&EPA
                   United States
                   Environmental Protection
                   Agency
                        Office of Water
                        Washington, D.C.
EPA832-F-00-013
Septiembrede1999
Folleto informativo  de tecnologia
de aguas  residuales
Zanjas de  oxidacion	
DESCRIPCION
Una zanja de oxidacion es una modification del
sistema biologico de tratamiento  con lodos
activados  que  utiliza un tiempo extenso  de
retention  de  solidos  (solids retention times,
SRT) para la remocion de compuestos organicos
biodegradables.    Las zanjas  de  oxidacion
funcionan  normalmente  como  sistemas  de
mezcla completa, pero pueden ser modificados
para simular las condiclones de flujo en piston
(Nota:  a  medida  que  las  condiciones  se
aproximan al flujo en piston se debe utilizar la
difusion de aire para proporcionar mezclado
                         suficiente,  pero en ese caso el sistema ya no
                         opera como  una  zanja de  oxidacion).   Los
                         sistemas de tratamiento tipicos con zanjas de
                         oxidacion tienen una configuration de anillo,
                         ovalo o tanque en forma de herradura dentro de
                         los cuales  se  encuentran   uno  o multiples
                         canales.  For esta razon las zanjas de oxidacion
                         se denominan comunmente con reactores de tipo
                         carrusel.    Aireadores  montados  en  forma
                         vertical u horizontal proporcionan la circulation
                         del agua,  la transferencia   de oxigeno  y la
                         aireanion en las zanias	
                 ZANJA DE OXIDACION
                                                                     A LA DESINFECCION
                                       LODO ACTIVADO RECIRCULADO
                                             (RAS)
                                                                    BOMBAS DE LODO
    PROCEDENTE DEL
   TRATAMIENTO PRIMARIO
Fuente: Parsons Engineering Science, Inc., 2000.
                 FIGURA 1 SISTEMA TIPICO DE LODOS ACTIVADOS
                            CON ZANJAS DE OXIDACION

-------
Los tratamientos primaries tales como rejillas y
desarenadores  normalmente  preceden  a  las
zanjas de oxidation.  Algunas veces se incluye
sedimentation primaria antes de las zanjas, pero
este no es el disefio tipico.  Se pueden necesitar
filtros terciarios despues de la sedimentation
dependiendo  de los  requisites  de  descarga  del
efluente.  La desinfeccion es requerida y puede
necesitarse reaireacion   antes  de  la descarga
final.   El agua que fluye por las zanjas  de
oxidation  es  aireada y mezclada con lodo
recirculado del  sedimentador secundario.   La
Figura 1  presenta un diagrama tipico de flujo de
proceso  para una  planta que utiliza zanjas de
oxidation.

Aireadores de superficie  tales como  los  de
rotores  de cepillo, de disco, de  chorro o  de
difusor  de  burbuja fma  son  usados para
recircular el  licor mezclado para acelerar el
crecimiento microbiano; al  mismo tiempo la
velocidad resultante  asegura  el contacto de  los
microorganismos  con  el   afluente  de  agua
residual. La aireacion aumenta drasticamente el
nivel  de oxigeno disuelto  (O.D.), pero este
disminuye debido  a  que la  biomasa consume
oxigeno  a medida que  el  licor mezclado se
desplaza por la zanja. Los solidos se mantienen
en suspension a medida  que el licor mezclado
circula alrededor de la zanja.  Si los valores de
disefio   de   SRT   se   seleccionan  para   la
nitrification,  esta se logra en un alto grado.  El
efluente de las zanjas de oxidation normalmente
se  clarifica  en  un  sedimentador  secundario
separado.    Un  tanque anaerobico  puede  ser
afiadido  antes  de  la zanja  para  mejorar  la
remocion biologica del fosforo.

