Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de ingeniería Ingeniería Sanitaria 2 Sección N
Letrinas, Fosas sépticas y biodigestores
Ludin Josué Santisteban Escobar Carnet: 2011-14222 Guatemala 27 de julio de 2017
Introducción
El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie procesos físicos, procesos físicos, químicos químicos y biológicos que tienen como fin eliminar contaminantes presentes en el agua efluente del uso humano.
de los
Dentro de las tareas de saneamiento se encuentra el manejo de las excretas y residuos que se generan diariamente en una residencia, es por ello que a lo largo de la historia se han invitado medios para manejar estos residuos, desde un agujero en la tierra hasta complejos sistemas de drenajes. La presente investigación se enfoca en los sistemas de letrinas y sus deferentes tipos así como sus ventajas y desventajas. También el manejo de estos residuos por medio de fosas sépticas y biodigestores.
Objetivos
General
Conocer el manejo de las aguas servidas en lugares sin acceso a un sistema de drenaje
Específicos
Conocer que son las letrinas Conocer el funcionamiento de las letrinas y los diferentes tipos Conocer que son las fosas sépticas Conocer que son los biodigestores Comprender las diferencias de cada tipo de sistema
Letrina Una letrina es una estructura (generalmente pequeña; que soporta a una sola persona) para la defecación. Los retretes permiten una disposición más segura y más higiénica de los desechos del ser humano que la defecación abierta. Son retretes que funcionan más sin agua (baño seco), destinados a recibir las excretas humanas (heces y orinas) y a evitar la contaminación del suelo y de las capas freáticas así como la transmisión de enfermedades graves. Ahora bien, actualmente son 2,6 mil millones de personas en el mundo que no se benefician de medios de saneamiento correctos, 1,2 mil millones que tienen que defecar al aire libre, con los mayores riesgos de enfermedad que esto supone y 1,8 mil millones de muertos/año a falta de higiene y de sanitarios correctos. Usados desde hace bastante tiempo (recuerde, sin embargo, que las residencias reales más grandes no las tenían todavía en el siglo 18), estos retretes ya se presentaban en distintas formas bastante rudimentarias. Pero se mejoraron mucho desde entonces y dan lugar ahora a toda una gama de productos que van del simple pozo, fácil de excavar y poco costoso, al baño moderno con cisterna. La mayoría de las letrinas realizadas en los países en desarrollo son letrinas secas, por su bajo costo y la gran falta de agua de numerosas zonas donde el consumo de agua es, a veces, inferior a los 20 litros /día/persona, cuando una sola cisterna gasta unos diez litros.
Principales tipos de letrinas a) Letrinas secas con pozos enterrados
Letrinas de un solo pozo: Particularidad: Son las letrinas más sencillas y más comunes. respecto a los otros Principales ventajas: (con
tipos)
Fácil de construir y mantener, poco costosas. Principales inconvenientes (con respecto a los otros tipos) Se llenan más rápidamente, riesgo de olores. Costo (orden de magnitud porque éste es variable según el país, el material y el costo de la mano de obra) : Construcción : 60 a 90 euros Mantenimiento : 5 a 10 euros/año
Imagen 1: letrina de un solo pozo
Letrinas de doble pozo Permite el uso alternado de 2 Particularidad: respecto a los otros Principales ventajas (con
pozos tipos) Permite excavar menos en caso de suelo duro y no tener que excavar un nuevo pozo cuando el primero está lleno. Relativamente poco costoso. Principales inconvenientes (con respecto a los otros tipos) Fabricación un poco más larga y riesgo de olores. Costo (orden de magnitud porque éste es variable según el país, el material y el costo de la mano de obra) : Construcción : 100 a 160 euros. Mantenimiento: 5 a 10 euros/año
Imagen 2: letrina de doble pozo
Variantes de estos dos primeros tipos de letrinas Letrinas elevadas, en caso de suelos duros
Letrinas perforadas, en caso de suelos muy duros
Letrinas sobre pilotes, en caso de terrenos pantanosos o inundables
Letrinas de pozo ventilado Particularidad: Aireación por autoventilación respecto a Principal ventaja (con
los
otros
tipos)
Supresión o disminución importante de olores Principales inconvenientes (con respecto a los otros tipos) Difícil de construir sin ayuda de una persona experimentada. La eficacia depende de la orientación con respecto al viento dominante. Costo (orden de magnitud porque éste es variable según el país, el material y el costo de la mano de obra): Construcción: 130 a 240 euros para un solo pozo y 180 a 350 euros para un doble pozo. Mantenimiento: 5 a 10 euros/año
Imagen 3: letrina ventilada
b) Letrinas secas de tipo ecológico con pozos por encima del nivel del suelo
Letrinas aboneras ecológicas Particularidad: Pozos sustituidos por cámaras por encima del nivel del suelo y destinados a la fabricación de compost usado como abono. respecto a los otros tipos) Principales ventajas (con Procedimiento ecológico que permite compensar una parte de la inversión gracias a la venta de compost y al ahorro de abono. Reciclaje en vez de dispersión de residuos Principales inconvenientes (con respecto a los otros tipos) Necesitan mayor cuidado que las letrinas clásicas así como una motivación particular de la población (riesgo de rechazo o de tabú). Por estar sobreelevadas, son más difícilmente accesibles a mayores o minusválidos.
