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Capitulo II: Marco Referencial

Capitulo II Marco Referencial

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Capitulo II: Marco Referencial

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2.1 Introducción

En este capítulo, haremos una investigación, donde describiremos en forma breve y teórica cada una de sus componentes. Esta sección se divide en tres partes, la primera parte corresponde al marco histórico, el cual presenta el panorama evolutivo de los sistemas de alcantarillado y planta de tratamiento, partiendo de la historia y construcción de estos sistemas; y continuando con aquellos países que dieron la pauta para la introducción a nuestro país de estos anhelados sistemas. El segundo componente es el marco teórico, este comprende el soporte teórico que señala y define con claridad los conceptos básicos y parámetros para el desarrollo del diseño de una red de alcantarillado sanitario y planta de tratamiento. Por ultimo tenemos lo que es el marco normativo el cual se presentan las Normas Técnicas de ANDA, las cuales rigen el diseño y la ejecución de este tipo de obras hidráulicas a nivel nacional.

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2.2 Marco Histórico*

En el pasado en nuestro país, la evacuación de las aguas negras se llevaba a cabo en la mayoría de los municipios y comunidades de la manera más sencilla posible la cual consistía en vertir directamente dichas aguas a ríos y corriente mediante alcantarillado sanitario unitario. La acumulación de fangos y el desarrollo de olores y condiciones desagradables surgieron como consecuencia de esta practica. Para solventar estos problemas se introdujo la evacuación separada de las aguas negras y de las aguas pluviales, y el tratamiento de las aguas negras.

Los métodos de depuración de residuos se remontan a la antigüedad y se han encontrado instalaciones de alcantarillado en lugares prehistóricos de Creta y en las antiguas ciudades asirias. Las canalizaciones de desagüe construidas por los romanos todavía funcionan en nuestros días. Aunque su principal función era el drenaje, la costumbre romana de arrojar los desperdicios a las calles significaba que junto con el agua de las escorrentías viajaban grandes cantidades de materia orgánica.

Hacia finales de la edad media empezaron a usarse en Europa excavaciones subterráneas privadas primero y, más tarde, letrinas. Cuando éstas estaban llenas, unos obreros vaciaban el lugar en nombre del propietario. El contenido de los pozos negros se empleaba como fertilizante en las granjas cercanas o era vertido en los cursos de agua o en tierras no explotadas. *

Fuente: http://www.artehistoria.jcyl.es/histesp/lugares/274.htm

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La historia de los sistemas sanitarios es sumamente interesante. Se han encontrado vestigios de trabajos sanitarios hechos con habilidad por hombres primitivos hace cien mil años. No obstante lo rústico de los dispositivos, nos aportan pruebas de que aun estos hombres se daban cuenta de las consecuencias de un mal sistema sanitario. Miles de años antes de Cristo, los gobernantes de Egipto, Grecia y Roma procuraban tener sistemas sanitarios de uno u otro tipo. Algunas de estas obras históricas consisten en acueductos, construidos con terracota y ladrillo, que enviaban el agua a algún depósito y baños, que eran simples excavaciones en el suelo revestidos con baldosas.*

En Londres (Inglaterra), los servicios de alcantarillado, se empezaron a construir por los años 1815 - 1820, por esta misma fecha aparecen en Francia y en Hamburgo. En Chicago (Estados Unidos de América), en 1858 se puso en servicio el primer sistema de alcantarillado, en América.

En algunos países de Latinoamérica que tomaron el ejemplo de los Estados Unidos, se obtuvieron grandes resultados (Brasil, Venezuela, México, Costa Rica, etc.)

Hasta ese momento se había profundizado poco en la relación entre contaminación y enfermedades, y no se había aplicado al tratamiento de aguas negras la bacteriología, disciplina entonces en sus inicios. *

Fuente: http://www.artehistoria.jcyl.es/histesp/lugares/274.htm

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En nuestro país no fue sino hasta el año de 1900 que se construyeron los primeros colectores de aguas servidas, para la ciudad de San Salvador que consistían en canaletas rectangulares de mampostería de ladrillo, que conducían las aguas negras y las aguas lluvias de la zona central de la ciudad, pero estos fueron diseñados sin tomar en cuenta el incremento poblacional. Para el año de 1940 se tiene conocimiento sobre el tratamiento de aguas negras cuando en nueva San Salvador (Santa Tecla) el servicio interamericano de salud publica, programó y financió el proyecto de alcantarillado sanitario y construcción de una planta de tratamiento en dicha ciudad.* En 1950 se crea la Dirección General de Obras Hidráulicas como dependencia del Ministerio de Obras Publicas (MOP), la cual tendría como función principal la formulación y ejecución de proyectos de acueductos y alcantarillado sanitario, como respuesta a las necesidades de desarrollo urbano e industrial de las ciudades. Para el año de 1961 aparece la ley de creación de la administración nacional de acueductos y alcantarillado (ANDA) como entidad rectora a nivel Nacional de los proyectos de introducción de acueductos y alcantarillado. A partir de aquí, en nuestro país, se empezó a trabajar de lleno en pro de la reducción de la contaminación ambiental y el desbalance ecológico, satisfaciendo la demanda creciente de agua potable, protegiendo los recursos naturales y reduciendo los múltiples daños derivados de la estructura epidemiológica de las enfermedades transmisibles relacionadas con el saneamiento básico.

*

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_potable_y_saneamiento_en_El_Salvador

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En el Municipio de Carolina, no existe un sistema de Alcantarillado de Aguas Negras, hecho que con lleva al fenómeno de Alcantarillado Sanitario Unitario el cual produce grandes problemas de Salubridad para la población en general pero con mayor intensidad a los que viven aledaños a este desagüe llamado “Quebrada La Burra”…

*

Fuente: Investigación propia del grupo

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2.3 Marco Teórico

Esta etapa contempla cada uno de los términos adecuados, por lo que se presentara un conjunto de conceptos y definiciones utilizadas en la ejecución del proyecto del sistema de alcantarillado sanitario y planta de tratamiento los cuales se detallan ha continuación.

