plantas de tratamiento

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS.

.1 GENERALIDADES.

'Toda población presenta desperdicios líquidos, aguas negras o cloacales, la composición de las aguas residuales en pequeños núcleos; es de origen fundamentalmente domésdco o con baja incidencia industrial. El tratamiento de esta agua consiste en la conversión natural sin interrupción de las aguas servidas en agua cuyo grado de pureza no sea peligroso para la salud pública.Las aguas servidas están compuestas en su mayor parte, de. agua y solamente un 0.08% están constituido por materias minerales u orgánicas, disueltos o en suspensión. Generalmente esta agua condene bacterias que causan enfermedades y otros productos nocivos y repulsivos para nuestro organismo.Luego de ser recogidas por el sistema de alcantarillado necesitan un tratamiento antes de su eliminación, es de suma importancia la construcción de una adecuada planta de tratamiento, para la buena salud y bienestar de una comunidad, así como mantener el equilibrio de la naturaleza en al zona.Las posibilidades de tratamiento son muy variadas: tratamientos primarios, tratamientos in situ, filtros intermitentes de arena, lagunas de estabilización, etc. Ante tan amplia gama de posibilidades, resulta necesario marcar unos criterios de selección, donde es consideren las ventajas e inconvenientes de cada sistema.

.2 COMPONENTES DE LAS AGUAS SERVIDAS.

2.1 SÓLIDOS Y MICROORGANISMOS

EL contenido total de materia sólida contenida en el agua constituye ios Sóüdos Totales (ST) comprendiendo los sólidos tanto orgánicos como inorgánicos; su valor queda definido por toda la materia que permanece como residuo de evaporación a 105°C. Estos sólidos Totales pueden encontrarse como:

Sólidos Disueltos (SD) que no sedimentan encontrándose en el agua en estado iónico o molecular.

Sólidos en suspensión (SS), que pueden ser:• Solidos Disueltos (SD), que por su peso pueden sedimentar fácilmente en un determinado período de tiempo (2 horas en cono Imhoff)Solidos en Suspension (SS), que no sedimentan tan fácilmente por su peso específico próximo al del líquido o por encontrarse en estado coloidal.

Los sólidos en suspensión sedimentables constituyen una medida de la cantidad de fango que se depositará durante el proceso de decantación en las Depuradoras.Entre la materia viva incorporada a las aguas, contemplada bajo la denominación de microorganismos, pueden citarse: virus, algas, protozoos, bacterias, hongos, insectos, rotíferos, etc.

Los microorganismos pueden clasificarse en:• Parásitos,, si viven a expensas de otro organismo vivo, pudiendo ser Benignos o Patógenos. Estos últimos pueden ser

causa de enfermedades que afecta directamente ai hombre, como hepatitis, fiebres tíficas, cóleras, salmonelosis, disenterías, etc;• Saprofitos, que viven de la.materia orgánica muerta descomponiéndola para alimentarse. De su actividad metabóíica se origina nueva materia viva, productos de desechos y formación de flóculos.

2.1

Ing. Jesús Ormachea Carazas

Estas materias dei tipo orgánico absorben de forma natural hasta su mineraliza ció n una cierta cantidad de- oxígeno, debido a los procesos químicos o biológicos de oxidación que se producen en el seno.del agua. El índice para medir este fenómeno puede efectuarse mediante el análisis de parámetros tales como:

a. -DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO (DBG)

Es la cantidad de oxígeno disuelto consumida por un agua residual durante la oxidación “por vía biológica” de la materia orgánica biodegradable presente en dicha agua residual, en unas determinadas condiciones de ensayo (20°C, presión atmosférica, oscuridad y muestra diluida con agua pura manteniendo condiciones aerobias durante la prueba) en un tiempo dado.Refleja la materia orgánica que existe en el agua, indicando el oxígeno necesario para alimentar a los microorganismos y las reacciones químicas.

b. - DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO (DQO)

Es la canüdad de oxígeno disuelto consumida por un agua residual durante la oxidación “por vía química” provocada por un agente químico fuertemente oxidante.Su determinación es más rápida que la correspondiente a la DBO, precisando su ensayo 1 o-2-horas si la oxidación se efectúa en frío, o bien 20 o 30 minutos si la oxidación se efectúa con dicromato en caliente.La oxidación es activa sobre las sales minerales oxidables, así como sobre la materia orgánica biodegradable, que existe en el agua analizada. El agua con la sustancia oxidante como puede ser el dicromato potásico y a pH determinado, se calienta para facilitar la oxidación, y luego se determina la cantidad de oxígeno desaparecido.Si bien de lo dicho anteriormente se desprende que no existe relación alguna entre la DBO y la DQO, es posible en determinado tipos de aguas residuales obtener unas curvas de correlación válidas para control.

.2.3 OXIGENO DISUELTO (OD)

Siendo la fuente energética de los seres vivos el oxígeno, este se convierte en índice fundamental para la definición y control de las aguas residuales.