Costo (orden de magnitud porque éste es variable según el país, el material y el costo de la mano de obra) Construcción: 130 a 250 euros para una sola cámara y 190 a 350 euros para 2 cámaras. Mantenimiento: 5 a 15 euros/año
Imagen 4: letrina abonera
Letrinas aboneras ECOSAN con separación de orina Particularidad: Recuperación por separado de heces y (con respecto a los otros Principal ventaja
orinas tipos) Es la letrina más ecológica e inodora y permite valorar las excretas. Principales inconvenientes (con respecto a los otros tipos) Riesgo también de rechazo (tabús) de la población. Manipulaciones más numerosas. Costo (orden de magnitud porque éste es variable según el país, el material y el costo de la mano de obra) Construcción : 200 a 400 euros según modelo y número de cámaras. Mantenimiento : 10 a 15 euros/año
Imagen 5: letrina abonera con separación de orina
c) Letrinas o baños con agua y sifón
Letrina de agua y sifón Particularidad : Precisa un depósito de agua, manual (cubo) o mecánico (cisterna)
Principales
ventajas (con
respecto a los otros tipos) Mayor comodidad. Eliminación casi total de los olores. Costo de inversión moderado. respecto a los otros tipos) Principal inconveniente (con Precisa mucha agua y un vaciado periódico o una conexión al alcantarillado. Costo (orden de magnitud porque éste es variable según el país, el material y el costo de la mano de obra) Construcción: 120 a 250 euros. Mantenimiento: 10 a 15 euros/año
Imagen 6: letrina de agua y sifón
imagen 7: bloques sanitarios comunitarios
d) Letrinas o bloques sanitarios escolares o comunitarios Particularidad : Equipo colectivo (escuelas, ciudades, pueblos...) respecto a los otros tipos) Principal ventaja (con Permiten una higiene colectiva y el mantenimiento de las niñas en las escuelas. respecto a los otros tipos) Principal inconveniente (con Costo bastante más alto y necesidad de mantenerlos limpios Costo (orden de magnitud porque éste es variable según el país, el material y el costo de la mano de obra) Muy variable según la calidad y cantidad de letrinas, es del orden de los 1200 a 2500 euros para 4 casetas VIP.
Fosa séptica Una fosa séptica es un artilugio para el tratamiento primario de las aguas residuales domésticas. En ella se realiza la separación y transformación físicoquímica de la materia orgánica contenida en esas aguas. Se trata de una forma sencilla y barata de tratar las aguas residuales y está indicada (preferentemente o en algunos casos exclusivamente) para zonas rurales o residencias situadas en parajes aislados. Sin embargo, el tratamiento no es tan completo como en una estación depuradora de aguas residuales. Las fosas pequeñas pueden tener una sola cámara pero, en general, es preferible que tengan dos. Los sólidos contenidos en las aguas vertidas irán al fondo (cienos) y en la superficie flotarán grasas y espumas. Hasta un 50 por ciento de los sólidos que se acumulan en el tanque se descomponen; el resto se acumula como lodo en el fondo y debe ser retirada cada cierto tiempo (cada uno o dos años) y transportada a un lugar donde pueda ser tratada totalmente.