Una zanja  de oxidation  tambien  puede  ser
operada  para  lograr  desnitrificacion  partial.
Una de  las  modificaciones  de  disefio  mas
comunes para mejorar la remocion de nitrogeno
se  conoce  como el  proceso modificado de
Ludzack-Ettinger (MLE).   En  este  proceso,
segun  se  ilustra en  la Figura 2,  un tanque
anoxico se  afiade aguas arriba de la zanja en
conjunto con licor mezclado de recirculacion
procedente  de  la zona aerobica para  obtener
altos niveles de desnitrificacion.  En el tanque
aerobico,     las     bacterias    autotroficas
(nitrificadoras)    convierten   el    nitrogeno
amoniacal a nitrogeno  en  forma de nitritos y
luego  a  nitratos.   En la  zona  anoxica,  las
bacterias heterotroficas convierten el nitrogeno
en forma de nitratos a nitrogeno gaseoso, que es
liberado  a  la  atmosfera.    Parte   del  licor
mezclado del tanque aerobico es recirculado a la
zona anoxica para suministrar un licor mezclado
con un alto contenido de nitratos.

Varios     fabricantes    han    desarrollado
modificaciones  al  disefio  de las  zanjas de
oxidation para la remocion  de  nutrientes en
condiciones de reciclado  o en fases entre los
estados anoxico y aerobico. Mientras que los
                                        LICOR MEZCLADO RECIRCULADO
                  LODO PRIMARIO
                                                                   LODOS ACTIVADOS
                                                                     DE PURGA

-------
Fuente: Parsons Engineering Science, Inc., 1999
               FIGURA 2 PROCESO MODIFICADO DE LUDZACK-ETTINGER
                                                  consistente cuando las zanjas se disefian  y se
mecanismos  de  operation  difieren  de  un
fabricante a otro, en general el proceso consiste
de  dos  tanques  separados  de  aireacion,  el
primero anoxico y el segundo aerobico.  Agua
residual  y  lodo  activado  recirculado  son
introducidos al primer reactor, el cual opera en
condiciones anoxicas.  El licor mezclado fluye
luego  al  segundo  tanque  que   opera  en
condiciones  aerobicas.     Los  procesos  se
invierten posteriormente y  el segundo reactor
comienza a operar en condiciones anoxicas.
APLICABILIDAD
El proceso de las  zanjas de oxidation es una
tecnologia  de eficiencia demostrada para el
tratamiento secundario de aguas residuales que
es aplicable a cualquier situation en donde sea
apropiado  el  sistema  de   lodos   activados
(conventional o  de aireacion extendida).  Las
zanjas de oxidation pueden utilizarse en plantas
que requieren nitrification porque los tanques
pueden ser dimensionados usando un tiempo de
retention  de solidos  apropiado para  que se
produzca nitrification a la temperatura minima
del licor mezclado.  Esta tecnologia es muy
efectiva     en     instalaciones    pequefias,
comunidades pequefias  e instituciones aisladas
porque requieren un area de terreno mayor que
las plantas de tratamiento convencionales.

El proceso de oxidation se origino en Holanda
con la instalacion  de la primera planta a gran
escala en  Voorschoten  en 1954. Actualmente
hay mas de 9,200  instalaciones  municipales de
zanjas  de  oxidation en los Estados  Unidos
(WEF, 1998). La nitrification  requerida para
obtener concentraciones de nitrogeno amoniacal
menores   a  1   mg/L  se  logran  en  forma
operan para la remocion de nitrogeno.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
                                                  Ventajas
La principal ventaja de las zanjas de oxidation
es su  capacidad  de  lograr los objetivos  de
remocion de contaminantes con requerimientos
operacionales reducidos y  a bajos costos  de
operation  y mantenimiento.   Algunas de  las
ventajas especificas de las zanjas de oxidation
incluyen:
•  Un  nivel  mayor  de   confiabilidad   y
   desempefio con  relation  a  otros procesos
   biologicos debido a que el nivel constante de
   agua y la descarga continua reducen la tasa
   de  rebose  del  vertedero  y  eliminan  la
   sobrecarga periodica de  efluente que son
   comunes en otros procesos biologicos tales
   como los reactores secuenciales en tandas
   (SBR).

