ACTIVADO RECIRCULADO BOMBAS DE LODO(RAS)

PROCEDENTE DELTRATAMIENTO PRIMARIO

Fuente: Parsons Engineering Science, Inc., 2000.

FIGURA 1 SISTEMA TPICO DE LODOS ACTIVADOSCON ZANJAS DE OXIDACIN

se clarifica en un sedimentador secundarioLos tratamientos primarios tales como rejillas yseparado. Un tanque anaerbico puede serdesarenadores normalmente preceden a lasaadido antes de la zanja para mejorar lazanjas de oxidacin. Algunas veces se incluyeremocin biolgica del fsforo.sedimentacin primaria antes de las zanjas, peroeste no es el diseo tpico. Se pueden necesitarUna zanja de oxidacin tambin puede serfiltros terciarios despus de la sedimentacinoperada para lograr desnitrificacin parcial.dependiendo de los requisitos de descarga delUna de las modificaciones de diseo msefluente. La desinfeccin es requerida y puedecomunes para mejorar la remocin de nitrgenonecesitarse reaireacin antes de la descargase conoce como el proceso modificado definal. El agua que fluye por las zanjas deLudzack-Ettinger (MLE). En este proceso,oxidacin es aireada y mezclada con lodosegn se ilustra en la Figura 2, un tanquerecirculado del sedimentador secundario. Laanxico se aade aguas arriba de la zanja enFigura 1 presenta un diagrama tpico de flujo deconjunto con licor mezclado de recirculacinproceso para una planta que utiliza zanjas deprocedente de la zona aerbica para obteneroxidacin.altos niveles de desnitrificacin. En el tanqueaerbico, las bacterias autotrficasAireadores de superficie tales como los de(nitrificadoras) convierten el nitrgenorotores de cepillo, de disco, de chorro o deamoniacal a nitrgeno en forma de nitritos ydifusor de burbuja fina son usados paraluego a nitratos. En la zona anxica, lasrecircular el licor mezclado para acelerar elbacterias heterotrficas convierten el nitrgenocrecimiento microbiano; al mismo tiempo laen forma de nitratos a nitrgeno gaseoso, que esvelocidad resultante asegura el contacto de losliberado a la atmsfera. Parte del licormicroorganismos con el afluente de aguamezclado del tanque aerbico es recirculado a laresidual. La aireacin aumenta drsticamente elzona anxica para suministrar un licor mezcladonivel de oxgeno disuelto (O.D.), pero estecon un alto contenido de nitratos.disminuye debido a que la biomasa consumeoxgeno a medida que el licor mezclado seVarios fabricantes han desarrolladodesplaza por la zanja. Los slidos se mantienenmodificaciones al diseo de las zanjas deen suspensin a medida que el licor mezcladooxidacin para la remocin de nutrientes encircula alrededor de la zanja. Si los valores decondiciones de reciclado o en fases entre losdiseo de SRT se seleccionan para laestados anxico y aerbico. Mientras que losnitrificacin, esta se logra en un alto grado. Elefluente de las zanjas de oxidacin normalmente

LICOR MEZCLADO RECIRCULADO

3 Q 4 QSEDIMENTACIN SEDIMENTADOR PRIMARIA SECUNDARIO

Q Q

ANXICO AEROBICO

LODO ACTIVADO RECIRCULADO

0.5 Q - 1QLODO PRIMARIO

LODOS ACTIVADOS DE PURGA

Fuente: Parsons Engineering Science, Inc., 1999FIGURA 2 PROCESO MODIFICADO DE LUDZACK-ETTINGERconsistente cuando las zanjas se disean y semecanismos de operacin difieren de unoperan para la remocin de nitrgeno.fabricante a otro, en general el proceso consistede dos tanques separados de aireacin, el

primero anxico y el segundo aerbico. Aguaresidual y lodo activado recirculado son

