2.1.24
PROPUESTA DE TRATAMIENTO
En todos los países del mundo se tratan de encontrar soluciones a los cada vez más extensos y complejos problemas originados por la falta, el incorrecto o el insuficiente tratamiento de las aguas residuales. Esta búsqueda origina el uso de cultivos orgánicos en suspensión para eliminar la materia orgánica carbonosa, cultivos que deben ser evaluados para garantizar, que ciertamente son procesos simples que alcanzan niveles de clarificación en las aguas residuales tratadas, controlando solamente el flujo de agua residual, el oxígeno y la densidad bacteriana (lodo activado). En la actualidad, Guatemala presenta muchos inconvenientes con respecto a la sanidad del agua. Los cuerpos de aguas cada vez llegan más contaminados a su destino debido al crecimiento exponencial de la población. Con el fin de ayudar al medio ambiente, para el proyecto
LOTIFICACION EL PARAISO,
ubicado en el municipio de La ESCUINTLA, departamento de Escuintla, se propone la construcción de una planta de tratamiento para sus aguas residuales. En nuestro país, las aguas negras procedentes de los sistemas de alcantarillado, en la mayoría de los casos se descargan en corrientes naturales. A pesar de que las aguas negras están constituidas, aproximadamente, por 99% de agua y 1% de sólidos, su vertido en una corriente, cambia las características del agua que las recibe. Existen tres pilares en donde se sustenta la auto purificación de las aguas residuales que se desfogan dentro de una comunidad, este grado de tratamiento dependerá de un lugar a otro, pero el proceso depende de los siguientes factores: a. Las características y la cantidad de sólidos acarreados por las aguas negras. b. Los objetivos que se propongan en el tratamiento. c. La capacidad o aptitud del terreno cuando se dispongan las aguas para irrigación o superficialmente, o la capacidad del agua
receptora, para verificar la auto purificación o dilución necesaria de los sólidos de las aguas negras, sin excederse a los objetivos propuestos. La planta de tratamiento de aguas residuales cubre los tres pilares de la sostenibilidad. Con el tratamiento de las aguas residuales, se reduciría el riesgo de las personas cercanas al río, zanjón, manto acuífero, etc., donde se vierten las aguas residuales, de contraer enfermedades; se busca cuidar el medio ambiente ya que no se seguirán descargando las aguas contaminadas a esos factores mencionados y en un futuro se podrán rescatar si en la actualidad se descargan allí. Para un tratamiento adecuado previo a la disposición de las aguas negras, hay que tener en cuenta factores como: espacio disponible para las instalaciones, topografía del terreno, costo de la construcción y mantenimiento requerido, para seleccionar las unidades adecuadas a la población. Para el proyecto en estudio se recomienda la construcción de una planta de tratamiento con grado primario, con los dispositivos de sedimentación y filtración adecuados hasta el desfogue final del proceso. Dentro del tratamiento propuesto se encuentran los siguientes dispositivos: 1) Cajas distribuidoras y unificadoras de caudal 2) Fosa séptica 3) Pozo de absorción 1) Caja distribuidora de caudal (CDQ-1) y caja unificadora y distribuidora de caudal (CDQ-2): Las cajas receptoras y distribuidoras de caudal, serán las encargadas de compartir el caudal circulante entre la fosa séptica y el pozo de absorción, al mismo tiempo funcionan como mecanismos de separación de sólidos dentro del proceso y asentamiento primario. Este implemento de la fosa séptica tiene por objeto distribuir el agua servida procedente del tanque séptico proporcionalmente a cada uno de los ramales del campo de oxidación, para lo cual se colocaran todas las tuberías de salida a la misma altura.