2.3.1 CONCEPTOS Y DEFINICIONES: AGUAS NEGRAS: Agua contaminada con sustancias fecales y orina, procedentes de vertidos humanos, orgánicos o animales su importancia es tal manera que requiere de un sistema para poder ser desalojado y tratamiento. AGUAS RESIDUALES: Fracción liquida que esta constituida esencialmente por aguas de abastecimiento y que después de haber sido contaminada por los diversos usos a que ha sido sometida son vertidas a un cuerpo receptor 1. AGUAS SERVIDAS: Provenientes de uso doméstico como pueden ser higiene personal, limpieza y la vado de cualquier índole. AGUAS DE INFILTRACION: Son derivadas del subsuelo, y estas pueden ser penetradas a la

red de alcantarillado a través de una tubería en malas

condiciones, juntas de tuberías, y por las paredes de los pozos de visita.

1

Fuente: Guía para el Manejo de Excretas y Aguas Residuales Municipales.

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ALCANTARILLADO

SANITARIO:

Se

denomina

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alcantarillado

o

red

de

alcantarillado al sistema de estructuras y tuberías usados para el transporte de aguas residuales, negras o servidas desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten a cauce o se tratan.

AFLUENTE O TRIBUTARIO: Se denomina afluente o tributario a un curso de agua, que no desemboca en el mar sino en otro río. CONTAMINACION: La contaminación es la incorporación a los cuerpos receptores de sustancias sólidas, liquidas o gaseosas, o mezclas de ellas, siempre que alteren desfavorablemente las condiciones naturales del mismo, o que puedan afectar la salud, la higiene o el bienestar del público.

CAUDAL DE DISEÑO: El caudal de diseño de los colectores de aguas negras se obtendrá sumando al caudal máximo horario del día máximo, los aportes por infiltración y por conexiones erradas y estos serán calculados para la etapa inicial y final del diseño2.

SISTEMA DE TRATAMIENTO: Combinación de procesos y de operaciones de tipo físico, químico y biológico destinados a eliminar el residuo sólido, la materia orgánica, los microorganismos patógenos, y en ocasiones, los elementos nutritivos contenidos en las agua negras3. 2

. Fuente: http://www.cdmb.gov.co/estandares/tecnicas/cap456h.php#maximo

3

. Fuente: Reglamento de Aprobación y Operación de Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales.

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ENTE GENERADOR: Persona física o jurídica, pública o privada, responsable del tratamiento y posible re-uso de aguas negras, o de su vertido en un medio receptor 4.

MEDIO RECEPTOR: Es todo aquel rió, quebrada, arroyo permanente, lago, laguna, embalse natural o artificial, zona de recarga, donde se vierten aguas negras4.

EFLUENTE: Aguas

negras

salientes

de

un sistema de conducción o

tratamiento.

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS: Unidad destinada a mejorar la calidad del agua de tal forma que produzcan en los cuerpos receptores, efectos compatibles con las exigencias legales y/o con la utilización aguas abajo de la población.

2.3.2 CLASIFICACION DE SISTEMAS Y CONSIDERACIONES DE LA RED DE ALCANTARILLADO: Dentro de la red de alcantarillados tenemos dos sistemas que son: - Combinadas - Separadas. 4

. Fuente: Reglamento de Aprobación y Operación de Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales.

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Lo que son alcantarillas combinadas son las que se dedican a transportar aguas negras y aguas lluvias. El sistema separado es que cada una de las aguas ya sean estas pluviales o negras y van en diferentes tuberías. Dentro de las consideraciones tenemos que para un área urbana requiere un diseño cuidadoso. Ya que las alcantarillas deben ser adecuadas en tamaño y pendiente de modo que contengan el flujo máximo sin ser sobre cargadas y mantengan velocidades que impidan la de posición de sólidos. Antes de que se pueda comenzar el diseño, sede estimar el caudal y la velocidad de caudal. Además se debe localizar cualquier estructura

subterránea, incluyendo otros

servicios, que puedan interferir con la construcción. 2.3.3 SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO: El sistema de alcantarillado sanitario es un componente construido e instalados para recolectar, conducir, donde también se refleja el caudal en el sistema y este es lento y se va acumulando a lo largo de la tubería y así definir el diámetro de la red, para poder tratar y disponer las aguas negras. Los elementos más importantes que integran un sistema de alcantarillado sanitario son: 1. ALCANTARILAS

2. POZOS DE REGISTRO. e) Alcantarilla colectora final 3. CAJAS DE INSPECCION.

a) Acometida domiciliar b) Alcantarilla lateral o secundaria c) Alcantarilla principal d) Alcantarilla colectora e) Alcantarilla colectora final

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TABLA: 2.1 2 TIPOS DE ALCANTARILLADO EN UNA RED

Tipo de alcantarilla

Finalidad

Acometida domiciliaria

Las acometidas o conexiones domiciliarias se conectan con la red de desagües de los edificios y su finalidad es transportar las aguas negras originadas en ellos a las alcantarillas secundarias o a cualquier otra alcantarilla, excepto a otra acometida domiciliaria. Normalmente, se construyen exteriormente al edificio, dependiendo su distancia a los cimientos de las normativas locales.

Laterales o secundarias

Constituyen el primer elemento de la red de alcantarillado y suelen disponerse en las calles o en zonas especiales de servidumbre. Se utilizan para transportar el agua negras de uno o más edificios a las alcantarillas principales.

Principales

Se utilizan para transportar el agua negras procedente de una o varias alcantarillas secundarias a los colectores o interceptores.

Colectores

Son alcantarillas de gran tamaño que transportan el agua negras de las principales a la planta de tratamiento de aguas negras o a grandes interceptores.

Son alcantarillas de gran tamaño que se utilizan para interceptar y Interceptores recoger las aguas negras procedentes de uno o varios colectores o o colectora alcantarillas principales, transportándola a la planta de tratamiento de final aguas negras.