introducidos al primer reactor, el cual opera encondiciones anxicas. El licor mezclado fluyeluego al segundo tanque que opera encondiciones aerbicas. Los procesos se VENTAJAS Y DESVENTAJASinvierten posteriormente y el segundo reactorcomienza a operar en condiciones anxicas. VentajasAPLICABILIDAD La principal ventaja de las zanjas de oxidacines su capacidad de lograr los objetivos deEl proceso de las zanjas de oxidacin es una remocin de contaminantes con requerimientostecnologa de eficiencia demostrada para el operacionales reducidos y a bajos costos detratamiento secundario de aguas residuales que operacin y mantenimiento. Algunas de lases aplicable a cualquier situacin en donde sea ventajas especficas de las zanjas de oxidacinapropiado el sistema de lodos activados incluyen:(convencional o de aireacin extendida). Laszanjas de oxidacin pueden utilizarse en plantasque requieren nitrificacin porque los tanquespueden ser dimensionados usando un tiempo de Un nivel mayor de confiabilidad yretencin de slidos apropiado para que se desempeo con relacin a otros procesosproduzca nitrificacin a la temperatura mnima biolgicos debido a que el nivel constante dedel licor mezclado. Esta tecnologa es muy agua y la descarga continua reducen la tasaefectiva en instalaciones pequeas, de rebose del vertedero y eliminan lacomunidades pequeas e instituciones aisladas sobrecarga peridica de efluente que sonporque requieren un rea de terreno mayor que comunes en otros procesos biolgicos taleslas plantas de tratamiento convencionales. como los reactores secuenciales en tandas(SBR).El proceso de oxidacin se origin en Holandacon la instalacin de la primera planta a gran El tiempo extendido de retencin hidrulicaescala en Voorschoten en 1954. Actualmente y la mezcla completa minimizan el impactohay ms de 9,200 instalaciones municipales de de cargas contaminantes extremadamentezanjas de oxidacin en los Estados Unidos altas o de sobrecargas hidrulicas.(WEF, 1998). La nitrificacin requerida paraobtener concentraciones de nitrgeno amoniacal Produce menos lodos que otros sistemasmenores a 1 mg/L se logran en forma biolgicos debido a la extensa actividad

biolgica durante el proceso de lodos El agua residual tamizada entra a la zanja,activados. recibe aireacin y circula a una velocidadaproximada de 0.25 a 0.35 m/s (0.8 a 1.2 pies/s) La eficiencia de operacin en cuanto al uso para mantener los slidos en suspensinde energa da como resultado la reduccin (Metcalf & Eddy, 1991). La tasa de reciclajede consumo de electricidad en relacin con del lodo activado de recirculacin es del 75 alotros procesos biolgicos de tratamiento. 150 por ciento, y la concentracin de los slidosen suspensin en el licor mezclado va de 1,500 a 5,000 mg/L (0.01 a 0.04 libras/galn) (Metcalf& Eddy, 1991). La eficiencia de transferenciaDesventajasde oxgeno en las zanjas de oxidacin es de 2.5a 3.5 libras por HP-hora (Baker Process, 1999).

Los criterios de diseo son afectados por los Las concentraciones de slidos suspendidosparmetros del agua residual afluente y lasen el efluente son relativamente altas encaractersticas requeridas del efluente,comparacin con otras modificaciones delincluyendo la decisin o el requerimiento deproceso de lodos activados.lograr nitrificacin, desnitrificacin y/oremocin biolgica del fsforo. Los parmetros Requiere una superficie de terreno msespecficos de diseo para zanjas de oxidacingrande que otras opciones de tratamientoincluyen:con lodos activados. Esto puede ser muycostoso, restringiendo la factibilidad de usoTiempo de retencin de slidos (solidsde las zanjas de oxidacin en reas urbanas,retention time, SRT): El volumen de las zanjassuburbanas y otras reas en donde el costode oxidacin es seleccionado con base en elde la adquisicin de terrenos esSRT requerido para lograr la calidad deseada derelativamente alto.efluente. El SRT se selecciona como unafuncin de los requerimientos de nitrificacin y