La cantidad de oxígeno en el agua puede ser incrementada por:Captación del oxígeno a través de la superficie de interfase agua-aire.Acción foto sintética, debida principalmente a las algas verdes.Descenso de temperatura « Dilución

La cantidad de oxígeno puede disminuir por la respiración de los microorganismos, algas y organismos macroscópicos, elevación de la temperatura, reacciones químicas, y por la acción metabòlica de los microorganismos regidos por la acción enzimàtica.

.2.4. CICLO DEL NITRÓGENO

En su variedad amoniacal, nitritos y nitratos señalan la proximidad o distancia al punto de vertido de agua residual.

Concentración del Ion AmonioEs una primera etapa del ciclo del nitrógeno por transformación de la urea. El ión-amonio procede también de la disolución de amoníaco de alguna de sus sales, o compuestos nitrogenados eh fase de descomposición de los vertidos. El agua con un contenido reducido de amoníaco no es perjudicial para usos agrícolas, pues se transforman en nitratos (abonos), pero sí es perjudicial para la vida piscícola.

Concentración de Nitritos y Nitratos

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[gg. Jesús Ormachea Carazas - _______________________________________________________________

Los nitritos y nitratos constituyen una segunda y tercera etapa del ciclo del nitrógeno, al que se llega por la acción de bacterias aerobias y ios nitrosomas.

.2.5. FÓSFORO TOTAL

El fósforo es un elemento imprescindible para el desarrollo de los microorganismos de las aguas y en consecuencia para el proceso de depuración biológica.

El contenido de fósforo en las aguas se debe a los vertidos urbanos (detergentes, fosas sépticas, etc) y por otra parte a los vertidos de la industria agroalimentaria. El fósforo en las aguas puede encontrarse disuelto o en suspensión.

2.6. PH

En la naturaleza así como en los vertidos urbanos e industriales, se encuentran ácidos y bases que modifican ampliamente el pH de las aguas.

Las aguas urbanas tienen un pH próximo al valor 7, es decir, son adecuadas para los microorganismos neutrófilos. Unas oscilaciones significativas en el valor del pH, o bien valores bajos o altos, significan la aparición de vertidos industriales. Este parámetro sirve pues como indicador de vertidos industriales. Por otro lado, es preciso controlar el pH para garantizar los procesos biológicos, debiéndose mantener entre valores de 6,2 y 8,5 para que no se generen problemas de inhibición.

.2.7. CLORUROS

El ión cloruro está presente siempre en las aguas urbanas, siendo los valores incorporados por habitante muy ■ constantes. Este parámetro sirve para detectar vertidos industriales, cuando su concentración presente oscilaciones fuertes o valores distintos a los que corresponden a vertidos netamente urbanos. -

.2.8. GRASAS

La existencia de hidrocarburos y grasas en las aguas, genera problemas por su poder tenso activo que impiden la captación de oxígeno, o genera una película envolvente de los fió culos biológicos impidiendo su respiración y aligerándolos llevándolos a flotación, dificultándose así la decantación secundaria.

.3 TIPOS DE SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS.

El diseño y explotación de plantas de depuración en pequeños núcleos debe resolverse con la misma eficacia con la que se hace en las grandes plantas, si bien deben emplearse otros criterios de selección, tales como:

• Prioridad de procesos que requieran un tiempo mínimo de operador.Equipos que requieran un mínimo de mantenimiento.Funcionamiento eficaz ante un rango amplio de caudal y carga (en núcleos .pequeños las variaciones son grandes).Gasto mínimo de energía.Instalaciones donde los posibles fallos de equipos y procesos, causen el mínimo deterioro de calidad en el efluente.Máxima integración con.e-1 medio ambiente.

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Existen varios métodos para tratar aguas servidas que están en función del grado de contaminación con el que saldrá el efluente. A continuación presentamos un esquema que muestra dichos sistemas.

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Ing: Jesús Ormachea Carazas

PRE-TRATAMIENTOS• Desbaste Desarenado Desengrasado

TRATAMIENTO PRIMARIO Fosa séptica Tanques imhof

APLICACIÓN SUBSUPERFICIAL Zanjas filtrantes Lechos filtrantes Pozos filtrantes Filtros intermitentes de arena

APLICACIÓN SUPERFICIAL Riego (filtros verdes)Infiltración rápida Escorrentía superficial

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Laminas anaerobias

c*

Lagunas facultativas• Lagunas aerobiasLaguna anaerobia modificada Laguna aireada

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PROCESOS DE BIOPELtCULA Lechos bacterianos• Biodiscos

TRATAMIENTO CONVENCIONAL Fangos activos• Procesos físico-químicos

PILE-TRATAMIENTOS.

Son aquellos procesos que se sitúan en cabecera para eliminar residuos sólidos, arenas grasas, etc., se tiene ios siguientes:

DESBASTE: Tiene como objetivo principal, proteger a la estación depuradora de la llegada de residuos capaces de obturar y atascar a las disdntas fases del tratamiento, los procesos más empleados son las rejas y ios tamices. Las rejas se colocan *con barrotes a cierta distancia, .para comunidades menores a 5000 hab. Se recomienda que sea de limpieza manual.