2.3.4 TIPOS DE REDES DE ALCANTARILLADO:

Existen varios tipos de redes, los cuales se clasifican de acuerdo a su tamaño y distribución, como pueden ser separativas o sanitarias, pluviales y unitarias. Y estas se diferencian por conducir aguas de diversos tipos por la red asignada.

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Los tipos de red y sus respectivas características hidráulicas y aplicaciones se muestran el la tabla.

TABLA: 2.2 TIPOS DE REDES DE ALCANTARILLADO CARACTERISTICAS HIDRAULICAS

FINALIDAD

Por gravedad

Se utiliza para la recogida de las aguas negras de origen domestico. Es preciso contar con las aportaciones de las infiltraciones y a caudales incontrolados.

SEPARATIVAS

A presión

Se utiliza para la recogida de las aguas negras de zonas residenciales en que la construcción de una red por gravedad es problemática y pueden recoger aguas negras de origen comercial, pero solo una fracción de las de origen industrial, debido a los grandes volúmenes generados.

SEPARATIVAS

De vacío

Se utiliza la misma que en redes a presión.

Por gravedad

Se utilizan para la recogida de las aguas pluviales procedentes de calles, techos y otras fuentes. No incluyen aguas negras.

TIPO DE RED

SEPARATIVAS

AGUAS PLUVIALES

UNITARIA

Por gravedad

Se utilizan para la recogida de aguas negras de origen domestico e industrial y las aguas pluviales.

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2.3.5 MATERIALES Y DIMENSIONES DE LAS ALCANTARILLAS: Hidráulicamente los sistemas de alcantarillado están diseñados como canales abiertos, de acuerdo a las tuberías y estructuras que se fabrican con materiales que deben cumplir con ciertas especificaciones químicas, mecánicas y estáticas. Y esto hace que las condiciones se determinan en base a la calidad de las aguas negras, al flujo hidráulico, al tipo de suelo, y a los costos. Por otra parte tenemos lo que son los conductos y estos se clasifican de acuerdo al material que fueron fabricadas como lo son: Tuberías de plástico, Tuberías de hierro fundido, Tuberías de acero. Las tuberías de plástico son las que casualmente se utilizan, los diferentes tipos de plástico utilizados son el cloruro de polivinilo rígido (PVC rígido), polietileno rígido (Pe rígido), plásticos reforzados con vidrio (GRP). Tuberías de hierro fundido son tuberías resistentes a los residuos químicos y pueden soportar cargas externas, este tipo de tubería es utilizado para redes de alcantarillas que estarán sujetas a cargas extremas y son adecuadas también para pasos aéreos, ala hora de diseñar una red de alcantarillado. Las tuberías de acero son utilizadas en los sistemas de alcantarillado como tuberías centrales a presión y que estarán sujetas a una tensión, cuando se presente un conducto a desnivel, y para el transporte de aguas tratadas hacía la planta o cualquier cuerpo receptor.

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La adopción de un tamaño mínimo de conducto es necesario debido a que en ocasiones, se introducen en las alcantarillas objetos relativamente grandes y la obstrucción a la que daría lugar puede evitarse si los conductos tienen un diámetro no inferior a 200 mm (8”), la alcantarilla más pequeña debe ser mayor que las conexiones domiciliarias, de modo que los objetos que pasen a través de tales conductos lo puedan hacer fácilmente en las alcantarillas, se recomienda un tamaño mínimo de 200 mm (8”) en las alcantarillas sanitarias.

2.3.6 INSTALACIONES COMPLEMENTARIAS DE LAS ALCANTARILLAS: Las redes de alcantarillado requieren de una gran variedad de instalaciones complementarias para asegurar un funcionamiento apropiado estas serán diseñadas y construidas con el cuidado necesario, tomando las normas para el diseño de las mismas. Estas instalaciones pueden ser: conexiones domiciliarías, pozos de registros y pozos de caída o con caja de sostén.

2.3.6.1 CONEXIONES DOMOCILIARIAS. Son estructuras que transportan las aguas negras desde las viviendas hasta la alcantarilla principal y pueden ser de sección cuadrada según modelo de ANDA, en la siguiente figura mostramos una conexión domiciliar:

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FIGURA. 2.1 DETALLE DE CONEXION DOMICILIAR.

N° 3 @ 15 CM A/S

A SAS 0 3/8"

3 N° 3, ES TRIBO S N° 2 @ 20 CM

PELDAÑOS O 3/4"

R EPELLADO Y AFINADO

C AJA N°

H

1 2 3

1.50 M T 0.80 M T 1.00 MT

LADRILLO DE BARRO PUESTO DE LAZO

LADRILLO DE BARRO PUESTO DE LAZO

H

O 8"

O 8"

A

A PELDAÑOS O 3/4"

1/2 CAÑA

TUBO DE C EM ENTO

O 8" 6.0 CM 1/2 CAÑA

O 8"

MORTERO 1:4

EM PLANTILLADO DE PIEDRA

ZO NA URBANA DE CAR OLINA

1 : 40

FAC ULTAD DE ING EN IERIA Y AR QU ITEC TU RA

DETALLE D E CAJA DE REG ISTRO

D ISEÑ O D E ALCAN TAR ILLAD O SAN ITAR IO Y PLANTA D E TRATAM IEN TO DE LAS AGU AS RESIDUALES D E LA ZON A U R BAN A DE LA C IUD AD DE CAROLINA, SAN M IGUEL

YENI ABIGAIL BUSTILLO CAM POS FRANC ISCO AN TON IO G UZMAN SOR TO NESTO R JOEL PERAZA BO NILLA

2.3.6.2 POZOS DE REGISTRO O DE INSPECCION: Los pozos de registro o inspección se emplean como medio de acceso para la inspección y limpieza se colocan en intervalos no mayores de5 150 mts. y en los puntos donde se produzca un cambio de dirección o de sección en la tubería, o una considerable variación de pendiente. Un pozo de registro consiste en: una base, paredes, canaletas, cubierta. Los pozos de registro pueden ser construidos con ladrillos de barro, concreto o prefabricados, para nuestro medio los mas construidos son los de ladrillo de barro. 5

. Fuente: Normas Técnicas de ANDA, Capitulo II, Sección ,14.

