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Alternativa s de saneamiento Memoria de Diseño y Especificacione s Técnicas Centro de Estudios y Promoción para el Habitar El presente tiene como objetivo dar a conocer los criterios de diseño utilizados para el dimensionamiento de las propuestas de alternativas de saneamiento para la comunidad de Auhya Pihny, municipio de Bilwi de la Región Autónoma Atlántico Norte.

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Alternativas de saneamiento

Memoria de Diseño y Especificaciones Técnicas

Centro de Estudios y Promoción para el Habitar

El presente tiene como objetivo dar a conocer los criterios de diseño utilizados para el dimensionamiento de las propuestas de alternativas de saneamiento para la comunidad de Auhya Pihny, municipio de Bilwi de la Región Autónoma Atlántico Norte.

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Contenido1. Generalidades......................................................................................................................2

2. Tratamiento de aguas negras y disposición de excretas......................................................3

2.1 Población a servir.........................................................................................................3

2.2 Caudal de diseño..........................................................................................................3

2.3 Periodo de diseño.........................................................................................................3

2.4 Estructura de entrada (caseta de letrina).....................................................................4

2.5 Tanque Séptico o Fosa Séptica.....................................................................................4

2.5.1 Criterios de diseño:...............................................................................................4

2.5.2 Dimensionamiento (formulas utilizadas)..............................................................5

2.6 Zanja de infiltración......................................................................................................6

2.6.1 Criterios de diseño................................................................................................7

2.6.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar)...............................................................7

3. Tratamiento de aguas grises...............................................................................................10

3.1 Población a servir.......................................................................................................10

3.2 Caudal de diseño........................................................................................................10

3.3 Pretratamiento o tratamiento primario (tanque separador de grasas)......................11

3.3.1 Criterios de diseño..............................................................................................11

3.3.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar).............................................................11

3.4 Tratamiento biológico (biofiltro)................................................................................12

3.4.1 Criterios de diseño..............................................................................................12

3.4.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar).............................................................12

Anexos

Anexo I………………………………………………………………………………………………………..Memoria de Cálculos

Anexo II……………………………………………………………………………………………………..

Anexo III……………………………………………………………………………………………....Especificaciones Técnicas

Anexo IV………………………………………………………………………………………………………………………….…Planos

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1. Generalidades

El sistema propuesto como medida de saneamiento para la evacuación, tratamiento y disposición final de las aguas negras y grises producidas en cada familia de la comunidad de Auhya Pihni consiste en la implementación de sistemas individuales que se ven necesario por las características de esparcimiento urbano de la comunidad, los sistemas propuestos son los siguientes:

1. Sistemas de tratamiento y disposición de excretas y aguas negras.2. Biofiltro domiciliar para el tratamiento de las aguas grises provenientes de los

equipamientos de lavanderos comunitarios.

A continuación se presentan los criterios de diseño para los tratamientos de aguas negras y grises propuestos:

2. Tratamiento de aguas negras y disposición de excretas.

Este es diseñado de forma individual, se propone dos tipos de diseño para el tratamiento y disposición de aguas negras provenientes de una sola familia, y un segundo sistema que será de forma colectiva; compartido por dos familias el cual por consiguiente tendrá la capacidad de tratar la suma de ambos aportes. Estos sistemas estarán compuestos por lo siguiente:

Caseta de letrina con Taza Rural + Tanque o fosa Séptica + FAFA + Zanja de Infiltración.

Las consideraciones técnicas para su dimensionamiento se describen a continuación :

2.1 Población a servirLa propuesta de diseño de la fosa séptica está diseñada para un total de 6 habitantes por persona, en el caso de la fosa individual, y 12 habitantes en caso que esta sea compartida por un dos familias. El número de habitantes a servir por cada sistema esta porpuesto en relación a datos arrojados por estudio sociohabitacional elaborado previamente por HABITAR. Y considerando las normas mínimas nacionales habitacionales, la cual fija un número máximo de 6 personas para una sola vivienda.

2.2 Caudal de diseñoEl aporte de agua al sistema estará dado por la suma de aguas negras y grises producidos por cada habitante, dicho aporte está enteramente relacionado con la dotación de agua potable suministrada, la que está establecida en 60 lppd1 para el caso de los diseños de abastecimiento de agua potable propuestos.

1 Sistemas de agua potable por medio de conexiones domiciliares de patio, Diseño de Abastecimiento de Agua en Medio Rural, INAA.

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El caudal de diseño (Qd) estará dado por el producto de la dotación de agua suministrada a cada habitante por el número de habitantes equivalentes que tratara cada sistema.