DESARENADO: En el desarenador se separan las gravas, arenas, partículas minerales y cualquier otro material pesado de tamaño superior a 0.2 mm. El principio es -sedimentar las partículas por una disminución de la velocidad en la sección del desarenador.DESENGRASADO: Es un proceso de separación de grasas y flotantes, que se hace conjuntamente al desarenado, cuando este es de tipo aireado, en caso contrario, consiste en una arqueta con cargahidráulica entre 15 y 20 m, donde ese instalan deflectores en ambos extremos que impiden la salida de los flotantes.

TRATAMIENTO PRIMARIO.

Los sistemas de eliminación de sólidos en suspensión que aporta el agua residual, son diferentes según el tamaño de la población. En núcleos de población menores a 500 hab., es frecuente el empleo de

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fosa sépdca o del tanque imhof como tratamiento primario. Este tratamiento es empleado seguido de un sistema de aplicación al terreno subsuperficial, siempre que se tenga superficie suficiente y las condiciones del terreno lo permitan.

FOSA SÉPTICA: Se construye de forma enterrada y consta habitualmente de dos o más compartimientos. En el primero se produce la sedimentación, digestión y almacenamiento de sólidos en suspensión del agua residual. Los diferentes compartimientos sirven para mejorar la sedimentación y reserva de los fangos que rebosen las primeras cámaras. Es una solución muy usada en combinación con sistemas de aplicación in situ cuando la población es pequeña. Los principales problemas de su funcionamiento son los malos olores, el cúmulo de grasas y flotantes, y la necesidad de tratar sus efluentes.

TANQUES IMHOF: El tanque Imhof consta de un depósito en el que se separa la zona de decantación, que se ubica en la parte superior, de la digesdón, situada en la inferior. Los sólidos que sedimentan atraviesan unas ranuras existentes en el fondo del compardmiento superior, pasando ai- inferior para su digesdón a temperatura ambiente. Se emplea como tratamiento previo a la aplicación al terreno, biodiscos, lechos bacterianos, etc., y supone una mejora muy notable respecto del funcionamiento de la fosa séptica. El campo de aplicación para un tanque Imhof puede llegar hasta los 500 hab., debido a limitaciones constructivas.

APLICACIÓN SUBSUPERFICIAL.

En muchos casos cuando la dispersión de la población es grande, resulta más económico y eficaz el tratamiento de las aguas residuales “in situ 7, es decir an las proximidades de las viviendas o grupos de estas. La depuración consiste en un tratamiento previo, normalmente fosa séptica, tanque imhof o similar, seguido de algún sistema subsuperficial al terreno.El fundamento de los sistemas de aplicación subsuperficial consiste en introducir el agua residual, previamente tratada en nivel primario, en el terreno por debajo de la superficie. El agua se infiltra en el terreno y puede llegar a alcanzar el nivel freático, o incluso ser recogida por un sistema de drenaje inferior. El suelo en función de su textura y permeabilidad funciona como un filtro biológico, donde se desarrollan fenómenos químicos, físicos y bioquímicos causantes de la depuración de las aguas vertidas.

ZANJAS FILTRANTES: Se trata de zanjas de poca profundidad ( < 1.0 m) y anchura (< 0.45-0.80 m), excavadas en el terreno, que recogen y distribuyen las aguas residuales pre-tratadas a través de una tubería agujereada, colocada sobre un lecho de arena y cubierta de grava. La grava se cubre con un relleno vegetal, de modo que no se mezcle ni atasque el espacio ocupado por la capa de grava. En este caso la superficie de infiltración esta constituida'pdr ei'fondo de la zanja, aunque en el caso de posibles atascamientos, las paredes verticales pueden ayudar a la infiltración.

LECHOS FILTRANTES: Es un proceso similar al anterior, siendo

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las zanjas más anchas (0.9-2.00 m), convirtiéndose en lechos de grava que albergan en su fondo varis tuberías perforadas. En este caso, la superficie de infiltración esta limitada a la del fondo, lo que constituye un inconveniente, frente a posibles obstrucciones. Los rellenos de material filtrante son iguales que en las zanjas.

• POZOS FILTRANTES: Es un sistema de aplicación subsuperficial, que presenta más problemas de construcción que las zanjas y lechos, aunque los efluentes obtenidos son de gran calidad.

Estánindicados cuando el nivel freático es bajo ( > 4.0 m). En tal caso pueden construirse pozos que dispongan de una gran superficie vertical respecto de la horizontal. De esta forma se obtiene la ventaja de ocupar menos superficie de terreno que las zanjas y lechos para igual tasa-de aplicación. En este caso la superficie de infiltración es vertical.