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FIGURA. 2.2 DETALLE TÍPICO DE UN POZO DE REGISTRO.

2 ø 1 /4 " R ELLENAR CO N CEM ENTO ( M E Z C L A 1 :2 :4 )

P E L D A Ñ O ø 3 /8 "

L A D R IIL O D E O B R A T R A P E Z O ID A L

R EP ELLA DO

M E D IA C A Ñ A

EJE DE POZO

L A D R IL L O D E O B R A C O R R IE N T E

N IV E L

Z O N A U R B A N A D E C A R O L IN A

1 : 40

F A C U L T A D D E I N G E N IE R I A Y A R Q U I T E C T U R A

D E T A L L E D E C A J A D E R E G IS T R O

D I S E Ñ O D E A L C A N T A R I L L A D O S A N IT A R IO Y P L A N T A D E T R A T A M I E N T O D E L A S A G U A S R E S ID U A L E S D E L A Z O N A U R B A N A D E L A C I U D A D D E C A R O L I N A , S A N M IG U E L

Y E N I A B IG A IL B U S T IL L O C A M P O S F R A N C I S C O A N T O N IO G U Z M A N S O R T O N E S T O R J O E L P E R A Z A B O N IL L A

2.3.6.3 POZOS DE REGISTRO CON CAIDA O CON CAJA DE SOSTEN: Los pozos de registro con caída son los que controlan la velocidad del flujo en cada intersección y cuando la diferencia de cotas entre las alcantarillas entrantes y saliente exceden de 0.5 mts, el cual efluente (entrante) puede verter a la cota de la alcantarilla saliente por una boca de caída o pozo de registro con caída incorporada. En alcantarillas de 600 mm (24”) y menores pueden realizarse una curva de diámetros comprendidos entre 700 mm (28”) y 1,200 mm (48”), el cambio de dirección de 90° puede realizarse entre dos pozos de registro, cada uno situado a una distancia de al menos dos diámetros del pozo desde el punto de intersección, con una alineación recta entre pozo y pozo.

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FIGURA. 2.3 DETALLE DE UN POZO DE REGISTRO EN CONCRETO CON UNA ENTRADA DE CAIDA.6

6

. Fuente: Normas Técnicas de ANDA, Capitulo II, Sección ,14.

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2.3.7 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA DE DRENAJE:

Para poder seleccionar el sistema de drenaje debemos de tener principios técnicos y económicos, y evaluar alternativas como (dinero, materiales, mano de obra). Los aspectos más importantes a ser considerados son: -

Si las aguas negras de una ciudad y de las zonas industriales circundantes se drenaran en forma conjunta o separada.

-

Método de drenaje: sistemas de alcantarillado combinado, separado o mixto.

-

Diversos alineamientos posibles de los colectores principales.

-

Diversos cursos receptores, de los cueles se seleccionará los más cercanos y económicos. Para el caso en estudio, el único cuerpo receptor disponible es el Rió Torola de la Ciudad de Carolina.

-

Lugar de ubicación de la planta de tratamiento.

-

Descargas en el curso receptor.

Los cálculos económicos y técnicos deberían realizarse para cada alternativa incluyendo los siguientes elementos: -

Desembolso mínimo para mantenimiento de los sistemas

-

Costo de capital y de operación de la recolección y tratamiento de las aguas negras y la disposición de lodos.

Para definir las alternativas, se necesitan los datos siguientes: -

Volumen de las aguas negras.

-

Calidad de las aguas negras.

-

Parámetros del proceso de tratamiento de las aguas negras.

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-

Utilización existente del agua.

-

Estudio topográficos.

-

Estudios geológicos e hidrológicos en caso que éstos sean requeridos.

-

Calidad del cuerpo receptor.

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Esto estudios se consideran de acuerdo a las normas y regulaciones publicas establecidas por las instituciones competentes como son ANDA, el Ministerio del Medio Ambiente y Recursos Naturales, y las Ordenanzas Municipales principalmente. De manera que un sistema deberá de alcantarillado deberán ser diseñado para cuando las expansiones futuras de la ciudad, no causen ningún problema.

2.3.8 CARACTERISTICAS DE LAS AGUAS NEGRAS: Para hablar de aguas negras es indispensable conocer, en primera instancia la fuente de las mismas y consecuentemente los componentes que la forman así como también las diferentes propiedades físicas, químicas y biológicas de las aguas negras ya que son datos indispensables para la correcta elección del tipo de tratamiento a utilizar

2.3.8.1 CARACTERISTICAS FISICAS: La

mayoría de aguas negras presentan cantidades de sólidos, estos

pueden estar disueltos, suspendidos o flotando. Existen cinco características físicas esenciales en las aguas negras que pueden ser fácilmente percibidas por los sentidos estos son: Sólidos, Gases disueltos, Turbiedad, Color, Temperatura.

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Sólidos: en las aguas negras se encuentran todo tipo de sólidos, distinguiéndose entre ellos orgánicos e inorgánicos los sólidos orgánicos son sustancias que contienen carbón, hidrógeno y oxigeno, pudiendo alguno de estos elementos combinarse con nitrógeno, azufre o fósforo. Los principales grupos lo forman las proteínas. Los carbohidratos y las grasas. Los sólidos inorgánicos son sustancias inertes y no susceptibles de ser degradados, designándoles como minerales. Dentro de estos se incluyen arenas, aceites y sales minerales disueltas en el agua potable y sin propiedades de combustible. Los sólidos comúnmente se clasifican en suspendidos disueltos y totales.

Sólidos suspendidos: son aquellos que son visible y que flotan en las aguas negras entre la parte superior y fondo, estos pueden ser removidos por medio de infiltración o sedimentación y se clasifican de acuerdo alas partículas como: sólidos fecales, resto de papel, partículas de comida y basura de los cuales un 70% son orgánicos y un 30% inorgánicos, y a su ves estos sólidos se dividen en do grupos: sedimentables y coloidales. Donde los sedimentables son puestos en un cono que sedimenta al lapso de una hora. Y los coloidales son los que se diferencian entre los sedimentables.