2.3 Periodo de diseño.El periodo de diseño se estipulo considerando tener un periodo de mantenimiento esporádico; el cual fue establecido para 5 años, lo que indica que el mantenimiento se realizara cada 5 años, este consistirá en el retiro del 80% de los lodos producidos en la cámara de la fosa séptica. A cada unidad se debe de dar mantenimiento, siendo lo trabajos requeridos 100% responsabilidad de cada familia.

2.4 Estructura de entrada (caseta de letrina).Como estructura de entrada se contara con una caseta de letrina, la cual estará construida de madera en relación al diseño típico de casas establecidas en la región por el organismo Hábitat para la Humanidad, la caseta contara con una Taza Sanitaria tipo “Taza Rural”, elaborada en porcelana, que ha sido implementada en proyectos de la región, teniendo acogida y aceptación por las comunidades donde se ha implementado.

2.5 Tanque Séptico o Fosa SépticaLa fosa séptica es un compartimiento con características de sedimentador de las partes gruesas que van al fondo y donde las partículas livianas y las grasas se acumulan en la parte superior. Al darse la acumulación de partículas se define una primera etapa de tratamiento y al darse una primera descomposición de la materia, por las condiciones anaerobias y la biodigestión lograda, se entera en lo conocido como avance de una siguiente etapa biológica de tratamiento.

Este tipo de tratamiento se diseña fundamentalmente para la remoción de la carga de orgánica (DBO, DQO), sólidos en suspensión, sólidos disueltos, sedimentables y totales, con la finalidad que cumpla con las normas de vertido de efluentes descritas en la ley ambiental del Ministerio de Recursos Naturales y del Medio Ambiente (MARENA), en el Decreto 33-95. Los principios que se han orientado al diseño del tanque séptico son los siguientes:

2.5.1 Criterios de diseño:

El ancho mínimo interno del tanque séptico deberá ser de 0.80 metros y deberá ser menor de dos veces la altura ( b < 2h), ya que es el espacio más pequeño en que puede trabajar una persona durante la construcción o las operaciones de limpieza.

La profundidad mínima se establecerá en 1.0 m de los liquido almacenados y no deberá ser nunca superior a la longitud total.

La relación entre el largo y ancho deberá ser como mínimo de 2:1 y como máximo 4:1.

Entre el nivel superior de natas y al superficie inferior de la losa de cubierta deberá quedar un espacio libre de 0.20 metros, como mínimo.

Los dispositivos de entradas deberán ser construidos mediante Tee’ o pantallas. El nivel de la tubería de salida del tanque séptico deberá estar situado a 0.05 metros

por debajo de la tubería de entrada. La contribución de lodo fresco deberá ser de 1 litro por persona por día.

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Las prolongaciones de los ramales del fondo de las Tees o pantallas de entrada o salida, serán calculadas por la fórmula (0.47/A+0.10).

La parte superior de los dispositivos de entrada y salida deberán de dejar una luz libre para ventilación de no menos de 0.05 metros por debajo de la losa de techo del tanque séptico.

Las tapas de inspección principal o de acceso deben tener como mínimo un ancho de 0.60 metros.

Las fosas mayores de 2 metros de largo deberán tener al menos dos tapas de inspección.

2.5.2 Dimensionamiento (formulas utilizadas)

El procedimiento de cálculo con el que se apoya la determinación de las dimensiones de los tanques sépticos, toma en cuenta las indicaciones, producto de las investigaciones realizadas por los señores Dr. D.D. Mara profesor de la Universidad de Leeds, Inglaterra y el Dr. G.S. Sinnatamby, coordinador técnico del programa HABITAT, Naciones Unidas, los que han definido lo que han llamado procedimiento racional para el diseño de tanques sépticos para climas cálidos y tropicales2. Las formulas a seguir para su dimensionamiento son las siguientes:

Caudal medio de contribución.

El caudal de contribución o caudal de afluente al sistemas de tratamiento esta dado por la contribución de desechos líquidos, la cual se basara en la dotación de agua potable suministrada a cada habitante por el número de contribuyentes o habitantes equivalentes para los cuales se diseñara cada sistema.

Qm=N∗C

Donde;

Qm: Caudal medio de contribución (litros/día)N: Número de contribuyentes en hab. C: Contribución de desechos en lppd

El volumen de la fosa séptica estará compuesto por tres volúmenes a considerar según los procesos que se llevan dentro de un tanque séptico, de esta manera se presenta lo siguiente:

Volumen para la sedimentación.

∀s=10−3 (P ) (Q ) t n

Donde;

P: población o cantidad total de personas a atender.Q: caudal de aguas a y tratar

2 The public health engineer, No 14, Octubre de 1986.

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th: tiempo de retención hidráulica a considerar en este proceso.