la temperatura mnima del licor mezclado. Losvalores de diseo del SRT varan de 4 a 48 oCRITERIOS DE DISEOms das. El rango tpico de valores del SRT requerido para nitrificacin es de 12 a 24 das.Construccin Tasa de carga de DBO: Las tasas de carga de3DBO varan de menos de 0.16 kg/m (103 3Las zanjas de oxidacin se construyen lb./1000 ft ) por da a ms de 0.8 kg/m (503normalmente de concreto reforzado, aunque lb./1000 ft ) por da. Una tasa de carga de DBO3 3tambin se ha usado gunita, asfalto, caucho de 0.24 kg/m por da (15 lb./1000 ft ) se utilizabutlico y arcilla. Normalmente se utilizan normalmente como el valor de diseo. Sinmateriales impermeables para prevenir la embargo, la tasa de carga de DBO tpicamenteerosin. no es utilizada para determinar si se produce ono la nitrificacin.Parmetros de diseo

Tiempo hidrulico de retencin (hydraulic TABLA 1 DESEMPEO DE LA PLANTAretention time, HRT): Mientras que este DE CASA GRANDE, ARIZONAparmetro se utiliza raras veces para diseo dezanjas de oxidacin, el HRT dentro de las zanjastiene un rango de 6 a 30 horas en la mayora de Promedio Promedio Porcentaje delas plantas de tratamiento de aguas residualesmensual mensual remocin (%)domsticas. del delafluente efluente (mg/L) (mg/L)DBO 226 8.86 96DESEMPEOSST 207 5.23 97

N total 34.5 1.99 94Dado que se trata de procesos de tratamientoFuente: City of Casa Grande, AZ, 1999secundario de efectividad demostrada, losprocesos de las zanjas de oxidacin sonfcilmente adaptables para la nitrificacin yCasa Grande Water Reclamation Facilitydesnitrificacin. Como parte del estudio"Evaluacin de zanjas de oxidacin para

remocin de nutrientes" (EPA, 1991), serecolectaron datos de 17 plantas con zanjas deLa planta de tratamiento para recuperacin deoxidacin. El caudal promedio de diseo deagua de la ciudad de Casa Grande en Arizonaesas plantas se encontraba entre 378 y 45,4253 inici operaciones en el ao 1996. El sistemam /d (0.1 a 12 mgd). El desempeo promedio 3fue diseado para tratamiento de 15,142 m /dde esas plantas, resumido en la Tabla 1, seala(4.0 mgd), con el uso de una zona anxicaque las zanjas de oxidacin logran una remocinprevia a la zona aerbica de cada tren demayor al 90 por ciento del DBO, los slidostratamiento con el fin de lograr desnitrificacin.suspendidos y el nitrgeno amoniacal. De laCon parmetros de diseo del afluente de 270misma manera, Rittmann and Langeland (1985)mg/L de DBO (0.002 libras/galn), 300 mg/L dereportaron una remocin de nitrgeno mayor alSST (0.003 libras/galn) y 45 mg/L de90 por ciento para los procesos de las zanjas de -4nitrgeno total Kjeldhal (3.8x10 libras/galn),oxidacin.la planta ha logrado cumplir en formaconsistente con objetivos de descarga delLa siguiente seccin discute el desempeo de -5efluente de 10 mg/L de DBO (8.34x10dos instalaciones de zanjas de oxidacin -4libras/galn), 15 mg/L de SST (1.2x10recientemente diseadas.libras/galn), y 1.0 mg/L de nitrgeno en forma-6de amonaco (8.34x10 libras/galn) y 5.0 mg/L -5en forma de nitratos (4.2x10 libras/galn). La Tabla 1 resume el desempeo de la planta entrejulio de 1997 y julio de 1999.