FILTROS INTERMITENTES DE ARENA: En algunos casos el tipo de terreno hace inutüizable el empleo de los sistemas de infiltración subsuperficial, debido a su baja o excesiva permeabilidad. Sustituyendo el suelo natural por uno artificial de permeabilidad controlada, como en el caso de las arenas, se crea un sistema de infiltración artificial. Cuando al material sustituido por el terreno natural, son arenas, se forman los lechos intermitentes de arena. Se tratan de lechos de arena, con un espesor entre 60 y 90 cm, sobre una capa de grava graduada' equipada de las correspondientes tuberías drenantes para la evacuación del efluente. El agua residual se distribuye en la parte superior del lecho, a través de conductos perforados. La aplicación del agua se hace de forma intermitente, a objeto de no saturar permanentemente el lecho y poder mantener las condiciones aerobias.

APLICACIÓN SUPERFICL4JL.

Podrá definirse como el sistema de depuración del agua residual a través del terreno, con posibilidad de aprovechamientos agrícolas y forestales del mismo. Los tres procesos principales son el riego (filtro verde), la infiltración rápida y la escorrentía superficial.

RIEGO (filtro verde): Se trata de un vertido controlado de las aguas residuales tratadas previamente, por aspersión o extensión superficial por el terreno. Es el sistema de aplicación superficial donde se obtiene mejores rendimientos. El proceso de evacuación y depuración, se realiza por evapotranspiración, infiltración, necesidad de vegetación y suelo aireado. Se utiliza en terrenos de permeabilidad moderada (> 0.15 cm/hr). No es recomendable en zonas bastantes frías (congelación), lugares donde exista mucha lluvia (menos capacidad de infiltración) y es aplicable en época de cultivo. Su uso sería atrayente en zonas de lluvias escasas, después de un tratamiento previo como es el uso de

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lagunas de estabilización.INFILTRACIÓN RÁPIDA: En este caso el agua residual previamente tratada se aplica en forma intermitente a unos hoyos, cuyo fondo tiene una gran permeabilidad. El líquido se depura por infiltración a través del terreno, siendo en las capas superficiales donde la degradación es máxima. La absorción y la precipitación química son los principales mecanismos actuantes en la depuración del agua residual. La vegetación es escasa o nula, por lo que no se puede contar con esta, en la eliminación de contaminantes. Es el sistema de aplicación al terreno donde se permiten las mayores tasas, debido a la alta permeabilidad exigida en el mismo.ESCORRENTÍA SUPERFICIAL: Consiste de la descarga controlada de un efluente tratado previamente, mediante aspersión u otro método, a través de un terreno de baja permeabilidad, con pendiente y extensión suficiente, que se encuentre sembrado de .pastizales o masas forestales. La depuración se debe a fenómenos de asimilación de ia vegetación, evaporación y en menor cuantía a la infiltración en el terreno debido a su baja permeabilidad.

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.

En las lagunas de estabilización se producen reacciones biológicas, químicas y físicas tendentes a estabilizar el agua residual. Estos procesos que pueden darse en forma simultanea, incluyen fenómenos tales como: sedimentación, digestión, oxidación, síntesis, fotosíntesis, intercambio gaseoso, aireación, evaporación, filtración, etc. Las principales ventajas y ventajas de estos sistemas son:

Ventajas:Pueden admitir grandes variaciones en el caudal y la carga, con pequeña incidencia en la calidad del efluente.Requieren bajos costos en la explotación y mantenimiento, por la ausencia o.. por las ..mínimas necesidades en maquinaria y personal.

Desventajas:Necesitan grandes superficies de terreno.Producen olores cuando se llegan a condiciones anaerobias.

Se tienen los siguientes tipos:

LAGUNAS ANAEROBIAS: Cuando se reciben altas cargas de contaminación (160 a 800 Kg DBO5/IOOO m3.d) se producen fuertes demandas de oxígeno, que imposibilitan la existencia de zonas aerobias. En este caso las lagunas reciben el nombre de anaerobias. Suelen emplearse como tratamiento de aguas residuales, con fuerte componente industrial y/o agrícola, seguidas de lagunas aireadas, facultativas u otros sistemas de tratamiento mas completo, para alcanzar una estabilización mayor.Las lagunas anaerobias tienen una profundidad media de 2.5 - 6.0 m, y un tiempo de retención entre 20 y 50 días. Como mayor inconveniente para su aplicación, destaca la producción de olores debido al desarrollo de procesos anaerobios, lo que puede combatirse añadiendo nitrato,

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sódico o recirculando el efluente desde las últimas lagunas facultativas o aerobias a cabecera, que debido a sus altos contenidos de oxígeno consiguen rebajar las condiciones anaerobias, al menos en la capa superficial.

LAGUNAS FACULTATIVAS: Es la laguna típica por excelencia, también llamada laguna o estanque de oxidación. Tiene una profundidad media de 1.2 — 2.5 m, con una fase aerobia en parte superior y anaerobia en la parte inferior, donde se ubican los sedimentos que se van produciendo en la estabilización. Los tiempos de retención varían entre 25 y 180 días.El aporte de oxígeno necesario en la estabilización se produce por la acción fotosintética de las algas que conviven en el estanque con las bacterias y microorganismos que degradan la materia orgánica. Como mayor inconveniente de este sistema, es que se necesitan grandes extensiones de terreno, debido a los altos tiempos de retención de diseño. En todo caso resulta ser un sistema sencillo de aplicar en pequeños núcleos, para efluentes de aguas residuales urbanas, tanto primarios como secundarios, siempre que las necesidades de terreno no sean un obstáculo importante.