Sólidos disueltos: son todos aquellos sólidos que quedan retenidos en un proceso de filtración fina, en general los sólidos disueltos son en un 40% orgánicos y un 60% inorgánicos.

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Sólidos totales: se incluyen todos los sólidos existentes en las aguas negras y que en promedio son un 50% orgánico, y esta sujeto a una degradación por lo que se constituye como requisito una planta de tratamiento.

Color: el color en aguas negras se debe a la infiltración en sistemas de recolección, descargas industriales y ala descomposición de componentes orgánicos. Ya que esta agua conducen sólidos suspendidos, material coloidal y sustancias en solución. El color usado por sólidos suspendidos se denomina color aparente, mientras que el causado por sustancias disueltas y coloidales se denominan color verdadero. Existen valores cualitativos para estimar la condición general de las aguas negras en la siguiente tabla se muestran dichos valores.

TABLA. 2.3 CONDICION GENERAL DEL AGUA NEGRAS. 7 COLOR

DESCRIPCION

Café claro

El agua lleva 6 horas después de la descarga

Gris claro

Aguas que han sufrido algún grado de descomposición o que han permanecido un tiempo cortó en los sistemas de recolección.

Gris oscuro o negro

Aguas sépticas que han sufrido una fuerte descomposición bacterial bajo condiciones anaeróbicas.

7

Fuente: Ron Crites y George Tchobanoglous, “Tratamiento de Aguas Residuales” USA 2000.

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Turbiedad: la turbiedad en el agua se da debido a la desintegración y la erosión de materiales arcillosos, limos o rocas, pero también de residuos industriales producto de la corrosión, así como también por los restos de plantas y microorganismos, la presencia de detergentes y jabón en las aguas negras, causan un aumento en la turbiedad del aguas. También es una medida de las propiedades de dispersión de la luz de las aguas, y esto sirve principalmente para conocer la cantidad de luz que es absorbida o disipada por el material suspendido en el agua. Los resultados de las mediciones de la turbiedad se dan en unidades nefelométricas de turbiedad (UNT).

Olor: es la impresión producida al olfato y proviene de todos aquellos materiales volátiles con tenidos en al agua. Los olores putrefactos indican que las aguas negras están alteradas o son sépticas y son provenientes de la descomposición de materia orgánica, para controlar estos olores lo hacemos mediante preaíreación, precoloración y otras fuentes como los oxidantes de ozono para tratar sustancias causantes de olor en los afluentes de los tratamientos preliminares.

Temperatura: la temperatura de las aguas negras es por lo general mayor que la temperatura del agua para abastecimiento como consecuencia de la incorporación de agua caliente proveniente del uso domestico e industrial. La medición de la temperatura es de suma importancia debido a que la mayoría de los sistemas de tratamiento de aguas negras incluyen procesos biológicos que dependen de la temperatura. También es un parámetro muy importante ya que afecta

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directamente las reacciones químicas y las velocidades de reacción, la vida acuática y la adecuación del agua para fines benéficos. Cuando la temperatura es baja, el crecimiento y la reproducción de los microorganismos son bajos también.

Potencial de Hidrogeno (PH): este sirve para medir la intensidad de acides o alcalinidad del agua, los valores del potencial de hidrogeno están en el rango de 0 a 14, y si este presenta valores menores de 7 se determina acides creciente, y cuando presenta valores mayores que 7 indican alcalinidad creciente, y cuando es 7 indica la neutralidad.

2.3.8.2 CARACTERISTICAS QUIMICAS: Una vez que se hablo de las características físicas de las aguas negras, es importante también mencionar sus características químicas.

Las cuales contienen materia orgánica e inorgánica y son provenientes de residuos de animales, vegetales y sobre todo de actividades humanas, así como los diferentes desechos que no son degradables como lo son los productos de limpieza y desinfectante, esto hace alterar las características químicas del agua como lo son: los aceites y las grasas, nitrógenos totales y fósforos totales.

Existen otros parámetros que miden el grado de contaminación con el oxigeno consumido, y este se determina mediante las pruebas de: Demanda Química del Oxigeno y Demanda Bioquímica del Oxigeno.

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Aceites y Grasas: se le determina a las sustancias que interfieren con el paso del oxigeno de la atmósfera al agua y con la penetración de los rayo solares en el recurso hídrico, y sirven de acceso a las aguas negras los siguientes componentes: manteca de animales, grasas y aceites, y otras sustancias de índole grasoso. Estas grasas no se descomponen fácilmente por las bacterias ya que es uno de los compuestos orgánicos más estables. Nitrógenos totales: son los principales elementos nutritivos en las descargas, por que estos sirven de aumento a los microorganismos responsables de la estabilización de la materia orgánica, y le proporciona energía a sus actividades y desarrollo en una planta de tratamiento de aguas negras por medio biológicos. Este elemento proporciona el crecimiento de algas marinas dentro de las aguas negras desarrollando la flora acuática y esto hace que se eleve el con sumo de oxigeno que es sustraído del cuerpo hídrico.

Demanda Química del Oxigeno: (DQO) Parte de los materiales orgánicos no ce pueden degradar biológicamente por que resultan ser tóxicos a los microorganismos o por que su reducción llaga hacer tan lenta que son considerados como no biodegradables. Estos materiales son los pesticidas, insecticidas y herbicidas. Para conocer la cantidad de este tipo de materiales orgánicos no biodegradables se hace la prueba de Demanda Química del Oxigeno (DQO), junto con la Demanda Bioquímica del Oxigeno (DBO) se puede calcular la cantidad de orgánicos biodegradables presente en el agua. Esto se puede lograr restando el valor Demanda Química del Oxigeno (DQO), al valor de Demanda bioquímica del Oxigeno (DBO).