•  El tiempo extendido de retention hidraulica
   y la mezcla completa minimizan el impacto
   de  cargas contaminantes  extremadamente
   altas o de sobrecargas hidraulicas.

•  Produce  menos  lodos  que otros sistemas
   biologicos debido a la  extensa  actividad

-------
   biologica  durante  el  proceso  de  lodos
   activados.

   La eficiencia de operation en cuanto al uso
   de energia da como resultado la reduction
   de consumo de electricidad en relation con
   otros procesos biologicos de tratamiento.
Desventajas
•  Las concentraciones de solidos suspendidos
   en  el  efluente son  relativamente altas  en
   comparacion con  otras modificaciones del
   proceso de lodos activados.

•  Requiere  una  superficie de  terreno  mas
   grande  que otras  opciones  de tratamiento
   con lodos  activados.   Esto  puede ser  muy
   costoso, restringiendo la factibilidad de uso
   de las zanjas de oxidation en areas urbanas,
   suburbanas y otras areas en donde el costo
   de   la   adquisicion    de    terrenos    es
   relativamente alto.
CRITERIOS DE DISENO
El agua residual  tamizada entra  a la zanja,
recibe  aireacion  y  circula a  una  velocidad
aproximada de 0.25 a 0.35 m/s (0.8 a 1.2 pies/s)
para  mantener  los  solidos   en   suspension
(Metcalf & Eddy,  1991).  La tasa de reciclaje
del lodo activado de recirculacion  es del 75 al
150 por ciento, y la concentration de los solidos
en suspension en el licor mezclado va de 1,500 a
5,000 mg/L (0.01 a 0.04 libras/galon) (Metcalf
& Eddy, 1991).  La eficiencia de transferencia
de oxigeno en las zanjas de oxidation es de 2.5
a 3.5 libras por HP-hora (Baker Process, 1999).

Los criterios  de disefio son afectados  por los
parametros del  agua residual  afluente y las
caracteristicas    requeridas    del    efluente,
incluyendo la decision  o el  requerimiento  de
lograr    nitrification,    desnitrificacion    y/o
remocion biologica del fosforo.  Los parametros
especificos de disefio para zanjas de oxidation
incluyen:

Tiempo   de   retention  de  solidos   (solids
retention time, SRT): El volumen de las zanjas
de oxidation es seleccionado con  base  en el
SRT requerido para lograr la calidad deseada de
efluente.   El  SRT  se  selecciona como una
funcion de los requerimientos de nitrification y
la temperatura minima del licor mezclado.  Los
valores  de disefio del SRT varian  de 4 a  48 o
mas dias.  El rango tipico de valores del  SRT
requerido para nitrification es de 12 a 24 dias.
Construction
Las   zanjas   de  oxidation   se   construyen
normalmente  de concrete reforzado,  aunque
tambien  se  ha  usado  gunita,  asfalto, caucho
butilico y  arcilla.   Normalmente  se  utilizan
materiales   impermeables  para  prevenir  la
erosion.

Parametros de disefio
Tasa de carga de DBO: Las tasas de carga de
DBO varian de  menos  de 0.16  kg/m3  (10
Ib./lOOO ft3) por dia a  mas de 0.8 kg/m3  (50
Ib./lOOO ft3) por dia. Una tasa de carga de DBO
de 0.24 kg/m3 por dia (15 Ib./lOOO ft3) se utiliza
normalmente como el  valor de  disefio.   Sin
embargo, la tasa de carga de DBO tipicamente
no es utilizada para determinar si se produce o
no la nitrification.