LAGUNAS AEROBIAS: Se trata de lagunas de escasa profundidad .que reciben efluentes previamente tratados, de modo que la luz penetre totalmente y las condiciones aerobias se den en todo el estanque. La oxidación de las bacterias aerobias y la fotosíntesis de las algas que proliferan en gran • medida, son los principales fenómenos biológicos que se producen en ella.La profundidad de diseño oscila entre 0.3 - 0.5 m, y los tiempos de retención entre 3 y 5 días, si bien se tienen lagunas de maduración de 20 días.

LAGUNAS ANAEROBIAS MODIFICADAS: Se trata de un sistema de laguna convencional, moditicado en cabecera, de modo que se sitúa un decantador digestor para eliminar sólidos en suspensión evitando de ese modo la coimatación y los olores de la laguna anaerobia del sistema convencional. Se obtiene, además, una reducción importante en las necesidades de superficie total, ya


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que al ser menores las cargas que llegan a las lagunas anaerobias, esta se comporta como facultativa, con efluente rico en clorofila que pasa a la siguiente laguna, ya de maduración.Tiene el inconveniente que para su funcionamiento correcto es necesario extraer los fangos del digestor de cabecera, con bastante frecuencia y así evitar que rebosen y lleguen a la primera kfguna, en cuyo caso esta tendría un comportamiento anaerobio.

PROCESOS DE BIOPELÍCULA.

Son procesos biológicos provistos de cierto material soporte,'que permanece fijo, por el contrario que sea el material soporte de la biopelícula quien se mueva en el seno del agua a tratar. En este caso el movimiento puede producirse por medios mecánicos, se dispone de los siguientes dpos:

LECHOS BACTERIANOS: Es un proceso biopelícula con medio soporte ñjo, donde se alberga la biomasa. El agua residual y el aire circulan libremente a través de los huecos que existen entre el material soporte. Los organismos presentes en la biopelícula oxidan la materia orgánica que toman del agua residual, valiéndose del aire que circula a través de ellos. Se trata de conseguir la mayor superficie específica e índice de huecos en el medio soporte, para aumentar la biomasa degradante y al. tiempo mantener una buena circulación de aire.

BIODÍSCOS: El proceso consiste en una serie de discos que giran entorno a un eje horizontal, situados dentro de un recipiente. Los discos giran en forma lenta dentro del recipiente de agua residual, con un 40% de la superficie sumergida. Cuando la superficie del disco se encuentra en el aire, la biomasa adherida en el mismo, toma el oxígeno necesario para que durante le periodo de inmersión, se produzca la degradación de la materia orgánica presente en el agua residual.

TRATAMIENTO CONVENCIONAL.

Son tratamientos de tecnologías más completas al tiempo que fiables. Se incluyen en este apartado ios fangos activos y los procesos físico-químicos, ei mayor de sus problemas son el alto costo de operación:

FANGOS ACTIVOS: El proceso más significativo es ei de canales de oxidación. Consiste en un canal, habitualmente en forma de pista de carreras, ovalada o de anillo, con sistema de aireación más frecuente por rotores, que giran en torno a un eje horizontal. El oxígeno se introduce por una intensa agitación de la superficie. Para que el funcionamiento sea

correcto, se necesita provocar una velocidad y gradiente de oxígeno uniforme en los canales. Esto se consigue con una separación entre aireadores tal que el tiempo de paso del agua entre ellos no supere los 3 o 4 minutos.PROCESO FÍSICO-QUÍMICO: El tratamiento físico-químico más frecuente consta de una coagulación, floculación y decantación. Se consiguen altos rendimientos en la eliminación de sólidos en suspensión (65 al 95 %) y DBO (50 al 70 %). También una eliminación de fósforo por precipitación. El proceso físico-químico puede incluir como tratamiento de afinación en algunos casos: Filtración, absorción, intercambio iónico, oxidación, ajuste de PK, etc. <Se usan «cuagulantes y floculantes como: Cloruro férrico, cal hidratada, sulfato de alumina, sulfato férrico y poli electrolito. En el proceso también se elimina parte de la materia en estado coloidal por sedimentación, y de los sólidos disueltos por precipitación.

.4 ELECCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO.