2) Fosa séptica: La fosa séptica es una unidad de de tratamiento primario de las aguas negras domésticas; en ella se realiza la separación y transformación físico-química de la materia sólida contenida en esas aguas. Se trata de una forma sencilla y barata de tratar las aguas negras y está indicada (preferentemente) para zonas rurales o residencias situadas en parajes aislados, además de un sistema de filtrado biológico del afluente. Las aguas negras in natura, deben ser depositadas en un tanque o en una fosa para que con el menor flujo del agua, la parte sólida se pueda depositar, liberando la parte líquida. Una vez hecho eso, determinadas bacterias anaerobias
actúan
sobre
la
parte
sólida
de
las
aguas
negras
descomponiéndolas. Esta descomposición es importante, pues deja las aguas negras residuales con menos cantidad de materia orgánica, ya que la fosa elimina cerca del 40% de la demanda biológica de oxígeno, y así la misma puede devolverse a la naturaleza con menor perjuicio para ella. La fosa séptica quita los sólidos sedimentarios y flotantes del agua negra y el sistema de absorción filtra y trata el efluente clarificado de la fosa séptica. El quitar los sólidos del agua residual protege el sistema de filtración terriza contra obstrucción y falla prematura. A la misma vez que quita materia sólida, la fosa séptica también permite digestión de una porción de la materia sólida y almacena la porción no digerida. La fosa séptica quita la materia sólida por DECANTACION, al detener agua residual en el tanque, que permite que se hundan los sedimentos y que flote la capa de impurezas. Para que esta separación ocurra, agua residual debe detenerse en el tanque por un mínimo de 12 horas. Hasta el 50 por ciento de los sólidos retenidos en el tanque se descomponen. La materia sólida restante se acumula en el tanque. No se necesitan aditivos biológicos ni químicos para ayudar o acelerar la descomposición. El cieno continúa acumulándose en el fondo de la fosa séptica mientras se usa el sistema séptico, sin ningún tipo de intervención. Los pozos diseñados debidamente cuentan con espacio seguro para la acumulación de al menos,
tres años de cieno. Cuando el nivel del cieno sobrepasa este punto, las aguas negras tienen menos tiempo para separar la materia sólida del agua antes de salir del tanque, por lo que el proceso deja de realizarse con eficacia. Mientras sube el nivel del cieno, más materia sólida entra en el área de filtración. Si el cieno se acumula durante demasiado tiempo, no ocurre ninguna separación de materia sólida del agua y aguas negras entran directamente en el área de filtración. Para prevenir esto, el tanque tiene que ser vaciado de cieno, normalmente con una bomba de un vehículo especial para el vaciado de Fosas Sépticas. 3) Pozo de absorción: Consiste en excavaciones de más o menos un diámetro y profundidad variable En estos el agua se infiltra por paredes y piso que deberán ser tomados permeables, se recomienda llenar de grava a la altura aproximada de 1m para lograr una buena distribución de agua al fondo. El campo de absorción permite el tratamiento final y la distribución de las aguas negras. Un sistema convencional consiste en tuberías perforadas rodeadas de materiales, tales como grava y pedazos de llanta cubiertos de tela geotextil y suelo arcilloso. Para Tratar las aguas negras, este sistema depende mucho del suelo donde los microorganismos ayudan a eliminar la materia orgánica, los sólidos y los nutrientes que permanecen en el agua. Mientras que el efluente fluye continuamente hacia el suelo, los microbios que digieren los componentes de las aguas negras Forman una capa biológica. La capa reduce el movimiento del agua por el suelo y ayuda a evitar que el área debajo de la capa se sature. El agua debe correr por el suelo que no esté saturado para que los microbios que se encuentran allí y en la capa puedan ingerir los desperdicios y los nutrientes del efluente. El césped que cubre el sistema de campo de absorción también usa los nutrientes y el agua para crecer. DISEÑO DE LOS DISPOSITIVOS: 1) Caja distribuidora de caudal (CDQ-1) y caja unificadora y distribuidora de caudal (CDQ-2):
Se recomienda localizar la tubería de entrada a 5 cm del fondo de la caja y las tuberías de salida 1cm del mismo fondo. La forma que se adopte para la caja dependerá del terreno que se obtenga para la oxidación y del número de salidas que se implanten. En lo posible el ancho de la caja no exhereda de 45 cm y la distancia mínima de los ejes de la tuberías de salida será 25 cm. Todas las cajas deberán estar provistas de una tapadera apropiada para realizar limpieza Los materiales para su construcción podrán ser: piedra, ladrillo o concreto.
2) Fosa séptica: Para el diseño de la fosa séptica debe tomarse en cuenta los siguientes parámetros: El período de retención es como mínimo de 24 horas Relación largo-ancho de la fosa L/A; de 2/1 a 4/1 Lodos acumulados por habitante y por período de limpieza, es de 30 a 60 l/h/año
Nomenclatura y fórmulas
T = V/Q
V=QT
y,
Q = q*N
Donde T = Período de retención
V = Volumen en litros
Q = Caudal L/día
N = Número de personas servidas
Q = Gasto de aguas negras l/h/d
q = Caudal domiciliar
Cálculo de volumen Para el cálculo del volumen se asume una altura (H), que es la altura útil, es decir, el fondo de la fosa al nivel de agua se toma una relación L/A dentro de los límites recomendados, queda el volumen como: V = ALH Donde: A = Ancho de fosa
L = Largo de la fosa
H = Altura útil.