TABLA 2 DESEMPEO DE LA PLANTA Residuos generadosDE EDGARTOWN, MASSACHUSSETS

Se generan lodos primarios si la planta tiene Promedio Promedio Porcentaje de sedimentadores primarios antes de las zanjas demensual del mensual remocin (%)oxidacin. La produccin de lodos en lasafluente del(mg/L) efluente zanjas por los procesos de oxidacin va de 0.2 a(mg/L) 0.85 kg de SST por cada kg de DBO aplicado(0.2 a 0.85 libras por libra aplicada) (SherwoodDBO 238 3.14 99Logan and Associates, 1999). La generacinSST 202 5.14 97 tpica de lodos es de 0.65 kg de SST por kg deDBO aplicado (0.65 libras por libra aplicada).N total 27.1 2.33 90 Estos valores son menores que los deFuente: Town of Edgartown, 1999 instalaciones convencionales de lodos activadosdebido al tiempo extendido de retencin de los

slidos.

Planta de tratamiento de aguas residuales deParmetros operativosEdgartown, Massachussets

El coeficiente de transferencia de oxgeno paraLa planta de tratamiento de la ciudad dela remocin de DBO vara con la temperatura yEdgartown, ubicada en la isla de Marthasel SRT. Los requerimientos tpicos de oxgenoVineyard en Massachusetts, est diseada para3 van de 1.1 a 1.5 kg de O2 por kg de DBOtratamiento de 757 m /d (0.20 mgd) en los3 removido (1.1 a 1.5 libras por libra removida), ymeses de invierno y 2,839 m /d (0.75 mgd) en4.57 kg de O2 por kg de nitrgeno total Kjeldhallos de verano. Con dos tanques Carrouseloxidado (4.57 libras por libra oxidada) (EPA,denitIR instalados, la planta ha logrado sus1991; Baker Process, 1999). La eficiencia deobjetivos de desempeo desde el inicio de sutransferencia de oxgeno es de 2.5 a 3.5 librasoperacin. La Tabla 2 resume los valorespor HP-hora (Baker Process, 1999).promedio en el afluente y efluente.

COSTOSOPERACION Y MANTENIMIENTO

Las zanjas de oxidacin requieren unmantenimiento relativamente reducido enEl volumen de los tanques y el rea construidacomparacin con otros procesos de tratamientode las plantas con zanjas de oxidacin sonsecundario. La mayora de las aplicaciones notradicionalmente mucho mayores que los derequieren compuestos qumicos, pero se puedenotros procesos convencionales de tratamientoaadir sales metlicas para mejorar la remocinsecundario. La extensa rea construida tienedel fsforo.como resultado mayores costos de inversin decapital, especialmente en reas urbanas en

donde el terreno disponible es muy costoso. tratamiento las necesidades de energa sonLos reactores verticales, en los cuales el flujo bajas, el control por parte de los operadores esavanza por el reactor hacia el fondo del tanque, mnimo, y normalmente adicin de compuestosson generalmente ms costos que los reactores qumicos no es requerida. Por ejemplo, lahorizontales tradicionales. Sin embargo, debido planta de recuperacin de agua residual de Tara que estos requieren un menor terreno que los River (Tar River Wastewater Reclamationreactores horizontales ms tradicionales, el uso Facility) de Louisburg en North Carolinade reactores verticales puede producir una report un ahorro de energa del 40 por cientoreduccin significativa del costo total de en comparacin con plantas convencionales deinversin en donde el precio del terreno sea alto. lodos activados (Ellington, 1999). El uso de laszanjas tambin elimin costos de compuestosLos costos de las plantas con zanjas de qumicos y permiti que el personal estuvieraoxidacin varan de acuerdo con la capacidad de disponible para otras tareas en la plantatratamiento, las consideraciones de diseo por (Ellington, 1999).los lmites del efluente, y otros factoresespecficos del sitio. Los costos de inversinpara construccin de 10 plantas que fueronREFERENCIASevaluadas por la EPA en 1991 tuvieron un rango

de costos de $0.52 a $3.17 por litro-da de agua

tratada ($1.96 a $12.00 por gpd). Estos costosOtros Folletos Informativos relacionados:fueron actualizados usando un ndice de costo

de construccin de ENR (Engineering NewsOtros Folletos Informativos de la U.S. EPA seRecords) de 5916.pueden obtener en el siguiente sitio de Internet:http://www.epa.gov/owmitnet/mtbfact.htmInformacin ms reciente obtenida de los