La información presentada a continuación, tiene como objetivo básico el facilitar la comparación relativa entre las alternativas de tratamiento, para la toma de decisiones en la selección del proceso que mejor se ajuste a las necesidades de cada localidad.Es importante resaltar que las alternativas de tratamiento que se muestran en este cuadro 110 obedecen a las mismas características dentro de los procesos de tratamiento y no entregan la misma calidad de efluente por lo que su selección final principalmente se condiciona a los requerimientos y exigencias de las leyes amfbientales, ‘•en función de los usos a los cuales se destinen las aguas residuales tratadas y a los usos de los cuerpos receptores de estas, así como a otros criterios que a continuación se enumeran:

* Campo poblacional Superficie necesaria Requerimiento de equipos y energía Tratamiento y disposición de lodos Grado de dificultad de la operación y mantenimiento Requerimiento de personal para la operación y mantenimiento

íng. Jesús Ormachea Carazas

Cuadro N° .01 Requerimiento de Equipo y Energía

CONCEPTOSEre

TratamientoTanquesSépticos

TanquesImhoff

Sedimcnt.Primario

LagunasFacultativas

LagunasAireadas

LodosActivados

Zanjas de Oxidación

1. OBRA CIVIL

Limpieza y despalme del terreno a mano Limpieza y despalme del terreno mecánicamente Trazo y nivelación para implante de estructuras Excavación por medios manuales Concreto poli re de nivelación Concreto Simple Acero de retuerzoEncofrado y desencofrado de muros ImpermeabilizantesSuministro v colección de medio filtranteLecho de secadoPiecrutamietuoExcavación por medios mecánicos Relleno compactado material propio p/formar taludes Relleno compactado p/impermeabilización de fondo Suministro y colocación de paso en taludes Suministro y colocación de pasto en taludes Encofrado y desencofrado en muros, vigas y losas

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2. OBRAS ELECTROMECÁNICAS

Estructuras de Acero XTuberías, válvulas y piezas especiales X X X X X X X

Bomba sumergible X X X XMotor eléctrico vertical X X X XMúltiple de descarga X X X X

Sub estación eléctrica X X X X XMotor reductor X X XSistema de rastras y cadenas X

Aireado tes flotantes de alta capacidadX X

Sistema de rastras para sedimentador secundario X X

Motor reductor y rotores para equipo de aireaciónX

3. TERRENO

Disponibilidad de terrenoMayor X XMenor X X X X X X

Cuadro N° .02

Ventajas y Desventajas de los Diferentes Procesos de Tratamiento de Aguas Servidas

PROCESO DE TRATAMIENTO

CUADRO COMPARATIVO

VENTAJAS DESVENTAJAS

l. Fosa Séptica • Apropiada para comunidades rurales, edificaciones, condominios, hospitales. Etc

• Su limpieza no es frecuente• Costo bajo de construcción y operación

• Mínimo grado de dificultad en operación y mantenimiento si se cuenta con infraestructura de remoción de iodos

• Su uso esta limitado a la capacidad de infiltración del terreno que permita disponer adecuadamente los efluentes del suelo• Se requiere facilidades para la remoción de lodos (bombas, camiones con bomba de vacío)

2. Tanque Imhoff • Impide el arrastre de sólidos en ei efluente• Menor tiempo de retención• Costo bajo de construcción y operación• Mínimo grado de dificultad en operación y mantenimiento• Menor disponibilidad de terreno

• Estructuras profundas (>6 m)• Efluente con mala calidad orgánica y microbiológica

3. Filtro Anaerobio • Se logran altas concentraciones de biomasa y largos tiempos de retención celular

• Pequeños volúmenes de reactor debido a altas cargas orgánicas• Su operación es relativamente estable bajo condiciones

variables de alimentación o choques tóxicos• Es adecuado para AR con bajas concentraciones de sólidos en

suspensión• No requiere de medios mecánicos.• Requiere de un área pequeña de terreno

• La acumulación de sólidos suspendidos tiene un efecto adverso en las características hidráulicas y de transferencia de masa• No son adecuados para AR con alto contenido de sólidos- suspendidos• Requiere de disposición periódica de la biomasa.• Con tiempos de retención hidráulicos relativamente cortos se reduce la capacidad para resistir choques orgánicos


Cuadro N° .03Campo Poblacional de Aplicación de las Diferentes Alternativas de Depuración

ALTERNATIVA POBLACION EQUIVALENTE •100 200 500 1000 2000 5000 10000

Fosa sépdca Tanque Imhoff

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Zanja filtrante +++ +++ +++ ++ ++ +Lecho filtrante +++ +++ ++ + ++ ++ +Filtro de arena + + + +++ +++ ++ +Lecho de turba + + +++ +++ +++ +++ ++ +Pozo filtrante ++ + +++ +++ ++ ++ fFiltro verde + ++ +++ +++ +++ ++ ++Lecho de juncos + ++ +++ +++ +++ ++ +Filtración rápida + • ++ +++ +++ +++ ++ +Esc. superficial ++ +++ +++ +++ ++ + +Lag. aireada + ++ +++ +++ +++Lag. aerobia + + ++ +++ +++ +++ ++Lag. facultativa + ++ +++ +++ +++ +++ ++Lag. anaerobia + + +++ ++ + +++ +++ +++ +++

Cuadro N° .04Superficie Necesaria de las Diferentes Alternativas de Depuración

ALTERNATIVA Superficie necesaria (m2 /

hab)Fosa séptica 0.1 - 0.5Tanque Imhoff 0.05 - 0.1Zanja filtrante 6 - 66Lecho filtrante 2 -25Filtro de arena 1 -9Lecho de turba 0.6 -1Pozo filtrante 1 - 14Filtro verde 12 -110Lecho de juncos 2-8Filtración rápida 2 - 22Esc. superficial 5 -15Lag. aireada 1-3Lag. aerobia 4-8Lag. facultativa 2 -20Lag. anaerobia 1-3

De los cuadros anteriores teniendo en consideración los de criterios de campo poblacional, superficie necesaria, requerimiento de equipo y energía, mantenimiento y operación; se eligió un tratamiento primario consistente en Fosas Sépticas y Pozos de Infiltración, para el tratamiento de aguas residuales.