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Demanda Bioquímica del Oxigeno (DBO): Es la cantidad de oxigeno que utilizan los microorganismos para llevar acabo la reducción de la materia orgánica. En la prueba estándar de (DQO) es para conocer la eficiencia en las plantas de tratamiento, en lo que a la remoción de materia orgánica se refiere, además proporciona el grado de contaminación de los recursos hídricos. El tiempo para complementar la materia orgánica es de 20 días, pero el análisis ha sido normado en un periodo de incubación de 5 días.

2.3.8.3 CARACTERISTICAS BIOLOGICAS: Dentro de las aguas negras y especialmente las de origen biológico contiene intocables organismos vivos. La parte orgánica es la parte viva que se encuentra en las aguas negras y esta presencia es el motivo para tratamiento de las mismas.

Clasificación de microorganismos: los microorganismos vivos presentan dos tipos generales: bacterias y otros organismos vivos más complejos. De acuerdo a su estructura estos pueden ser: Protistas inferiores o procarióticos y este medio pertenecen las algas de color Azul- Verdiosa. Protistas superiores o eucariótico: a este grupo pertenecen los protozoos, algas, hongos y levaduras.

Protozoos: estos organismos microscópicos, unicelulares móviles de un orden de magnitud mayor que las bacterias, a las que consume como fuente de energía.

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Y estos también actúan como purificadores de los efluentes de los procesos biológicos en el tratamiento de las aguas negras al consumir bacterias y materia orgánica suspendida.

Bacterias: las bacterias consumen alimentos solubles y por lo general se encuentran donde haya humedad y alimentos. Estas se pueden clasificar en dos grupos los cuales son: bacterias parásitas y bacterias saprofitas. El primer grupo de bacterias se encuentran en organismos vivos, llamados huésped. Y provienen de tracto intestinal del ser humano y animal, el segundo grupo se alimentan de materia orgánica muerta y se encuentra en la descomposición de los desechos sólidos orgánicos, y producen a su vez sólidos orgánicos e inorgánicos.

Organismos Coliformes: estos organismos coliformes son provenientes del intestino del ser humano. Y la forma de este organismo es de bastoncillo, el ser humano consta con una evacuación de 100,000 a 400,000 millones de organismos coliformes por día los cuales son portadores de enfermedades.

Coliformes Totales: son microbios que se presentan en la calidad del agua, estas bacterias no solo se presentan en la leche, sino que también en la vegetación y del suelo. Algunos de estos coliformes tenemos: Escherichia Coli, Citrobacter, Enterobacter y Klebsiella.

Coliformes Fecales: se encuentran presentes en grandes cantidades en las heces humanas, y de todos los microorganismos los Escherichia Coli, tiene un origen específicamente fecal.

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2.3.9 SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS

El tratamiento de las aguas negras se debe a la remoción de los componentes indeseables que contiene, y esto se logra a través de mecanismos de tipo físico, químicos y biológicos. Por lo general se clasifican en operaciones físicas unitarias, químicas unitarias y procesos biológicos unitarios.

Operaciones físicas unitarias: son aquellos métodos empleados en el tratamiento de las aguas negras; en ellos predomina la aplicación de fuerzas físicas como la sedimentación, filtración, mezcla, tamizado etc.

Procesos químicos unitarios: este método se utiliza en la remoción de transformación

de contaminantes presentes en las aguas negras, y estos

producen insumos químicos o reacciones químicas.

Procesos biológicos unitarios: este es uno de los métodos por los que la remoción de contaminantes se realiza por medio de las actividades biológicas, las cuales pueden ser de manera aeróbica o anaeróbica. Ejemplo de ellos pueden ser los filtros percoladores, procesos de lodo activos, lagunas de estabilización, filtro anaeróbico, lagunas anaeróbicas etc.

Capitulo II: Marco Referencial

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2.3.10 TIPOS DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS NEGRAS:

Figura: 2.4 En esta figura observamos la secuencia de las aguas negras de una vivienda hasta la planta donde recibirán los diferentes tipos de tratamiento que se desarrollan en la planta.

Debido a los componentes indispensables en las aguas negras e logran mediante las diferentes etapas de tratamiento:

-

Tratamiento Preliminar o Pretratamiento.

-

Tratamiento Primario

-

Tratamiento Secundario o Biológico

-

Tratamiento Terciario.

Capitulo II: Marco Referencial

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2.3.10.1 Tratamiento Preliminar o Pretratamiento:

Los tratamientos preliminares o pretratamiento son destinados a preparar las aguas negras para que estas puedan recibir un tratamiento subsiguiente sin perjudicar a los equipos mecánicos y sin obstruir la tubería y causar depósitos permanentes en los tanques. Sirven también para minimizar algunos efectos negativos al tratamiento tales como grandes variaciones de caudal y de composición y presencia de materiales flotantes como aceites, grasas. Los objetivos del tratamiento preliminar son:

-

Acondicionar las aguas negras para ser tratada en las siguientes etapas del proceso de tratamiento.

-

Reducir la acumulación de materiales en los procesos ubicados aguas abajo del tratamiento preliminar

-

Remover materiales que puedan interferir con los equipos y procesos de tratamiento aguas abajo.

Dentro de las unidades de tratamiento preliminar o pretratamiento tenemos las siguientes:

-

Rejas

-

Desarenadores

-

Medidor de caudal

-

Bombeo

Capitulo II: Marco Referencial

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Canal de Rejas (Pre-Tratamiento) 8 Tiene como objetivo la remoción de los materiales gruesos, los cuales podrían perjudicar el sistema de conducción de la planta. Está formada por barras separadas en claros libres entre 1.0 y 5.0 centímetros, comúnmente 2.5 centímetros y colocadas en un ángulo de 30 y 60 grados respecto al plano horizontal. Los sólidos separados por este sistema son finalmente eliminados enterrándolos o incinerándolos.