-------
Tiempo  hidraulico  de retention  (hydraulic
retention  time,  HRT):   Mientras  que  este
parametro se utiliza raras veces para disefio de
zanjas de oxidation, el HRT dentro de las zanjas
tiene un rango de 6 a 30 horas en la mayoria de
las  plantas de tratamiento de aguas residuales
domesticas.
DESEMPENO
Dado que se trata de procesos de tratamiento
secundario   de  efectividad   demostrada,  los
procesos de  las  zanjas  de  oxidation  son
facilmente  adaptables para  la  nitrification  y
desnitrificacion.    Como  parte  del   estudio
"Evaluation  de  zanjas  de  oxidation  para
remocion  de  nutrientes"   (EPA,   1991),  se
recolectaron datos de 17 plantas con zanjas de
oxidation.   El caudal promedio de disefio de
esas plantas se encontraba entre 378 y 45,425
m3/d (0.1 a  12 mgd).  El desempefio promedio
de esas  plantas, resumido en la Tabla 1, sefiala
que las zanjas de oxidation logran una remocion
mayor al 90 por ciento del  DBO, los solidos
suspendidos y el nitrogeno amoniacal.  De la
misma manera, Rittmann and Langeland (1985)
reportaron una remocion de nitrogeno mayor al
90 por ciento para los procesos de  las zanjas de
oxidation.

La  siguiente section discute el desempefio de
dos  instalaciones  de   zanjas  de  oxidation
recientemente disefiadas.
 TABLA 1  DESEMPENO DE LA PLANTA
      DE CASA GRANDE, ARIZONA





DBO
SST
Promedio
mensual
del
afluente
(mg/L)
226
207
Promedio
mensual
del
efluente
(mg/L)
8.86
5.23
Porcentaje de
remocion (%)



96
97
                                                   N total
            34.5
1.99
94
Fuente: City of Casa Grande, AZ, 1999
Casa Grande Water Reclamation Facility
La planta de tratamiento para recuperation de
agua de la ciudad de  Casa Grande en Arizona
inicio operaciones en  el afio 1996.  El  sistema
fue disefiado para tratamiento de 15,142 mVd
(4.0 mgd),  con el  uso de una  zona anoxica
previa a  la  zona aerobica de  cada tren  de
tratamiento con el fin de lograr desnitrificacion.
Con parametros de disefio del afluente de 270
mg/L de DBO (0.002 libras/galon), 300 mg/L de
SST  (0.003  libras/galon)  y  45  mg/L  de
nitrogeno total  Kjeldhal (3.8xlO"4 libras/galon),
la  planta  ha   logrado   cumplir  en   forma
consistente  con  objetivos  de  descarga del
efluente   de  10  mg/L  de  DBO  (8.34xlO"5
libras/galon),   15  mg/L  de  SST  (1.2xlQ-4
libras/galon), y  1.0 mg/L de nitrogeno en forma
de amoniaco (8.34xlO"6 libras/galon) y 5.0 mg/L
en forma de nitratos (4.2xlO"5 libras/galon). La
Tabla 1 resume el desempefio de la planta entre
Julio de 1997 y julio de 1999.

-------
 TABLA 2 DESEMPENO DE LA PLANTA
  DE EDGARTOWN, MASSACHUSSETS
Residues generados

