4.8 ZANJAS DE OXIDACIÓN
La zanja de oxidación la desarrolló Pasveer en 1953, en Holanda, y dos años después se puso en operación el primer prototipo, en Voorschoten. El objetivo principal de su desarrollo fue proveer un método de tratamiento de aguas residuales de costo mínimo, e inicialmente los rotores se instalaron en zanjas excavadas en tierra. Las primeras zanjas de oxidación, en Estados Unidos, se construyeron a comienzos de la década de los sesenta, principalmente para el tratamiento de flujos de hasta 1.8 metros cúbicos por segundo. Estudios hechos por la EPA, en 1978, indicaron que la zanja de oxidación tiene costos anuales de operación inferiores a los de otros procesos biológicos, en el rango de 4 a 440 litros por segundo. En general, la zanja de oxidación puede ser una alternativa económica en poblaciones medianas, de 1 000 a 60 000 habitantes, que dispongan de suministro eléctrico confiable y donde la disponibilidad de terreno es escasa y su costo alto.
Parte esencial de este sistema es un canal de aireación provisto de un rotor de aireación. Este rotor tiene dos funciones: aireación y promover de velocidad al licor mezclado en el canal. Los dos modelos de rotores utilizados con mayor frecuencia son los de cepillo y los de tipo jaula. La velocidad del líquido es del orden de 0.3 metros por segundo. La mezcla de agua pasa repetidamente por el rotor de aireación a intervalos cortos. Los rotores tienen normalmente un diámetro de aproximadamente 75 cm, giran a 75 rpm, con una profundidad de inmersión de 15 cm y capacidad de oxigenación del orden de 3 kilogramos de oxígeno por hora.
La zanja de oxidación es un proceso de lodos activados, del tipo de aireación extendida, que usa un canal cerrado, con dos curvas, para la aireación y mezcla. La planta típica de una zanja de oxidación no incluye sedimentación primaria, utiliza un solo canal concéntrico y un sedimentador secundario. Los canales de aireación tienen profundidades entre 1.2 y 1.8 m con paredes laterales a 45°; sin embargo, se construyen también canales más profundos de 3 a 4 metros.
En general la zanja se reviste de concreto o de otro material apropiado para prevenir la erosión y la infiltración. Los aeradores pueden instalarse fijos o flotantes, sobre uno o más sitios a lo largo del canal para suministrar suficiente velocidad dentro del zanja, generalmente mayor de 0.30 m/s, así como para mantener el nivel de oxígeno disuelto requerido y los sólidos del licor mezclado en suspensión. La mayoría de los cepillos opera a velocidades de 60 a 110 rpm, con sumergencia de 5 a 30 centímetros. Generalmente se instalan dos aeradores como mínimo para asegurar la aireación permanente del licor mezclado. La unidad de salida hacia el sedimentador puede ser una caja con una compuerta de madera que permita variar el nivel del agua en la zanja y ajustar la sumergencia de las paletas del cepillo de aireación. Para el sedimentador secundario se utilizan cargas superficiales de diseño de 15 a 20 m3 /m2 d para flujos promedio y de 40 a 80 m3 /m2 d para flujos pico; se recomiendan profundidades de 3 a 4.2 metros.
La zanja de oxidación, adecuadamente diseñada y operada, provee remociones promedio de DBO y SST mayores del 85% para aguas residuales municipales; tiene capacidad de efectuar un nivel alto de nitrificación por el tiempo de retención prolongado (24 horas) y contar con edades de lodos mayores de diez días.
La zanja de oxidación también se ha usado para remover nitrógeno mediante la producción de zonas aerobias y anóxicas dentro del canal, controlando la tasa de transferencia de oxígeno para que el OD del licor mezclado se agote en una porción del canal de aireación.
La fuente de carbono para la desnitrificación, en la zona anóxica, se provee, en estos casos, alimentando el residuo crudo al canal, aguas arriba del inicio de la zona anóxica; con una operación cuidadosa se pueden lograr remociones de nitrógeno del 80 por ciento.
Para una construcción económica, la zanja debe localizarse con su longitud en paralelo con las curvas de nivel y el terreno debe permitir flujo por gravedad. Cuando los flujos de diseño son muy variables de un período a otro, por ejemplo en comunidades turísticas, áreas de recreación o parques turísticos, puede ser deseable una planta de zanjas de oxidación.
En esta planta normalmente funciona la zanja interior y sólo entraría en operación a la zanja exterior para flujos máximos.
Procedimientos de diseño
Un resumen de los parámetros principales de diseño para zanjas de oxidación se presenta en la Tabla siguiente. La edad prolongada de los lodos usada en el diseño de zanjas de oxidación permite tener una operación relativamente estable del proceso.
Para edades de lodos mayores de 20 días y tiempos de aireación mayores de 24 horas, se genera un lodo biológicamente estable que puede manejarse sin problemas ambientales significativos.
El oxígeno requerido se calcula generalmente suponiendo un consumo de 1.5-2.0 kg O2/ kg de DBO aplicada. Los cepillos de 70 cm de diámetro tienen una capacidad nominal de oxigenación de 3 kg O2/m·h a una inmersión de 15 cm y a una velocidad de rotación de 70 rpm; los rotores más grandes o mamut, de 100 cm de diámetro, tienen una capacidad nominal de 10 kg O2/m h, con una inmersión de 30 cm y para una velocidad de rotación de 70 rpm.