Desarenador (Pre-Tratamiento) 8 El sistema más utilizado para extraer la arena que va dentro de las aguas negras es el desarenador rectangular de flujo horizontal. Los sólidos inorgánicos como arenas, cenizas y grava, a los que se les denomina como “arenas” varían en cantidad, dependiendo de factores como geología, y si la red de alcantarillado es sanitaria o combinada (la combinada contiene más arena y grava). Las arenas pueden causar serias dificultades operatorias en los tanques de sedimentación y en la digestión de los lodos, por acumularse alrededor de las tuberías de entrada causando obstrucción. Fig. 2.5 Desarenador, Santa Ana

El desarenador está conformado por una caja o canal, en donde las partículas se separan del líquido por gravedad. Normalmente se construye dos en forma paralela, con la intención de dejar funcionando un canal mientras el otro se limpia.

8

Fuente: Guía Para el Manejo de Excretas y Aguas Residuales Municipales.

Capitulo II: Marco Referencial

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Medidor del Caudal (Pre-Tratamiento) 8 Para un adecuado control de un sistema de tratamiento, es necesario conocer el caudal que ingresa a la planta. Existen varias opciones para la medición de los caudales, incluyendo: 1) equipo eléctrico que trabaja por medio de censores: puede registrar automáticamente las variaciones de caudal. 2) vertederos en canales, como el vertedero Sutro o el canal Palmer Bowlus o Parshall; la ventaja de este tipo de sistemas es que no utilizan energía para su funcionamiento y solamente dependen de la lectura periódica del operador del sistema.

Fig. 2.6 Medición de caudal con vertedero, Suchitoto.

Bombeo (Pre-Tratamiento) 8 Igual que para sistemas de alcantarillado sanitario, es siempre mejor evitar el bombeo dentro de una planta de tratamiento, aprovechando de pendientes naturales. Sin embargo, a veces es necesaria una estación de bombeo; lo más común es la necesidad de elevar el agua de entrada de la planta (después de las rejas y desarenador idealmente para proteger las bombas) o a la salida de la planta para la descarga final.

2.3.10.2 Tratamiento Primario: Este tratamiento consiste en la remoción de los sólidos orgánicos sedimentables que transporta el agua. Otra cualidad de este tratamiento es que disminuye

la

carga

orgánica

del

agua

a

través

acondicionándola para el tratamiento secundario. 8

Fuente: Guía Para el Manejo de Excretas y Aguas Residuales Municipales.

de

procesos

físicos

Capitulo II: Marco Referencial

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Los tipos de tratamiento que contiene son: -

Fosa séptica, Tanques Imhoff, Sedimentadotes primarios

Fosa Séptica (Tratamiento Primario).8 Estos dispositivos combinan los procesos de sedimentación y de digestión anaerobia de lodos; usualmente se diseñan con dos o más cámaras que operan en serie. En el primer compartimiento se efectúa la sedimentación, digestión de lodos y su almacenamiento. Debido a que en la descomposición anaerobia, se produce gases que suspenden a los sólidos sedimentados en la primera cámara, se requiere de una segunda cámara para mejorar el proceso, evitando que los sólidos sean arrastrados con el efluente. Dicho efluente se encuentra en condiciones sépticas y aun lleva consigo un alto contenido de materia orgánica disuelta y suspendida, por lo que requiere un tratamiento posterior. Tanques Imhoff (Tratamiento Primario).8 Es una unidad de confinamiento de sedimentación de dos niveles. Se le utiliza como estanque de sedimentación y cámara de digestión. El Tanque Imhoff es una unidad compacta, cuyo estanque de sedimentación está ubicado sobre una cámara de digestión. El material que se sedimenta se desvía para que pueda deslizarse directamente hacia la región de digestión. El dispositivo de retención en la superficie de deslizamiento impide que el gas ascienda y altere el proceso de sedimentación. Los Tanques Imhoff se construyen con perfiles circulares y cuadrados. Para comunidades de 5,000 habitantes o menos, los Tanques Imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de las aguas negras domesticas; tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas; sin embargo, para su uso correcto se requiere que las aguas negras pasen por el proceso de cribado y remoción de arena. Son convenientes en climas calurosos pues esto facilita la digestión de los lodos. En la selección de esta unidad de tratamiento se debe de considerar que los Tanques Imhoff pueden producir olores desagradables. 8

Fuente: Guía Para el Manejo de Excretas y Aguas Residuales Municipales.

Capitulo II: Marco Referencial

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Sedimentadotes Primarios (Tratamiento Primario).8 A diferencia de la fosa séptica y los Tanques Imhoff, en estas unidades no se trata los lodos por lo que los lodos necesitan de tratamiento adicional. Estas unidades pueden ser redondos o rectangulares, y tienen como función la reducción de los sólidos suspendidos, grasas y aceites de las aguas negras. Las eficiencias esperadas son del 55 % de los sólidos. Cuando se utilizan coagulantes, por ejemplo sulfato de aluminio, cloruro férrico o sulfato férrico, para aumentar la eficiencia del sistema, este es considerado tratamiento primario avanzado. 2.3.10.3 Tratamiento Secundario. 9 Por lo que toca al tratamiento secundario, la CNA establece que su objetivo es remover o estabilizar las materias que puedan descomponerse (putrefacción) y que estén suspendidos, en estado coloidal o en solución. Para lograr esto, la CNA considera factibles los mecanismos de filtración y tratamiento biológico por contacto. Es importante recalcar que el organismo sugiere los métodos de filtración biológica, la de lodos activados y las lagunas aerobias, anaerobias y facultativas, así como las zanjas de oxidación. Lodos Activados (Tratamiento Secundario).8 Este proceso es el más utilizado para plantas de tratamiento grandes en países económicamente avanzados. Es un proceso que requiere un alto nivel de energía y de control para su buena operación. El nombre de este proceso proviene de la producción de una masa “activada” (viva) de microorganismos capaz de estabilizar un residuo vía procesos aerobios. El proceso consiste en introducir el residuo orgánico en un reactor en donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión (líquido mezcla). El ambiente aerobio en el reactor se consigue mediante el uso de difusores o de aereadores mecánicos, que también sirven para mantener el líquido mezcla en estado de mezcla compuesta.