DBO
SST
N total
Promedio
mensual del
afluente
(mg/L)
238
202
27.1
Promedio
mensual
del
efluente
(mg/L)
3.14
5.14
2.33
Porcentaje de
remocion (%)
99
97
90
Fuente: Town of Edgartown, 1999
Se generan lodos primarios  si la planta tiene
sedimentadores primarios antes de las zanjas de
oxidation.  La production   de  lodos  en las
zanjas por los procesos de oxidation va de 0.2 a
0.85  kg de SST por cada kg de DBO aplicado
(0.2 a 0.85 libras por libra aplicada) (Sherwood
Logan  and Associates,  1999).  La generation
tipica de lodos es de 0.65 kg de SST por kg de
DBO aplicado (0.65 libras por libra aplicada).
Estos  valores  son  menores   que  los  de
instalaciones convencionales de lodos activados
debido al tiempo extendido de retention de los
solidos.
Planta de tratamiento de aguas residuales de
Edgartown, Massachussets
Parametros operatives
La  planta  de tratamiento  de  la  ciudad de
Edgartown,  ubicada  en la isla de Martha's
Vineyard en Massachusetts, esta disefiada para
tratamiento  de 757 mVd  (0.20 mgd) en los
meses de invierno y 2,839 mVd (0.75 mgd) en
los  de verano.   Con dos tanques Carrousel®
denitIR instalados, la  planta  ha logrado  sus
objetivos de desempefio desde el inicio  de su
operation.   La  Tabla  2 resume  los  valores
promedio en el afluente y efluente.
El coeficiente de transferencia de oxigeno para
la remocion de DBO varia con la temperatura y
el SRT. Los requerimientos tipicos de oxigeno
van de  1.1 a  1.5 kg  de O2 por kg  de  DBO
removido (1.1 a 1.5 libras por libra removida), y
4.57 kg de O2por kg de nitrogeno total Kjeldhal
oxidado (4.57  libras por libra oxidada) (EPA,
1991; Baker Process,  1999).  La eficiencia de
transferencia de oxigeno es de 2.5 a 3.5  libras
por HP-hora (Baker Process, 1999).
OPERACION Y MANTENIMIENTO

Las   zanjas   de  oxidation  requieren   un
mantenimiento   relativamente   reducido   en
comparacion con otros procesos de tratamiento
secundario. La mayoria de las aplicaciones no
requieren compuestos quimicos, pero se pueden
afiadir sales metalicas para mejorar la remocion
del fosforo.
                                                 COSTOS
El volumen de los tanques y el area construida
de las plantas  con zanjas de oxidation son
tradicionalmente mucho mayores  que los de
otros  procesos  convencionales de tratamiento
secundario.  La extensa area construida tiene
como resultado  mayores costos de inversion de
capital,  especialmente  en  areas  urbanas en

-------
donde el  terreno  disponible es muy  costoso.
Los reactores  verticales, en los  cuales el flujo
avanza por el reactor hacia el fondo del tanque,
son generalmente mas costos que los reactores
horizontales tradicionales. Sin embargo, debido
a que estos requieren  un menor terreno que los
reactores horizontales mas tradicionales,  el uso
de  reactores  verticales puede  producir  una
reduction  significativa  del  costo  total  de
inversion en donde el precio del terreno sea alto.

Los   costos  de  las  plantas  con  zanjas  de
oxidacion varian de acuerdo con la capacidad de
tratamiento, las  consideraciones de disefio por
los limites  del  efluente,  y   otros  factores
especificos del sitio.  Los costos de  inversion
para  construccion  de 10  plantas  que fueron
evaluadas por la EPA en 1991 tuvieron un rango
de costos de $0.52 a $3.17 por litro-dia de agua
tratada ($1.96 a $12.00 por gpd). Estos  costos
fueron actualizados usando un indice de costo
de construccion  de ENR (Engineering News
Records) de 5916.

Information  mas  reciente  obtenida  de  los
fabricantes para instalaciones con capacidad de
tratamiento entre 3,785 a 25,740  m3/d (1.0 a 6.8
mgd)  sefiala que los costos van de $0.66 a $1.10
por litro-dia ($2.50 a  $4.00  por  gpd).   Por
ejemplo, la  planta de recuperacion  de agua de
Blue  Heron (Blue  Heron Water Reclamation
Facility) en Titusville, Florida --una instalacion
con zanjas de  oxidacion y manejo de lodos con
una capacidad de 15,142 nrVd  (4.0 mgd) que
inicio operaciones en 1996— fue construida a un
costo  de  $0.80  por litro-dia ($3.00  por gpd)
(Kruger, 1996).  La instalacion incluye procesos
de fases multiples para la remocion biologica de
nutrientes   y    un  sistema  sofisticado   de
adquisicion  de datos  y supervision de control
(Supervisory  Control and Data  Acquisition
System, SCADA).

