PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
I
EVALUACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA PLANTA PILOTO
DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE EL BARRIO EL CANGREJAL,
MUNICIPIO DE PUERTO BARRIOS, DEPARTAMENTO DE IZABAL.
ING. MARIO LEONEL RAMÍREZ TOLEDO
ASESORADO POR
MSC. ING. ADAN ERNESTO POCASANGRE COLLAZOS
GUATEMALA, JULIO DE 2003.
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA
Y RECURSOS HIDRÁULICOS A NIVEL DE
POST GRADO - ERIS -
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II
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
EVALUACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA PLANTA PILOTO
DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE EL BARRIO EL CANGREJAL,
MUNICIPIO DE PUERTO BARRIOS, DEPARTAMENTO DE IZABAL.
ESTUDIO ESPECIAL
PRESENTADO A LA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA
Y RECURSOS HIDRÁULICOS - ERIS -
POR
ING. MARIO LEONEL RAMÍREZ TOLEDO
ASESORADO POR
MSC. ING. ADAN ERNESTO POCASANGRE COLLAZOS
COMO REQUISITO PREVIO PARA OPTAR AL GRADO ACADÉMICO DE
MAESTRO (MAGÍSTER SCIENTIFICAE) EN INGENIERÍA SANITARIA
GUATEMALA, JULIO DE 2003.
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III
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA
Y RECURSOS HIDRÁULICOS -ERIS-
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO ING. SYDNEY ALEXANDER SAMUELS MILSON
VOCAL I ING. MURPHY OLYMPO PAIZ RECINOS
VOCAL II LIC. AMAHÁN S ÁNCHEZ ÁLVAREZ
VOCAL III ING. JULIO DAVID GALICIA CELADA
VOCAL IV BR. KENNETH ISSUR ESTRADA RUIZ
VOCAL V BR. ELISA YAZMINDA VIDES LEIVA
SECRETARIO ING. PEDRO ANTONIO AGUILAR POLANCO
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN
DECANO ING. SYDNEY ALEXANDER SAMUELS MILSON
EXAMINADOR ING. ADAN ERNERSTO POCASANGRE COLLAZOS
EXAMINADOR ING. JORAM MATIAS GIL LAROJ
EXAMINADOR ING. JULIO GUILLERMO GARCIA OVALLE
SECRETARIO ING. PEDRO ANTONIO AGUILAR POLANCO
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IV
DEDICATORIA A:
DIOS: Por ser guía de mi vida, proveerme de sabiduría y
conocimiento
MI ESPOSA: Nurian Ramírez, por ser la ayuda idónea y compañía
incondicional en todo momento
MIS PADRES: Por ser los forjadores de lo que soy
AGRADECIMIENTO A:
DIOS
Escuela Regional de Ingenieria Sanitaria y Recursos Hidráulicos (ERIS)
Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA) y
Fundación Cooperativas para Vivienda (CHF) por su asesoría e interés en el
desarrollo de este proyecto
Ing. Adán Pocasangre, por su apoyo en el desarrollo de este trabajo
Ing. Zenón Much, por su orientación y guía
Sr. Byron Hernández, Inspector del Área de Salud, Puerto Barrios, por su
colaboración y apoyo
Al personal del Laboratorio de Calidad de Agua de la Escuela Regional de
Ingenieria Sanitaria y Recursos Hidráulicos, por su apoyo y guía. (Don
Moisés)
Licda. María Elizabeth Ramírez, por su ayuda incondicional y apoyo
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V
INDICE GLOSARIO ---------------------------------------------------------------------------------------- XIII RESUMEN EJECUTIVO-----------------------------------------------------------------------XIX INTRODUCCIÓN --------------------------------------------------------------------------------XXI ANTECEDENTES-----------------------------------------------------------------------------XXIII JUSTIFICACIÓN-------------------------------------------------------------------------------XXIII PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA---------------------------------------------------XXIV OBJETIVOS -------------------------------------------------------------------------------------XXIV HIPÓTESIS -------------------------------------------------------------------------------------- XXV METODOLOGÍA ------------------------------------------------------------------------------- XXV
1 DESCRIPCIÓN GENERAL ---------------------------------------------------------------- 29
1.1 CARACTERÍSTICAS DEL MUNICIPIO-------------------------------------------------------- 29 1.2 CLIMA-------------------------------------------------------------------------------------------- 30 1.3 VÍAS DE COMUNICACIÓN--------------------------------------------------------------------- 31 1.4 DATOS DE POBLACIÓN----------------------------------------------------------------------- 33
2 TEORÍA BÁSICA SOBRE EL SISTEMA DE TRATAMIENTO---------------- 35
2.1 TANQUE SÉPTICOS --------------------------------------------------------------------------- 35 2.1.1 Descripción----------------------------------------------------------------------------- 35 2.1.2 Desarrollo histórico del tanque séptico --------------------------------------- 36 2.1.3 Materiales de construcción ------------------------------------------------------- 39 2.1.4 Funcionamiento y operación ----------------------------------------------------- 40 2.1.5 Problemas en la operación ------------------------------------------------------- 42 2.1.6 Elementos adicionales de los tanques sépticos --------------------------- 43
2.2 CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA FOSAS SÉPTICAS------------------------------ 45 2.2.1 Forma del tanque -------------------------------------------------------------------- 45 2.2.2 Sistema estructural del tanque -------------------------------------------------- 47
2.3 CARACTERÍSTICAS Y CANTIDADES DE LOS LODOS DE TANQUE SÉPTICOS -------- 51 2.3.1 Características de los lodos de tanques sépticos------------------------- 52 2.3.2 Opciones para el tratamiento ---------------------------------------------------- 52
3 FILTROS DE ARENA CON RECIRCULACIÓN------------------------------------ 58