8 9

Fuente: Guía Para el Manejo de Excretas y Aguas Residuales Municipales. Fuente: Manual de Normas Técnicas del Proyecto de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales de la CNA

Capitulo II: Marco Referencial

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Después del reactor aerobio sigue un sedimentador secundario, lo cual remueve sólidos y las células de las bacterias. Una parte de las células sedimentadas se recirculan para mantener en el reactor la concentración de células deseadas, mientras que la otra parte se purga del sistema.

Lagunas Aeróbicas (Tratamiento Secundario).8 Como su nombre lo indica, son lagunas que operan en presencia de aire. Son de poca profundidad, no más de 80 cm., lo que propicia la proliferación de algas, que suministran una buena parte del oxígeno necesario. No pueden ser utilizados para aguas negras crudas porque estas tienen un DBO5 demasiado alto; requieren un pre-tratamiento primario. Se logran eficiencias de DBO5 de 65 % a 75 %. Su desventaja principal es la cantidad de terreno que requieren. Se pueden cubrir lagunas con plantas acuáticas, los cuales sustituyen las algas en proveer oxígeno al ambiente, pero es necesario entonces tener un programa de cosecha de las plantas, o pueden crear un problema.

Lagunas Anaeróbicas (Tratamiento Secundario).8 Generalmente se usan como una primera depuración o pre-tratamiento. Se puede considerar como un digestor, ya que se le aplican cantidades de materia orgánica o carga orgánica por unidad de volumen de manera tal que prevalezcan las condiciones anaerobias, es decir la ausencia de oxígeno. Una desventaja de este tipo de lagunas es que pueden producir malos olores esporádicamente, principalmente debido a variaciones bruscas de temperatura, lo cual impide su localización en lugares cercanos (500m) de zonas habitadas. Generalmente son estanques profundos de 3 a 5 metros de profundidad. Si el afluente tiene alto contenido de sulfatos, los olores pueden ser fuertes, y se recomienda evitar el uso de lagunas anaerobias.

8

Fuente: Guía Para el Manejo de Excretas y Aguas Residuales Municipales.

Capitulo II: Marco Referencial

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Lagunas Facultativas (Tratamiento Secundario).8 Es una combinación de áreas con y sin oxígeno. Se diseñan con una profundidad variando normalmente entre 1.5 a 2.0 metros y una cantidad de materia orgánica o carga orgánica por unidad de volumen que permita el crecimiento de organismos aeróbicos y facultativos (estos últimos pueden reproducirse tanto en presencia como en ausencia de oxígeno). Es el tipo de lagunas más usado por su flexibilidad; requieren menos terreno que las aerobias y no producen los posibles olores de las anaerobias. Como en todos los procesos biológicos, un factor que afecta la eficiencia es la temperatura.

2.3.10.4 Tratamiento Terciario 9. El Tratamiento final sugerido por la dependencia es la cloración, con lo que se tendrá un tratamiento parcialmente completo, Se dice que esta parcialmente completo debido a que no han sido aun eliminados los metales pesados y sustancias toxicas inorgánicas que se encuentran disueltas y no suspendidas. Para lograr esto se necesitaría la implementación de un tratamiento terciario. Este ultimo excede muchas veces las necesidades de tratamiento por lo que el tratamiento normalmente llega a un nivel secundario con cloración. Lo que asegura un agua clara, sin olores y baja en contenido microbiano.

8 9

Fuente: Guía Para el Manejo de Excretas y Aguas Residuales Municipales. Fuente: Manual de Normas Técnicas del Proyecto de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales de la CNA

Capitulo II: Marco Referencial

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2.4 Marco Normativo

Las principales normas que rigen los proyectos encaminados al tratamiento de aguas negras son las siguientes:

2.4.1 Alcance del Proyecto

El Diseño se realizara para un tiempo mínimo de diseño 20 años. (Normas técnicas de ANDA, sección II, numeral 1). “En este diseño el período de vida útil es de 25 años dado que una obra de esta magnitud no se le puede estar construyendo para cortos períodos de vida útil debido a la magnitud de sus costos y su vital importancia en el diario vivir de la población”

2.4.2 Magnitud y Distribución de Población Futura, Pn.

Dentro de la Normativa Técnica de ANDA en la sección II, numeral 2 establece que la población futura se calculará con base a datos de los censos de población y proyectándola aplicando el método de calculo de población mas apropiado ya sea el método geométrico o aritmético

Capitulo II: Marco Referencial

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2.4.3 Población de Diseño.

Para esta también necesitaremos del 100% de la población futura o un porcentaje menor, determinado por las limitaciones de orden físico o legal que restrinjan el desarrollo de áreas de la ciudad y de sus habitantes, tomado de normas técnicas de ANDA, sección II, numeral 3.

“En vista que no hay restricciones de orden físico en este caso se tomará la población de diseño igual al 100% de la población futura para garantizar su funcionalidad a lo largo de toda su vida útil ”

2.4.4 Caudal de Diseño

Este se calculara de la siguiente forma teniendo en cuenta que El caudal de diseño será igual al 80% del consumo máximo horario correspondiente al final del período de diseño más una infiltración potencial a lo largo de la tubería de 0.20 lt/seg.ha y más un caudal industrial de 0.40 lt/seg.

9 "La Capacidad de las tuberías será igual al caudal de diseño, multiplicado por un factor de seguridad, el cual dependerá de la magnitud de variaciones de caudal así:"

Capitulo II: Marco Referencial

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2.4 Factor de Seguridad Ø COLECTOR

FACTOR DE

Ø

FACTOR DE

SEGURIDAD

COLECTOR

SEGURIDAD

8” ≤ Ø ≤ 12”

2.00

30”

1.45

15”

1.80

36”

1.40

18”

1.60

42”

1.35

24”

1.50

48”

1.30

En nuestro caso utilizaremos un factor de seguridad igual a dos, para colectores de 8”< Ø