Se conoce la relación L/A se sustituye una de las dos en la fórmula de V y se determina el valor de la otra magnitud. Por ejemplo. Si L/A es igual a 2, entonces L = 2A, al sustituir L en la fórmula se tiene: V = 2*A^2*H de donde se obtiene el valor del ancho de la fosa Cálculo de la fosa séptica para el proyecto: Período de retención
24 horas
Gasto
250 l/h/día
Factor de retorno
0.75
Numero de lotes
201
Habitantes /lote
6
Número de habitante
1206 habitantes
Lodos
40 l/h/año
Relación largo / ancho
2/1
Período de limpieza
3 años
Volumen para el líquido
Cálculo del caudal
Q=qxN q = (N x Dot / 86400) x Factor retorno = (1206 h x 250 l/h/d/ 86400 s/h/d) x 0.75 = 2.617 l/h/d Q = 2.617 x 1206 = 3156.3287 l/d Q = 3.156 m3/día
Volumen de trabajo de la fosa:
V = QT = 3156.3287 l/día x 24 horas x 1día/24 horas V = 3156.3287 l V = 3.156 m3 Volumen de lodos V = N x gasto de lodos V = 1206 h x 40 l/h/año V = 48240 l V = 48.24 m3 V = 48.24 x 3 años (período de limpieza) V = 144.72 m3; para período de limpieza de 3 años Volumen total: 3.156 m3 + 144.72 m3 = 147.876 m3 Que seria el volumen total de la fosa para trabajar durante los 3 años estimados antes del servicio de limpieza.
Calculo para el volumen a tratar a diario en el proyecto: V = ALH Como L/A = 2 entonces L = 2A al sustituir L en la ecuación de V V = 2*A^2*H Se asume H = 2.00 A^2 = V/2H A^2 = 147.876 / 2(2.00) = 36.97 m2 A
= 6.08 m
Como L = 2A =2(6.08) = 12.16 m Entonces: A = 6.10 m L = 12.15 m H = 2.00 m Volumen= (6.10 x 12.15 x 2.00) = 148.23 m3 Que nos da el volumen bastante similar al calculado con el volumen de trabajo de la fosa y el volumen de lodos (147.876 m3). 3) Pozo de absorción: Datos de entrada: 1. No. De Lotes = 201 unidades 2. Dotación = 250 l/h/día 3. Personas//lote = 6 4. Coeficiente de Agua Negra = 0.80 5. n concreto = 0.013 6. 0.30< Vel. tubo< 5.0 m/s
Cálculo del Caudal Total máximo al Pozo:
Qmedio= Qme = (DAP * P) / 86400 = 250 l/h/día * 6 h/casa * 201 casas * 0.80 = 241,200 l/día * 1 día/ 86400 seg. = 2.79 l/s. Qmínimo = Qmi = 0.5 Qme = 0.5 * 2.79 = 1.39 l/s. QMaxinstantáneo = QMaxins = M * Qme = 1.25 * 1.39 = 1.7375 l/s QMaxextraordinario = Qmex = QMaxins * CS = 1.7375 *1.15 = 1.998 l/s. CS = Coeficiente de seguridad.
Como la dotación es baja, se asumió que en hora pico, todas las casas estarían generando agua gris, por lo que se denota que la tubería de desfogue al pozo es mas que suficiente (TUBERÍA DE 4¨ PVC). Esto viene dado por: a) para la velocidad mínima de 0.30 m/s: Q = A.V = π/4 d2 * V = 1.998 l/s = 0.7854 d2 * V 1.998 l/s/1000 l/m3 = 0.001998 m3/s / 0.30 m/s =0.00666 m 2 0.00666 = 0.7854 d2 donde d = √ (0.000666 / 0.7854) = 0.0848 m que equivale a 3.34 “(4 pulgadas) b) para la velocidad máxima de 5 m/s: Q = A.V = π/4 d2 * V = 1.998 l/s = 0.7854 d2 * V… 0.001998/ 5.0 = 0.000399 m2 0.000399 = 0.7854 d2 donde d = √ (0.00032 / 0.7854) = 0.0226 m que equivale a 0.89 “(casi 7/8 de pulgada) Esto indica que dado los bajos valores del caudal, los rangos estarían bien. Para comprobar lo anterior, la situación se podría plantear de la siguiente manera: Calcular el diámetro de tubería para conducir un flujo de 1.998 l/s, con la pendiente del terreno del 5%, considerando tubería de concreto con n= 0.013 y a un 90 % de capacidad.