Uso El uso de fosas sépticas están diseñadas para contener los desechos de una vivienda antes de ir al drenaje. Sólo se permite su uso en localidades rurales o urbano marginales que no cuenten con la red de alcantarilladoo que éstas se encuentren alejadas de la localidad, resultando muy costosa su conexión. Las aguas residuales que no vayan a un sistema de cloacas, con alcantarillado y posterior tratamiento municipal, deben ser tratadas 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 (especie de gusanitos) actúan sobre la materia orgánica de las aguas residuales descomponiéndose en sus componentes inorgánicos (materia inerte), y convirtiendo parte de los sólidos en materia soluble en el agua.
Esta descomposición es importante, pues reduce la cantidad de materia orgánica, y en cerca del 40% la demanda biológica de oxígeno que se precisa para este menester, y así el agua puede devolverse a la naturaleza con menor perjuicio para ella. El diseño de una Fosa Séptica depende del número de usuarios, la cantidad de agua usada por individuo, la temperatura promedio anual, la frecuencia de bombeo y las características de las aguas residuales. El tiempo de retención debe ser de 48 horas para alcanzar un tratamiento moderado.
Tipos Las fosas sépticas pueden ser de muchos materiales, tradicionalmente eran simples pozos excavados en la propia tierra, los cuales estaban lo suficientemente alejados de la vivienda como para evitar olores.Posteriormente las fosas sépticas se comenzaron a realizar de ladrillo enfoscado y posteriormente de hormigón. Este tipo de fosa séptica siguen estando vigentes y suelen dar buen resultado, aunque su construcción es más complicada que otros sistemas más económicos y flexibles como las fosas de de fibra de vidrio o PVC que se presentan en varias formas y tamaños, son más livianas y por lo tanto, más fáciles de transportar. Existen tres tipos principales de fosas sépticas para el tratamiento de aguas negras en sistemas individuales:
Fosas sépticas de concreto, estas son las más comunes. Fosas de fibra de vidrio, las que cada vez se usan más ya que son fáciles de llevar a los lugares “de acceso difícil”. Fosas plásticas/de polietileno, las que se venden en muchos tamaños y figuras diferentes. Al igual que las fosas de fibra de vidrio, estas fosas son livianas, de una sola unidad y pueden llevarse a los lugares “de acceso difícil
Diseño del sistema de fosa séptica VOLUMEN FOSA SÉPTICA Calculado como si todo el efluente fuese a un solo equipo Para el cálculo de la fosa séptica se aplica la fórmula siguiente: V = N * (D * T + 100 * Lf) Con: V = Volumen útil de la fosa, Lt. N = Número de habitantes. D = Dotación de A.S. T = Período de retención. Lf = Contribución de lodos
MANTENCION. Se recomienda limpiar la fosa séptica cuando el sedimento depositado en el fondo de ella, alcance un valor de 20 cm. La medición se realizara a lo menos 2 veces al año, aún cuando el sistema no presente anomalías en su funcionamiento. La limpieza consistirá en extraer solo este sedimento depositado en el fondo mediante una bomba que succione este residuo. No extraer nunca la totalidad del contenido del fluido contenido en la fosa, pues con ello se extrae la flora bacteriana que realiza la degradación de los sólidos. SISTEMAS DE INFILTRACION
INDICE DE ABSORCION DEL TERRENO Es necesario hacer exploraciones subterráneas para determinar las formaciones subterráneas en una zona dada, una barrena con un mango de exterior, como las mostradas en las figuras, se usa frecuentemente para efectuar la exploración. También aportan información del nivel freático y de las condicione s del subsuelo. Las pruebas de infiltración ayudan a determar la aceptabilidad el sitio y establecen las dimensiones del diseño del sistema subterraneo de eliminación. El método más seguro es ejecutar las pruebas en agujeros, que se han matenido llenos de agua, cuando menos, por 4 horas, preferentemente toda la noche. Esto es especialmente deseable si va a ejecutar las pruebas una persona sin experiencia, y en algunos suelos es necesario, aun si el individuo ha tenido gran experimenta.