Volumen para la biodigestión.

∀d=(0.5 ) (10−3 ) (P∗t d )

Donde;

P: población o cantidad total de personas a atender.td: tiempo de retención requerido para la biodigestión de la materia orgánica, que se calcula por la siguiente expresión: (td= 28 (1.035)35-T), en función de la temperatura en grados Celsius estimada del agua a tratar.

Volumen para el almacenamiento de los lodos digeridos

∀a=10−3∗r∗P[n−( td365 ) ]

Donde;

R: Factor que caracteriza las aguas y en consecuencia los lodos que se producirán (esto es cuando se lleva al tanque séptico solo aguas de inodoro: r= 30 litros/(persona-año); o cuando se enviaran todos los desechos líquidos de una vivienda, r= 40 litros/(persona-año), para el caso de nuestros diseños se tomo el segundo caso (r= 40 litros/(persona-año)).

P: Población a atender.

N: Periodo entre limpieza o remoción de lodos que se desea definir en años.

Td: tiempo de retención requerido para la biodigestión de la materia orgánica, a calcular con formula anteriormente mostrada y en función de la temperatura estimada en grados Celsius del agua a tratar.

Volumen total de líquidos en este tanque

∀TL=∀ s+∀d+∀a (m3)

2.6 Zanja de infiltración.

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Para suelos arcillosos como los encontrados en el sitio de estudio se recomienda la implementación de zanjas de infiltración3. La zanja de infiltración consiste en una excavación larga y angosta realizada en la tierra para acomodar las tuberías de distribución de agua residual sedimentada en el tanque séptico y para su consiguiente infiltración en el suelo permeable o semipermeable.

En esta etapa se dan dos situaciones, una de ellas es la continuación del tratamiento secundario por medio de la biodigestión de la materia orgánica disuelta en el efluente de la fosa séptica, este proceso es realizado por las bacterias adheridas a las piedras; la otra situación está representada por la capacidad de absorción del terreno existente.

2.6.1 Criterios de diseño

Todo campo de absorción tendrá como mínimo dos líneas de distribución, las líneas de distribución deberán ser de igual longitud, la separación de eje a eje, no deberá ser de 2.10 metros.

La tubería de distribución deberá estar conformada por tubos de PVC, asbesto cemento, mortero cemento-arena, u otro material apropiado de 100 mm, 4” de diámetro, alternativamente podrán practicarse en la parte baja de los tubos, perforaciones de 13 mm de diámetros espaciados en 0.1 metro.

En el fondo de la zanja de infiltración se acomodara una capa de grava limpia de 0.15 m, de espesor, constituida con material con granulometría entre 2.5 y 5 cm, sobre ella se colocara la tubería de distribución y se la cubrirá con la misma grava, encima de la grava gruesa se colocara una capa de grava fina de 0.10 m. de espesor y granulometría entre 1 y 2.5 cm. Sobre la capa de grava fina para evitar la alteración del material filtrante se colocara piel grueso, o una capa de 5 centímetros de espesor de paja o cualquier otro tipo de material permeable que facilite la evotranspiración del agua aplicada en la zanja de infiltración.

Sobre el papel, o la capa de paja se colocara material de terreno, hasta alcanzar el nivel del suelo natural. Se deberá evitar compactar el material de relleno para no afectar la cama de grava y considerar la formación de un camellón para compensar el humedecimiento del terreno causado por el asentamiento natural del mismo.

La profundidad de la zanja deberá estar en función de la topografía natural del terreno y no deberá ser menor de 0.5 metros.

El ancho de la zanja deberá estar en función de la capacidad de absorción de los terrenos y podrá variar entre un mínimo de 0.4 m, a un máximo de 0.9 m.

La pendiente mínima de la tubería de distribución será de 1.5% y un valor máximo de 3.0% pero en ningún caso ha de exceder el 4.5%.

2.6.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar)

3 Normas técnicas nicaragüenses, Saneamiento básico rural Rural, INAA.

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La capacidad de la zanja de infiltración se calcula en base a los resultados de las pruebas de infiltración que se hagan en cada estrato, usándose un promedio ponderado para definir el diseño, para el caso de la comunidad de Auhya Pihni se logro determinar durante prueba de campo que la tasa de infiltración (T) es de 2.3 min/cm, lo que indica que las velocidades de infiltración (Vp) de los suelos se mantienen en el valor de 1x104 m/seg4.

Caudal medio de contribución.