3.1 CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LOS FILTROS ----------------------------------- 58 3.1.1 Unidad contenedora del medio-------------------------------------------------- 59 3.1.2 Sistema de drenaje ------------------------------------------------------------------ 60 3.1.3 Medio filtrante ------------------------------------------------------------------------- 61 3.1.4 Sistema de distribución ------------------------------------------------------------ 62 3.1.5 Dosificación intermitente ----------------------------------------------------------- 63 3.1.6 Dosificación con recirculación --------------------------------------------------- 64 3.1.7 Elementos adicionales de los filtros ------------------------------------------- 65
3.2 MECANISMOS DE REMOCIÓN --------------------------------------------------------------- 65 3.2.1 Teoría de sistema de filtración y funcionamiento ------------------------- 65 3.2.2 Desarrollo e historia de su utilización ----------------------------------------- 69
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VI
3.3 CONSIDERACIONES DE DISEÑO------------------------------------------------------------ 71 3.4 TIPO Y TAMAÑO DE MEDIOS FILTRANTES ------------------------------------------------ 71 3.5 PROFUNDIDAD DE LECHO FILTRANTE----------------------------------------------------- 73 3.6 TASA DE CARGA HIDRÁULICA --------------------------------------------------------------- 73 3.7 TASA DE CARGA ORGÁNICA----------------------------------------------------------------- 73 3.8 RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN Y FRECUENCIAS DE DOSIFICACIÓN---------------- 73 3.9 DIVISIÓN DEL CAUDAL------------------------------------------------------------------------ 74 3.10 DISTRIBUCIÓN DE LA DOSIS ------------------------------------------------------------- 74 3.11 DISEÑO MODULAR------------------------------------------------------------------------- 75
4 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ---------------------------------------------------------- 76
4.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO ----------------------------------------- 80 4.1.1 Estación de bombeo ---------------------------------------------------------------- 80 4.1.2 Filtro -------------------------------------------------------------------------------------- 81
5 CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES-------------------------- 88
5.1 CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA DEL AGUA RESIDUAL---------------------------- 91 5.2 OBJETIVOS DE TRATAR LAS AGUAS RESIDUALES -------------------------------------- 91 5.3 PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA EVALUADOS EN EL ESTUDIO ---------------- 93
5.3.1 Temperatura --------------------------------------------------------------------------- 93 5.3.2 Nitratos ---------------------------------------------------------------------------------- 93 5.3.3 Demanda química de oxígeno --------------------------------------------------- 93 5.3.4 Sólidos en suspensión ------------------------------------------------------------- 93 5.3.5 Turbiedad ------------------------------------------------------------------------------- 93 5.3.6 Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días ----------------------------- 94 5.3.7 Potencial de hidrógeno------------------------------------------------------------- 94
5.4 DESCRIPCIÓN DE LOS PUNTOS DE MUESTREO ----------------------------------------- 94
6 DISCUSIÓN DE RESULTADOS------------------------------------------------------- 105
6.1 TEMPERATURA ------------------------------------------------------------------------------ 105 6.2 NITRATOS------------------------------------------------------------------------------------- 105 6.3 DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO -------------------------------------------------------- 106 6.4 SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN----------------------------------------------------------------- 107 6.5 TURBIEDAD----------------------------------------------------------------------------------- 107 6.6 DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A LOS 5 DÍAS----------------------------------- 108 6.7 POTENCIAL DE HIDRÓGENO -------------------------------------------------------------- 109
7 TARIFA RECOMENDADA--------------------------------------------------------------- 111
7.1 TARIFA DE TRATAMIENTO PRIMARIO----------------------------------------- 112 7.2 TARIFA DE TRATAMIENTO SECUNDARIO------------------------------------ 113 7.3 TARIFA PROPUESTA------------------------------------------------------------------------ 114
8 MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO------------------------------- 115
8.1 DEFINICIONES ------------------------------------------------------------------------------- 115
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VII
8.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO --------------------------------------- 116 8.3 OPERACIÓN ---------------------------------------------------------------------------------- 116 8.4 MANTENIMIENTO ---------------------------------------------------------------------------- 117 8.5 TAREAS SEMANALES ----------------------------------------------------------------------- 118 8.6 TAREAS CADA SEIS MESES --------------------------------------------------------------- 118 8.7 TAREAS ANUALES--------------------------------------------------------------------------- 119 CONCLUSIONES------------------------------------------------------------------------------- 120 RECOMENDACIONES----------------------------------------------------------------------- 121 BIBLIOGRAFÍA ---------------------------------------------------------------------------------- 122 ANEXOS------------------------------------------------------------------------------------------- 124
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VIII