Imagen 7: herramientas para exploración
Imagen 8: esquema de prueba de infiltración
FORMULA PARA EL CALCULO DE LOS DRENES CALCULO DE LOS DRENES ∗ =
A = Superficie requerida de terreno para infiltración. N = Cantidad de habitantes d = Cantidad de aguas negras K = Coeficiente de absorción
VENTILACIONES. Todo el sistema de alcantarillado contará con ventilaciones adecuadas. La red de cañerías y sus ramales presentarán sus ventilaciones según lo dispone el RIDDA. Las fosas sépticas y los sistemas de Drenajes llevarán sus correspondientes ventilaciones verticales adosadas a un poste de concreto debidamente apoyados
SUBSTANCIAS QUÍMICAS el funcionamiento de las fosas sépticas no se mejora con la adición de desinfectantes u otras substancias químicas. En general, la adición de substancias químicas afosas sépticas no se recomienda. Algunos productos de patente que se dice que limpian las fosas contienen hidróxido de sodio. Tales compuesto pueden provocar aumento de cieno y un notable incremento de alcalinidad y pueden interferir como la digestión. El efluente resultan puede dañar gravemente la estructura del suelo y causar atascamiento acelerado, aunque se pueda experimentar un alivio temporal inmediatamente después de aplicar el producto
Figura 9: perfil de fosa séptica
Zanjas de absorción Un campo de absorción se hace con el siguiente material: tramos de tubo de 30cm de longitud. De 4 pulgadas de barro de drenaje de agricultura, 60 a90 c, de largo de tubería para alcantarillado de barro vitrificado, o tubo no metálico perforado. En zonas que tiene características excepcionales de suelo y agua la experiencia local revisarse antes de seleccionar los materiales de la tubería. Los ramales individuales, de preferencia, no deben ser mayores de 30.5 cm de largo, y el fondo de la zanja y distribución de la tubería de barro deben nivelarse. El uso de más ramales cortos es preferible debido a que, si algo sucede en alguna línea, la mayor parte del campo continuara en servicio. Desde un punto de vista teórico del
flujo de humedad, un espaciamiento del doble del espesor de grava evitara el congestionamiento de la capacidad de filtración del suelo adyacente. Pueden usarse muchos diseños diferentes al hacer el croquis de los campos subterráneos de eliminación. La sección final puede depender del tamaño y forma de la zona de eliminación disponible, la capacidad requerida y la topografía del área de eliminación. Los croquis típicos de zanjas de absorción se muestran en la figura 10. Para proporcionar la profundidad mínima de grava y de cubierta de tierra, la profundidad de las zanjas debe ser cuando menos de 60 cm. Puede requerirse una profundidad adicional para ajuste, grava extra bajo el tubo o para otros propósitos del diseño. En mantenimiento de una separación de 1.20 entre el fondo de la zanja y el nivel de agua freática, es necesario para reducir el riego de contaminación. Al considerarse la profundidad de las zanjas de absorción, aumenta la posibilidad de congelamiento de la tubería de barro durante periodos de frio prolongado. El espaciamiento entre zanjas generalmente esta gobernado por consideraciones constructivas de índole practica que dependen del tipo de equipo, seguridad etc.
Tanque séptico Un campo de drenaje de alcantarilla y un tanque séptico conforman un pequeño sistema de alcantarilla. Un tanque séptico es básicamente un recipiente rectangular bajo la tierra para las aguas servidas. Es impermeable, hecho de cemento, y consta de tanques que se dividen en cámaras. La primera cámara tiene dos veces el volumen de la segunda y la mayoría de la materia sólida orgánica, conocida como lodo, se establece aquí. La segunda cámara purifica las aguas residuales. El tanque séptico recoge las aguas residuales de los inodoros, duchas, lavaderos, etc. Debido a la ausencia de corriente, el lodo se establece en el fondo del tanque con rapidez. La digestión anaeróbica de las bacterias en el lodo conduce a la generación de metano y dióxido de carbono, el lodo se estabiliza y no se pudre más. Las partículas de lodo estabilizado permanecen, algunas flotan en la cima como escoria. Un tanque séptico debe ser construido de tal manera que haya tiempo máximo de contacto con los microorganismos a fin de agilizar la digestión del lodo. Esto se logra mediante la colocación de la entrada, el desagüe, y la salida en diagonal entre sí y haciendo que los arroyos fluyan en las tuberías colocadas verticalmente. El agua semi purificada se mueve a la segunda cámara a través de los desagües que se construyen de tal manera que el movimiento ascendente del agua impide que las partículas más grandes fluyan a la segunda cámara. La alimentación, digestión, y establecimiento de la materia orgánica continúa en la segunda cámara. El tiempo de retención en la segunda cámara es la mitad del de la primera cámara por su tamaño y por el hecho de que la cantidad de materia orgánica a tratar aquí es menor. La salida se construye en la esquina diagonal al desagüe.