El aporte de agua que realizara cada persona será el mismo del efluente de la fosa Séptica, por tal motivo los cálculos para la obtención de este caudal se realizaran con la misma fórmula, pero haciendo la conversión a metros cúbicos por segundo:

Qm=N∗C

Donde;

Qm: Caudal medio de contribución (m3/seg)N: Número de contribuyentes en hab. C: Contribución de desechos en lppd.

Área de infiltración.

Ai=QVp

Donde;

Ai: Area de infiltración (m2).Q: aporte o caudal de agua (m3/seg).Vp: velocidad de infiltración estimada (m/seg).

El area de infiltración deberá ser afectado por otros factores propios del sitio donde será implementada, donde se consideran como los más importantes la precipitación (Fp) y el revestimiento superior (rc), estos factores se han establecido para países tropicales como el nuestro en 2.5 para el caso de Fp y el revestimiento superior estará en función del revestimiento a utilizar sobre la zanja (“0” con nada cubriendo la superficie del terreno y casi “1” al cubrirse.

Por lo tanto:

Superficie o área verde requeridaA c=Ai (Fp)

Donde;

4 Alternativas de Aguas y Saneamiento para la comunidad de Auhya Pihnni, HABITAR 2010

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A`c: superficie o area verde requerida.Fp: Factor de precipitación. (2.5, Para un medio con periodos de precipitación la mayor parte del año).

Superficie del campo de infiltración.

Ac= A c1−rc

Donde;

A`c: superficie o area verde requerida.Rc: revestimiento superior (para nuestro caso, no existirá revestimiento superior, por lo

tanto se asume un valor de cero.

Perímetro efectivo

Para este cálculo se fijara un valor para el ancho de la zanja de infiltración (w), de igual manera se fijara un valor de grava bajo la tubería (D) y se calculara el perímetro efectivo por la siguiente fórmula:

Pe=0.77 (W+56+2D )

W +116

Donde;

Pe: perímetro efectivoW: ancho de la zanja de infiltración (cm).D: espesor de la capa de grava bajo la tubería (cm).

Longitud total de la zanja

lz= AiPe

Donde;

Lz: longitud total de la zanjaAi: Area de infiltración.D: perímetro efectivo.

Separación entre zanjas (ancho de la superficie de infiltración).

ls= AcLz

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Donde;

Ls: separación entre zanjasAc: Área de infiltración.Lz: longitud total de la zanja.

3. Tratamiento de aguas grises

Como medida de tratamiento de aguas grises se proponen la implementación de biofiltros domiciliares, especialmente para de las aguas grises provenientes de los equipamientos de puestos públicos de lavado.

Los biofiltros son unidades de tratamiento para aguas grises domiciliares, que consiste en una zanja excavada, revestida e impermeabilizada de forma cuadrada o rectangular, rellenada con piedrín y piedra bolón u otro material de alta porosidad y sembrado con plantas macrófitas, donde el agua fluye horizontalmente y que persigue el fundamento de flujo pistón.

3.1 Población a servirLos puestos públicos destinado para lavado comunitario lo componen un total de 18 pozos excavados, reforzados con anillos de concretos, con dispositivo de bomba de mecate para la extracción de las aguas, estos pozos están articulados a una batería de lavanderos, el fin inicial de estos equipamientos era que sirvieran como puestos comunitarios para el lavado de ropa y uso de agua. Por circunstancias algunos se volvieron privados, y semiprivados, de manera que la población que cada uno de ellos atiende es variable,

Considerando que cinco familias hacen uso de cada pozo, según hogares cercanos a este; se asume un total de habitantes equivalentes a ser atendido por un sistema de biofiltros domiciliares a 30 habitantes.

3.2 Caudal de diseñoEl agua a tratar es exclusivamente el agua resultante de la actividad de lavado de ropa, según observaciones de campo, la dotación de agua potable para puestos públicos se asume de 40 litos/persona/día5, se estima que el 50% de esta dotación es dirigida al lavado de ropa, por tanto se asume un aporte de agua de 20 litros/persona/día que procesara la unidad de tratamiento.

Sabiendo que el caudal es el producto de la dotación por la población a servir, el caudal total de aguas grises estará estimado en 60 litros/día, equivalentes a 0.6 m3/día

5 Normas Rurales de abastecimiento de agua potable (dotación, puestos públicos), INAA.

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3.3 Pretratamiento o tratamiento primario (tanque separador de grasas).

El pretratamiento consiste en dos tanques separadores de grasa, con el fin de separar la mayor cantidad de sólidos encontrados en las aguas grises, para evitar que lleguen al biofiltro y disminuyan el tiempo de saturación del material filtrante.