FIGURA
I.............................................................................................................................................1
UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEPARTAMENTO DE IZABAL .......................................... 29
II............................................................................................................................................2
COLINDANCIAS DE MUNICIPIO DE IZABAL............................................................... 31
III. .........................................................................................................................................3
VÍAS DE COMUNICACIÓN DEL MUNICIPIO ............................................................... 32
IV..........................................................................................................................................4
DIAGRAMA DEL TANQUE SÉPTICO Y SISTEMAS CONSTRUCTIVOS ......................... 36
V...........................................................................................................................................5
ESQUEMA DEL TANQUE SÉPTICO DE FOSSE MOURAS.......................................... 38
VI. .........................................................................................................................................6
DIAGRAMA DEL PRIMER TANQUE SÉPTICO PRIVADO............................................. 39
VII. ........................................................................................................................................7
DIAGRAMA DEL TANQUE SÉPTICOS DONDE SE APRECIAN LAS ZONA Y CAPAS..... 42
VIII. .......................................................................................................................................8
DIAGRAMA DEL SISTEMA DE FILTROS Y ELEMENTOS FILTRANTES......................... 44
IX..........................................................................................................................................9
DIAGRAMA DE FILTRACIÓN DEL EFLUENTE PROVISTA DE BOMBA MULTIETAPA DE
GRAN CABEZA .......................................................................................................... 45
X...........................................................................................................................................1
0 DIAGRAMA DE UBICACIÓN DE LAS PANTALLAS Y LA TRAYECTORIA DEL FLUJO ... 46
XI. .........................................................................................................................................1
1 ENSAYOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE CAPAS DE LODOS Y ESPUMA ..... 50
XII. ........................................................................................................................................1
2 ANÁLISIS DE LA FRECUENCIA EN LA EXTRACCIÓN DE LODOS EN TANQUE
SÉPTICOS................................................................................................................. 51
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IX
XIII. .......................................................................................................................................1
3 CORTE DEL LECHO FILTRANTE ............................................................................ 59
XIV. ......................................................................................................................................1
4 EJEMPLOS DE UNIDADES CONTENEDORAS DE FILTROS...................................... 60
XV. .......................................................................................................................................1
5 SISTEMA DE DRENAJES PARA FILTROS DE GRAN TAMAÑO.................................. 61
XVI. ......................................................................................................................................1
6 SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN PARA FILTROS.......................................................... 63
XVII. .....................................................................................................................................1
7 TAPAS PARA LA PROTECCIÓN DE ORIFICIOS DE DISTRIBUCIÓN........................... 63
XVIII. ....................................................................................................................................1
8 EFECTO DE LA TASA DE APLICACIÓN HIDRÁULICA SOBRE EL FLUJO A TRAVÉS DEL
MEDIO FILTRANTE .................................................................................................... 67
XIX. ......................................................................................................................................1
9 DIAGRAMA DE UN FILTRO DE MEDIO GRANULAR CON RECIRCULACIÓN .............. 70
XX. .......................................................................................................................................2
0 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE RECOLECCIÓN TRATAMIENTO Y DESCARGA...... 79
XXI. ......................................................................................................................................2
1 LOCALIZACIÓN DENTRO DEL ÁREA URBANA DEL PUERTO DE IZABAL................. 82
XXII. .....................................................................................................................................2
2 UBICACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO CON RESPECTO AL RÍO EL
CANGREJAL............................................................................................................. 83
XXIII. ....................................................................................................................................2