Las  zanjas de  oxidacion  tienen  costos  de
operation y mantenimiento significativamente
menores  que  otros  procesos  de  tratamiento
secundario.  Con relation a otras tecnologias de
tratamiento  las  necesidades  de  energia  son
bajas, el control por parte de los operadores es
minimo, y normalmente adicion de compuestos
quimicos no es  requerida.   Por  ejemplo, la
planta de recuperacion de agua residual de Tar
River  (Tar  River  Wastewater  Reclamation
Facility)  de  Louisburg  en  North  Carolina
reporto  un ahorro de energia del 40  por ciento
en comparacion con plantas convene!onales de
lodos activados (Ellington,  1999).  El uso de las
zanjas tambien elimino costos de compuestos
quimicos y  permitio que el personal estuviera
disponible   para  otras tareas  en  la   planta
(Ellington, 1999).
REFERENCIAS
Otros Folletos Informativos relacionados:

Otros Folletos Informativos de la U.S. EPA se
pueden obtener en el siguiente sitio de Internet:
http ://www. epa. gov/owmitnet/mtb fact, htm

1.     Baker    Process,    1999.    Personal
       communication with Betty-Ann  Custis,
       Senior Process Engineer, Memorandum
       to Parsons Engineering  Science, Inc.
       City of Casa Grande,  Arizona,  1999.
       Facsimile  from Jerry Anglin to Parsons
       Engineering Science, Inc.
       Ettlilch,  William F., March  1978. A
       Comparison of Oxidation Ditch Plants
       to Competing Processes for Secondary
       and Advanced Treatment of Municipal
       Wastes.

-------
      Ellington,    Jimmy,     1999.    Plant
      Superintendent,   Tar    River   Water
      Reclamation     Facility.     Personal
      conversation with Parsons Engineering
      Science, Inc.

      Kruger,   Inc.   1996.   A2O   &ATAD
      Processes provide Effective Wastewater,
      Biosoilds  Treatment for  Titusville, Fla.
      Fluentlines, 1 (2).
      Metcalf  and    Eddy,   Inc.,   1991.
      Wastewater  Engineering:  Treatment,
      Disposal, Reuse.  3rd edition. New York:
      McGrawHill.
       Ohio,  EPA-600/2-78-051.  Prepared  by
       HydroQual,  Inc.  Preliminary  Draft
       Evaluation  of Oxidation  Ditches for
       Nutrient Removal.
11.    Water  Environment Federation,  1998.
       Design   of   Municipal   Wastewater
       Treatment Plants, 4th edition, Manual of
       Practice   No.  8:   Vol   2,  Water
       Environment   Federation:  Alexandria,
       Virginia.
INFORMACION ADICIONAL
       Sherwood  Logan and  Associates,  Inc.,
       1999.    Personal communication  with
       Robert      Fairweather.     Faxsimile
       transmitted  to   Parsons  Engineering
       Science, Inc.
       Town  of Edgartown,  Massachusetts,
       1999.  Facsimile from Mike Eldridge to
       Parsons Engineering Science, Inc
9.     U.S. Environmental Protection Agency,
      February    1980.   Innovative   and
      Alternative    Technology   Assessment
      Manual.  Office  of  Water  Program
      Operations,   Washington,   D.C.  and
      Office  of Research  and Development,
      Cincinnati, Ohio.
10.    U.S. Environmental Protection Agency,
      Municipal    Environmental    Research
      Laboratory, September  1991. Office of
      Research and Development, Cincinnati,
City of Findlay, Ohio
Jim Paul, Supervisor - Water Pollution Control
1201 South River Road
Findlay, OH 45840

Edgartown Wastewater Department
Michael El dredge, Chief Operator
P.O. Box 1068
Edgartown, MA 02539

Casa Grande WWTP
Jerry Anglin, Chief Operator
1194 West Koartsen
Casa Grande, AZ 85222

Tar River Wastewater Reclamation Facility
Jimmy Ellington, Superintendent
HOW. Nash St.
Louisburg, NC 27549

National Small Flows Clearing House
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