3.3.1 Criterios de diseño.

Los tanques deberán tener un volumen suficiente para almacenar, tres volúmenes; volumen de líquidos, sólidos y grasas que comúnmente se encuentran en las aguas grises.

Se procurara tener pendientes en las tuberías ascendentes a “cero” pero considerando una caída escalonada de las tuberías de entrada y salida del pretratamiento se conservara con un mínimo del 1%, para evitar velocidades que puedan ocasionar turbulencias que memoren los procesos de retención de los sólidos.

Los dispositivos que se utilicen en este tipo de propuestas deberán ser herméticos y resistente a la abrasividad de las aguas grises.

La parte superior de los dispositivos de entrada y salida deberán de dejar una luz libre para ventilación de no menos de 0.2 metros por debajo del t e c h o d e l o s t a n q u e s .

Tanto en la entrada como en la salida de los disposistivos a utilizar serán provistos de Tee´s para obligar al agua a realizar un trayecto que mejore las condiciones de sedimentación dentro de los tanques.

Las prolongaciones de los ramales del fondo de las Tees o pantallas de entrada o salida, serán calculadas por la fórmula (0.47/A+0.10).

3.3.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar).

Para el dimensionamiento del pretratamiento se utilizaron las formulas con las que fueron diseñada la fosa séptica, esto con el fin de garantizar un periodo de retención que asegure una pequeña degradación de la materia orgánica capturada en este pretratamiento, considerando una memora en ciertos parámetros en componentes del agua, al considerar que esta será exclusiva para aguas grises.

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3.4 Tratamiento biológico (biofiltro)

3.4.1 Criterios de diseño

El biofiltro será diseñado como un sistema de flujo horizontal con salida de flujo pistón.

La profundidad del biofiltro se establecerá entre 0.4 y 0.85 metros, partiendo del principio que Entre más profundo se encuentre el sustrato, mayor será la carga que el sistema puede procesar, pero si el sustrato es demasiado profundo, las condiciones en el fondo llegan a ser anaeróbicas y pueden suceder que la eliminación del DBO y nutrientes se vea reducida.

El material a utilizar como medio filtrante deberá poseer un alto porcentaje de porosidad con diámetro entre ¾ a 1 pulgada.

El material grueso (tipo piedra bolón) deberá tener un promedio de diámetro entre 3 y 5 pulgadas.

el largo del biofiltro nunca será menor de 2 veces el ancho del mismo. El tiempo de Retención hidráulica se establecerá entre 3 y 5 días, según experiencias

regionales con este tipo de sistemas.

3.4.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar)

Para determinar el tamaño de la biojardineras, se debe primero determinar la temperatura mínima del ambiente del sitio propuesto, la cantidad de DBO producido actualmente, y el nivel de DBO deseado para el agua del efluente. Así mismo se puede calcular el tamaño variando la profundidad de 40 a 85 centímetros para encontrar el apropiado. Por ejemplo, si hay restricción en el área de terreno disponible para la biojardineras, una profundidad de 85 cm disminuirá el tamaño del sistema.

Las formulas a continuación, nos permiten calcular el tamaño de la biojardineras. Estas están basadas en la remoción de materia orgánica utilizando la demanda bioquímica de oxigeno (DBO5; 5 días y 20°C), como parámetro fundamental.

Velocidad de reacciónSe calcula utilizando la ecuación No.1 a continuación y un k20 igual a 1.19 día –1 *tomado de “Tratamiento de Aguas Residuales Domesticas e industriales a través de la Tecnología de Biofiltro” 07/08/2001. UNI-CIEMA.

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k r=K20 (1.06(T−20) )

Tiempo de retención (residencia hidráulica)El tiempo en días necesario para reducir el DBO entrante al DBO meta en la salida está dado por la siguiente fórmula:

TRH=−ln( CC0 )kr

Donde;

Co= concentración del DBO del agua que entra en el sistema (mg/L = g/m3)C= concentración de DBO deseada del agua que sale del sistema (mg/L = g/m3)Kr= Velocidad de reacción.

Los valores de DBO razonables están entre 10 y 20 mg/L; un biofiltro puede disminuir los niveles de DBO, pero no los puede eliminar, para nuestro caso el periodo de retención varía entre 2 y 5 días, esto basado en la experiencias nicaragüense con este tipo de tecnologías.

Tasa de carga orgánicaCon esta ecuación se calcula la masa de DBO por el are por dia que el sistema recibirá (g DBO/m2-dia). En general, esta tasa no debe de exceder 11.2 g DBO/m2.

Lorg=(C ) (dw ) (n )

t

Donde;

C= nivel de DBO del agua del afluente (mg/L = g/m3).Dw= profundidad del biofiltro.