.5 ELEMENTOS Y DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO. Fosa Séptica

La fosa séptica mas completa consta de tres compartimentos. Al llegar el agua al primero, decanta la materia mas densa y se deposita en el fondo en forma de lodo; la materia más ligera forma en la superficie una espuma flotante. El agua pasa al segundo compartimiento a través de orificios a media altura. En este compartimiento se produce la decantación de sólidos y formación de espuma en menos cuantía. El efluente pasa ai tercer compartimiento donde permanece hasta alcanzar un cierto nivel, capaz de cebar el sifón y descargar sobre la zona de depuración biológica secundaria. En esta última etapa se efectúa la depuración en condiciones aeróbicas.

Debe puntualizarse que en los dos primeros compartimentos citados se desarrolla una fermentación anaeróbica dándose las condiciones de una digestión convencional. Parte de los sólidos se licúan, parte se volatilizan y parte se depositan y concentran, siendo preciso su retirado periódica. El tercer 'compartimiento estará dotado de. entrada de


aire, reiniciándose unas condiciones aeróbicas en las aguas vertidas.

El proceso que se desarrolla en el interior de los primeros compartimentos constituye el ‘‘tratamiento primario” y el que se efectúa en el compartimiento final es el “tratamiento secundario”.

Las aguas residuales se conservan en reposo durante un período de 1 a 3 días, según la capacidad del tanque. Durante ese período los sólidos más densos se depositan en el fondo formando fango. La mayoría de los sólidos ligeros, como las materias grasa, permanecen en el depósito formando u8an especie de espuma en la superficie del agua, mientras el efluente se lleva el resto al sistema final de evacuación.

Los sólidos retenidos en la cámara sépdca sufren una descomposición anaerobia producida por la acción de bacterias y de hongos. El resultado más importante de ese proceso es una considerable reducción en el volumen de los sedimentos, lo que permite que la cámara funcione por períodos de uno a cuatro años o más, antes de que sea necesario limpiarla. Esa descomposición afecta a ios sólidos sedimentados, a la materia orgánica, disuelta o coloidal de las aguas residuales.

Un burbujeo del gas a través del líquido obstaculiza en cierto grado la sedimentación normal de los residuos sólidos. Esa dificultad puede aminorarse añadiendo a la cámara séptica un segundo compartimiento en el que las materias más ligeras en suspensión que han pasado por el primero encuentren condiciones más favorables para la sedimentación. Esto es particularmente útil cuando la descomposición anaerobia es rápida y la cantidad de sólidos sedimentados en el primer compartimiento es muy grande.

La masa de iodos del compartimiento suplementario ’suele ser más homogénea y tener un mayor grado de floculación que la del primero y se observa también una menor producción de espuma.

De- la forma del deposito depende la velocidad de circulación de vertido a través del mismo, el espesor de la capa de fango que se -acumula y las zonas posibles de estancamiento. Si el depósito se diseña con una profundidad demasiado grande con relación a las otras dimensiones, se produce una corriente directa desde la entrada a la salida, y el período de retención se reduciría considerablemente.Si por el contrario ei depósito se diseña con poca profundidad, el espacio libre de fangos sería demasiado pequeño y la sección transversal dül se reduciría innecesariamente. Cuando la anchura sea excesiva, existirán grandes espacios muertos en las esquinas, en los que el liquido tendrá poco o ningún movimiento. Por último, si el tanque fuese demasiado estrecho, la velocidad de circulación sería tan grande que no se produciría una sedimentación eficaz. . -Las investigaciones demuestran que la longitud de los depósitos rectangulares debe ser pollo menos el doble, pero no más del triple de su altura. La profundidad del liquido no debe ser inferior a 1.20 m pero tampoco superior a 1.70 m en las fosas de gran tamaño. El espacio libre que se deja sobre el nivel del agua suele ser de 30 cm.

La relación entre el largo y ancho del tanque séptico será como mínimo 2:1.

El efluente de los tanques sépticos no ingresara directamente en un cuerpo receptor de agua. Normalmente, todo efluente de .tanque séptico será tratado por un sistema de oxidación.

El periodo mínimo de retención de los líquidos en los tanques sépticos será de un día. En circunstancias especiales se aceptará periodo hasta de 18 horas.

A fin de mejorar la calidad de los efluentes, los tanques sépticos, podrán subdividirse en 2 o más cámaras. No obstante, se podrán aceptar tanques de una sola cámara cuando la capacidad útil del tanque séptico no es superior a ios 5m3.