fabricantes para instalaciones con capacidad de3tratamiento entre 3,785 a 25,740 m /d (1.0 a 6.8 1. Baker Process, 1999. Personalmgd) seala que los costos van de $0.66 a $1.10 communication with Betty-Ann Custis,por litro-da ($2.50 a $4.00 por gpd). Por Senior Process Engineer, Memorandumejemplo, la planta de recuperacin de agua de to Parsons Engineering Science, Inc.Blue Heron (Blue Heron Water ReclamationFacility) en Titusville, Florida --una instalacincon zanjas de oxidacin y manejo de lodos con3 2. City of Casa Grande, Arizona, 1999.una capacidad de 15,142 m /d (4.0 mgd) queinici operaciones en 1996-- fue construida a un Facsimile from Jerry Anglin to Parsonscosto de $0.80 por litro-da ($3.00 por gpd) Engineering Science, Inc.(Kruger, 1996). La instalacin incluye procesos

de fases mltiples para la remocin biolgica denutrientes y un sistema sofisticado de3. Ettlilch, William F., March 1978. Aadquisicin de datos y supervisin de controlComparison of Oxidation Ditch Plants(Supervisory Control and Data Acquisitionto Competing Processes for SecondarySystem, SCADA).and Advanced Treatment of MunicipalWastes.Las zanjas de oxidacin tienen costos deoperacin y mantenimiento significativamente

menores que otros procesos de tratamientosecundario. Con relacin a otras tecnologas de

4. Ellington, Jimmy, 1999. Plant Ohio, EPA-600/2-78-051. Prepared bySuperintendent, Tar River Water HydroQual, Inc. Preliminary DraftReclamation Facility. Personal Evaluation of Oxidation Ditches forconversation with Parsons Engineering Nutrient Removal.Science, Inc.

5. Kruger, Inc. 1996. A2O &ATADProcesses provide Effective Wastewater, 11. Water Environment Federation, 1998.Biosoilds Treatment for Titusville, Fla. Design of Municipal WastewaterFluentlines, 1 (2). Treatment Plants, 4th edition, Manual ofPractice No. 8: Vol 2, Water Environment Federation: Alexandria,Virginia.6. Metcalf and Eddy, Inc., 1991.Wastewater Engineering: Treatment,Disposal, Reuse. 3rd edition. New York:INFORMACION ADICIONALMcGraw Hill.

City of Findlay, OhioJim Paul, Supervisor - Water Pollution Control7. Sherwood Logan and Associates, Inc.,1201 South River Road1999. Personal communication withFindlay, OH 45840Robert Fairweather. Faxsimile

transmitted to Parsons EngineeringEdgartown Wastewater DepartmentScience, Inc.Michael Eldredge, Chief Operator P.O. Box 1068Edgartown, MA 025398. Town of Edgartown, Massachusetts,1999. Facsimile from Mike Eldridge to Casa Grande WWTPParsons Engineering Science, Inc Jerry Anglin, Chief Operator1194 West Koartsen Casa Grande, AZ 85222

9. U.S. Environmental Protection Agency, Tar River Wastewater Reclamation FacilityFebruary 1980. Innovative and Jimmy Ellington, SuperintendentAlternative Technology Assessment 110 W. Nash St.Manual. Office of Water Program Louisburg, NC 27549Operations, Washington, D.C. andOffice of Research and Development, National Small Flows Clearing HouseCincinnati, Ohio. at West Virginia UniversityP.O. Box 6064

Morgantown, WV 2650610. U.S. Environmental Protection Agency,Municipal Environmental ResearchLa mencin de marcas o de productosLaboratory, September 1991. Office ofcomerciales no significa que la Agencia deResearch and Development, Cincinnati,

Proteccin Ambiental de los Estados Unidosapruebe o recomiende su uso. Municipal Technology BranchU.S. EPA

Mail Code 4204 1200 Pennsylvania Ave., NW Washington, D.C., 20460

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