Biodigestores Un digestor biológico o biodigestor, en su forma más simple es, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita materia orgánica como; desechos vegetales y frutales(excluyendo a los cítricos ya que acidifican el medio), excremento de rumiantes o humanos, en determinada dilución con agua, esta mezcla mediante la fermentación anaerobia por acción de microorganismos, es degradada obteniendo como producto gas metano(biogás) y un subproducto liquido(biol), el cual puede ser utilizado como fertilizante ya que es rico en nitrógeno, fósforo y potasio. Este tipo de tecnología tiene un gran potencial para el cuidado del ambiente ya que disminuye la cantidad de desechos vertidos a los ecosistemas y además se produce una fuente de energía relativamente limpia. Este sistema también puede incluir una cámara de carga y nivelación del agua residual antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogás y cámaras de hidrogenación y pos tratamiento (filtro y piedras, de algas, secado, entre otros) a la salida del reactor. El fenómeno de digestión ocurre porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos presentes en el material fecal que, al actuar sobre los desechos orgánicos de origen vegetal y animal, producen una mezcla de gases con alto contenido de metano (CH4) llamada biogás, que es utilizado como combustible. Como resultado de este proceso se generan residuos con un alto grado de concentración de nutrientes y materia orgánica (ideales como fertilizantes) que pueden ser aplicados frescos, pues el tratamiento anaerobio elimina los malos olores y la proliferación de moscas. Una de las características más importantes de la biodigestión es que disminuye el potencial contaminante de los excrementos de origen animal y humano, disminuyendo la Demanda Química de Oxígeno DQO y la Demanda Biológica de Oxígeno DBO hasta en un 90% (dependiendo de las condiciones de diseño y operación). Se deben controlar ciertas condiciones, como son: el pH, la presión y temperatura a fin de que se pueda obtener un óptimo rendimiento. El biodigestor es un sistema sencillo de implementar con materiales económicos y se está introduciendo en comunidades rurales aisladas y de países subdesarrollados para obtener el doble beneficio de conseguir solventar la problemática energética-ambiental, así como realizar un adecuado manejo de los residuos tanto humanos como animales.
Estructura de un biodigestor. Existen muchas variaciones en el diseño del biodigestor. Algunos elementos que comúnmente se incorporan son:
Cámara de fermentación: El espacio donde se almacena la biomasa durante el proceso de descomposición. Cámara de almacén de gas: El espacio donde se acumula el biogás antes de ser extraído. Pila de carga: La entrada donde se coloca la biomasa. Pila de descarga: La salida, sirve para retirar los residuos que están gastados y ya no son útiles para el biogás, pero que se pueden utilizar como abono (bioabono). Agitador: Desplaza los residuos que están en el fondo hacia arriba del biodigestor para aprovechar toda la biomasa. Tubería de gas: La salida del biogás. Se puede conectar directamente a una estufa o se puede transportar por medio de la misma tubería a su lugar de aprovechamiento.
Conclusiones
Dentro del medio nacional el tipo de letrina dependerá del tipo de uso personal, familiar, escolar o comunitario de la letrina, del número de usuarios previsto, de los medios y recursos disponibles así como de las características del suelo y a veces de los hábitos locales.
La fosa séptica procedimiento relativamente rápido y barato donde solamente te tienes que preocupar de su mantenimiento a partir del primer año.
Las diferencias entre una fosa séptica y un biodigestor radica en el costo de instalación producción de abono de calidad, gas para instalaciones y uso de químicos para disolución de residuos.
Bibliografía
Víctor Fernando Concha, (2007) memoria explicativa y de calculo proyecto sistema particular de alcantarillado de aguas servidas. Joint Committe, (1969) manual de fosas sépticas, departamento de salud, educación y bienestra de E.U.A servicio de salud publica.
Referencias electrónicas
http://www.arqhys.com/articulos/letrina.html
http://www.wikiwater.fr/a5-letrinas-generalidades.html http://www.visitacasas.com/exterior/%C2%BFcomo-funciona-exactamenteun-tanque-septico/ http://www.desatascoscubacas.es/noticias-desatascos/diferencia-entrefosa-septica-y-biodigestor