O
EC A d 0.90
D
B
Determinación del diámetro de diseño, según la figura anterior: Radio Hidráulico: R h = Área /Perímetro mojado = π/4 d2 = 0.7854 d2 / Pm (0.7854 d2) – (Sector AOC – Triángulo AOCD) Arco ABC
Determinación del ángulo θ: arcos (0.4d / 0.5 d) = arcos 0.8 = 36.869898º Área del Sector AOCE: [(2(36.869898)/360)) (0.7854 d 2)] = 0.1609 d2 Longitud del Arco ABC = πd - [(2*36.8699)/360] (πd) = πd - 0.6435d = 2.4981 d Área del triángulo AOCD: 2 (1/2) (0.40 d) (0.40 d tg 36.869898º) = 0.12 d2
R h = [(0.7854 d2) – (0.161 d2) – (0.12 d2)]/ 2.4981 d = 0.298 d Entonces, de la ecuación de Manning, Q = 1/n AR
2/ 3
S½
7.315 E-5 = (1/ 0.013) (0.7854 d2) (0.298 d) 2 / 3 (0.03) 0.5 Se procede a despejar d, y el valor sería: 7.315 E-5 = 76.923 (0.7854 d2) (0.446 d 2 / 3 ) (0.1732) 7.315 E-5 / 13.323 (0.7854 d2) (0.446 d 2 / 3 )
d 8 / 3 = 4.67 donde d = 0.016 m que equivale a 0.63 pulgadas o sea 5/8”……. Entonces los resultados son muy similares entre si.
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO: Los residuos obtenidos han de procesarse en instalaciones adecuadas y específicas (como el patio de lodos). Tras la fermentación del residuo, el ambiente de una fosa está saturado de gases orgánicos (metano, nitrógeno, monóxido y dióxido de carbono principalmente) y con un gran defecto de oxígeno. Por tal razón, no se debe entrar en ellas sin antes dejarlas ventilar; debiendo usarse además medios auxiliares de respiración (máscaras de oxígeno autónomas, o bombas de aireación), como exige la reglamentación de Seguridad é Higiene. Es muy recomendable contratar a una empresa especializada, que vacíe mediante bombeo, y transporte el cieno de fosas sépticas, dado que deben cumplirse ciertas normas con los residuos resultantes. Conviene supervisar la limpieza para asegurar que se haga debidamente. Para sacar todo el material del pozo, se tiene que dispersar la capa de impurezas y mezclar las capas de cieno con la parte líquida del tanque, para facilitar su vaciado lo más completo posible. Por lo usual esto se logra alternativamente sacando el agua del tanque con una bomba y reinyectándola, a presión, en el fondo del tanque. La fosa séptica debe limpiarse a través de la boca central de acceso y no por los portillos de inspección de los desviadores., ya que esto puede dañar los
desviadores internos del pozo, fundamentales para su buen funcionamiento. IMPORTANTE: NUNCA ENTRAR AL INTERIOR DE UNA FOSA SÉPTICA. CONTROLES DIARIOS Y/O SEMANALES: -controles de funcionamiento de cada elemento instalado -control de limpieza en la entrada a la fosa (Caja CDQ1) -control de limpieza en la salida de la fosa al pozo de absorción (Caja CDQ2) CONTROLES MENSILES: -control de la cantidad de cieno acumulado en el fondo de la fosa. -control del desfogue en el pozo de absorción MANTENIMIENTO A LAS INSTALACIONES 1) Limpieza en las cajas recolectoras y distribuidoras de caudal (CDQ1 Y CDQ2) (personal de mantenimiento en el complejo) 2) Limpieza y extracción del cieno acumulado en el fondo de cada fosa séptica y secado del mismo en el patio de lodos para su depuración y proceso final (contratación de personal especializado)
ANEXO: CUADRO COMPARATIVO DE SISTEMAS % Eficiencia Depuración Fosas sépticas y pozos de absorción Filtrado Biológico Lagunas de sedimentación Tanques Imhoff Precipitación Química Aeración Extendida Tecnología Upflow Sludge Blanket Filtration
40% 65% 50% 60% 70% máx. 95% 98%
Grado de Tratamiento Primario Primario Primario Secundario Secundario Secundario Terciario con eliminación de nutrientes Fósforo
y Nitrógeno
