# Laguna anaerobia

La laguna anaeróbica o laguna anaerobia es un biorreactor que combina la sedimentación de sólidos y su acumulación en el fondo, con la flotación de materiales del agua residual en la superficie y con biomasa activa suspendida en el agua residual o adherida a los lodos sedimentados y a la nata flotante.
Una laguna anaerobia puede considerarse un proceso anaerobio a tasa baja en el cual la materia orgánica es estabilizada mediante su transformación en dióxido de carbono (CO$_2$) y metano (CH$_4$) principalmente. Generalmente las lagunas anaerobias son abiertas a la atmósfera, pero pueden también estar cubiertas para recoger el metano producido o para controlar la emisión de olores. Aunque existe una transferencia atmosférica de oxígeno en la capa superior de una laguna anaerobia abierta la laguna recibe cargas orgánicas altas que hacen que su contenido sea anaerobio y que no exista crecimiento de algas que produzcan oxígeno. Los gases producidos en la descomposición anaerobia tienen una acción mínima de mezcla: La laguna anaerobia permite, por lo tanto, obtener la sedimentación de los sólidos sedimentable del afluente y la acumulación de material flotante. Tanto el lodo asentado como el material flotante proveen área superficial para el crecimiento microbial, con el incremento obvio de la edad de lodos sobre el tiempo de retención hidráulica.

## Principios de funcionamiento

La descomposición bacterial de la materia orgánica en una laguna anaerobia se puede representar por la reacción clásica de Chongrak Polprasert:
    {Materia orgánica} + {Bacterias anaerobias} -> CH$_4$ + CO$_2$ + H$_2$ + NH$_3$ + SH$_2$
En la laguna anaerobia, como en los digestores anaerobios de lodos, probablemente dominan las bacterias anaerobias estrictas y facultativas como las Bacteroides, Bafidobacterium, Clostridium, Lactobacillus, Streptococus. La actividad sinergética de los diferentes grupos de bacterias involucradas en la digestión anaerobia de la materia orgánica se puede representar en la figura 1.
La hidrólisis de las moléculas orgánicas complejas es un proceso lento realizado mediante enzimas extracelulares y puede ser un factor limitante del proceso de estabilización, las bacterias fermentativas acidogénicas son las responsables de producir ácidos orgánicos (acético, propiónico, butírico, fórmico, láctico), alcoholes y cetonas. Las bacterias acetogénicas como la sytrobacter wolinii y la sytrophomonas wolfei producen acetato, H$_2$, y CO$_2$, que sirven como sustrato para las bacterias metanogénicas.
Las bacterias acetogénicas requieren un presión parcial de hidrógeno baja para que haya una buena producción de acetato y de metano. Si la presión parcial de H$_2$ es alta, la conversión a acetato es baja y la descomposición se inclina hacia la formación de ácido propiónico, ácido butírico y etanol, reduciendo la producción de metano. La conversión de etanol, ácido propiónico y ;ácido butírico por las bacterias acetogénicas se representa en las siguientes reacciones:
       CH$_3$CH$_2$OH (etanol) + O$_2$ -> CH$_3$COOH (ácido acético) + H$_2$O
       CH$_3$CH$_2$COOH (ácido propiónico) +2H$_2$O -> CH$_3$COOH (ácido acético) + CO$_2$ + 3H$_2$
       CH$_3$CH$_2$ CH$_2$COOH (ácido butírico) + 2H$_2$O -> 2CH$_3$COOH (ácido acético)+2H$_2$
Las bacterias acetogénicas crecen mucho más rápido que las metanogénicas, aproximadamente 25 veces más rápido. Las metanogénicas se desarrollan lentamente en aguas residuales, su tiempo de generación esoscila entre 3 días a 35.oC y hasta 50 días a 10.oC. Las metanógenas hidrogenotrópicas convierten hidrógeno y CO$_2$ en metano, ayudando a mantener una presión parcial de H$_2$ baja: las metanógenas acetotróficas o acetoclásticas convierten acetato en metano y dióxido de carbono
       CH$_3$COOH (ácido acético) -> CH$_4$ (metano) + CO$_2$ (dióxido de carbono)
La producción anaerobia de H$_2$S puede promover el crecimiento de las bacterias púrpuras del azufre (Chromatium, Thiocapsa, Thiopedia) e introducir color rojo o rosado en el agua.

## Ventajas y desventajas del sistema

| Ventajas | Desventajas |
| Tasa baja de síntesis celular y por consiguiente poca producción de lodos. | Para obtener grados altos de tratamiento requiere temperaturas altas. |
| El lodo producido es razonablemente estable y puede secarse y disponerse por métodos convencionales. | El medio es corrosivo |
| No requiere oxígeno, por lo tanto usa poca energía eléctrica y es especialmente adaptable a aguas residuales de alta concentración orgánica. | Tiene riesgos de salud por H2S. |
| Produce metano el cual puede ser útil como energético. El metano tienen un valor calórico de aproximadamente 36,500 kJ/m$^3$ | Exige un intervalo de operación de pH bastante restringido |
| Tiene requerimientos nutricionales bajos | Requiere concentraciones altas de alcalinidad |
| - | Es sensible a la contaminación con oxígeno. |
| - | Puede presentar olores desagradables por H2S, ácidos grados y amidas, |

## Operación y mantenimiento de las lagunas anaerobias

Las lagunas tienen requerimientos operacionales y de mantenimiento mínimos que, sin embargo, deben revisarse y cumplirse periódicamente, por el operador, con el objetivo de eliminar los problemas que frecuentemente se presentan en este tipo de plantas.

## Bibliografía

* Romero Rojas, Jairo A. Lagunas de estabilización de aguas residuales. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. 1994 ISBN 958 8060 50 8