,ANingún tanque séptico se diseñara para una capacidad superior a los 20m3 en el primer caso, cuando el volumen de líquidos a tratar en un*día sea superior a los


20m3 se buscara otra solución; en el segundo, aún cuando el volumen estimado de líquidos sea menor se le dará la capacidad mínima de 3m3.

Cuando el tanque séptico, tenga más de dos cámaras, la primera tendrá una capacidad de por lo menos 50% de la capacidad útil total.

Todo tanque séptico tendrá un espacio adicional al de su capacidad útil, destinado al almacenamiento de lodos y espumas, la capacidad adicional del tanque por este concepto se calculará por las formulas correspondientes.El tanque séptico será diseñado sobre la base de que es acondicionador de los líquidos para su buena infiltración y oxidación en le campo de absorción.

Los terrenos se clasificarán de acuerdo a los resultados de la prueba de absorción en: Rápidos, Medios y Lentos. Para clasificarlos se hará uso de la siguiente tabla:

Cuadro N° .05

Clase de terreno Tiempo para infiltrar 25 mmRápidos de 0 a 9.9 minutosMedios de 10 a 19.9 minutos

1 Lentos de 20 a 30 minutos

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íng. Jesús Ormachea C-arazasLa clasificación del terreno se determinará por medio de la “Prueba de Absorción”.Las distancias de los tanques sépticos, campos de percolación pozos de absorción, a las viviendas, tuberías de agua, pozos de abastecimiento y corrientes de agua, estarán de acuerdo a la siguiente tabla:

Cuadro N° .06

Distancia mínima en metrosTipo de sistema

'Pozo Tubería de agua

. Corriente de agua

Vivienda

Tub. desagüe 15 3 -3Tanq. Séptico 15 3 n

0Campo de percolación 25 15 8 6Pozo de absorción 20 10 10 ó

• Volumen del tanque

Las cámaras sépticas deben dimensionarse teniendo en cuenta un volumen desuñado a la sedimentación y un volumen para la acumulación del iodo, de acuerdo a la siguiente expresión:

Donde:

V - Volumen útil (m3)V s e d . = Volumen de sedimentación (m3)^u- ~ Volumen de acumulación de lodos (m3)T = Tiempo de retención (dias)Pj = Número de personas ó unidades de contribución (habitantes ó unidades)K = Tasa de acumulación de lodo (dias)P L = Periodo de limpieza (años)

Tiempos de retención ,(T)

Los tiempos de retención van desde las 24 horas para tanques de 1 500 litros hasta las 12 horas para tanques mayores a 9 000 litros de capacidad.

19

r


Cuadro N° .07Tasa de acumulación del lodo (K)

Intervalo entre limpieza

Valores de K en díasdel tanque sépdco

(años)t < 10 °C 10 < t < 20 °C t > 20 °C

1 94 65 57

2 134 • 105 973 174 145 137

Condiciones complementadas de las fosas sépdcas son:

Longitud del tanque, entre dos y tres veces la anchura.Profundidad útil 1.2 m < < 1.7 mResguardo mínimo sobre nivel de agua > 0.30 mCon dos compartimentos, el primero tendrá un volumen úül del 66%Con tres compartimentos, el primero tendrá un volumen útil del 50%, y cada una de las otras dos cámaras el 25%Los registros deben estar ubicados de forma tal que posibiliten la limpieza del tanque sépdco, deberán tener aberturas de 0.60 m.

Pozo de absorción o infiltración

Método utilizado solo cuando no exista la suficiente área libre para instalar las zanjas de precolación o cuando el suelo sea impermeable en sus primeras capas. El efluente del tanque sépdco que ingresa al pozo de absorción que generalmente es de sección circular, se percola en las paredes de cada pozo. Las paredes verticales del pozo son forrados con lacrillos de juntas abiertas u otro material de albañilería sin ningún mortero.

La separación mínima entre dos pozos de precolación será 3 veces el diámetro de la mayor de ellas y para pozos de 6.00m. de profundidad la separación será también de 6.00m.

Para calcular las dimensiones de los pozos se utiliza la siguiente tabla:

Cuadro N° .08

Coeficiente de Absorción del terreno (calculo de pozo absorbente para gasto de 190 1/h/d)

Tiempo en minutos para que el nivel de agua baje

2.5cm (prueba de absorción)

Superficie de filtración requerida

por persona y dia en m2

1 0.882 1.085 1.44

10 2.2530 4.50

mas de 30 no es conveniente

Para el cálculo del área requerida se tiene la siguiente ecuación:

Area=0.80xsuperficiefiltracionxpoblacionxdotacion

190

Donde:

Area : Area total requerida (m2)Superficie Fi ltración:Superficie de filtración requerida por persona y diaen m2 (tabla)Población: Poblaciónfutura del proyecto

20


La profundidad del pozo se calcula:

Area H =

Diámetro x 3.1416 x NumeroPozos

Siguiendo los criterios descritos anteriormente se calculo los tanques sépticos y pozos ds infiltración para cada poblado:

plantas de tratamiento

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