3 ESQUEMA DEL FILTRO DE ÁREA CON RECIRCULACIÓN ....................................... 84
XXIV.....................................................................................................................................2
4 ELEVACIÓN LATERAL DEL FILTRO Y SUS DETALLES............................................. 84
XXV......................................................................................................................................2
5 SECCIÓN DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO................................................................ 85
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
X
XXVI. ....................................................................................................................................2
6 SECCIÓN ESTRUCTURAL DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO ...................................... 85
XXVII....................................................................................................................................2
7 DETALLES ESTRUCTURALES DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO ................................ 86
XXVIII. .................................................................................................................................2
8 LOCALIZACIÓN DE LOS PUNTOS DE MUESTREO EN EL SISTEMA EN ESTUDIOS .. 95
XXIX.....................................................................................................................................2
9 VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA ........................................................................ 98
XXX......................................................................................................................................3
0 VARIACIÓN DE NITRATOS..................................................................................... 99
XXXI. ....................................................................................................................................3
1 VARIACIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO...........................................100
XXXII....................................................................................................................................3
2 VARIACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN..........................................................101
XXXIII. .................................................................................................................................3
3 VARIACIÓN DE LA TURBIEDAD............................................................................102
XXXIV. .................................................................................................................................3
4 VARIACIÓN DE POTENCIAL DE HIDRÓGENO.......................................................103
XXXV...................................................................................................................................3
5 VARIACIÓN DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A 5 DÍAS.......................104
XXXVI. .................................................................................................................................3
6 VISTA DE LA FOSA SÉPTICAS INTRADOMICILIARES...........................................125
XXXVII. ................................................................................................................................3
7 VISTA DEL BIOFILTRO QUE EVITA EL ARRASTRE DE SÓLIDOS EN LA TUBERÍA DE
RECOLECCIÓN........................................................................................................125
XXXVIII. ...............................................................................................................................3
8 ESTACIÓN DE BOMBEO Y CASETA DE CONTROLES............................................126
XXXIX. .................................................................................................................................3
9 FILTRO DE GRAVA CON RECIRCULACIÓN...........................................................126
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
XI
XL.........................................................................................................................................4
0 VISTA DE LA UBICACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE COMPUERTA PARA LIMPIEZA DE
LAS LÍNEAS DE DISTRIBUCIÓN DEL FILTRO............................................................127
XLI. .......................................................................................................................................4
1 DETALLES DE LAS TAPADERAS DE DISTRIBUCIÓN DEL AGUA RESIDUAL...........127
XLII.......................................................................................................................................4
2 PLANTA DE TRATAMIENTO SECTOR UNO QUE SE UBICA A UN LADO DE LA
ESCUELA ................................................................................................................128
XLIII......................................................................................................................................4
3 PLANTA DE TRATAMIENTO DE SECTOR DOS......................................................128
XLIV. ....................................................................................................................................4
4 CUERPO RECEPTOR RÍO EL CANGREJAL, QUE CONTRIBUYE A LA BAHÍA DE
AMATIQUE..............................................................................................................129
XLV......................................................................................................................................4
5 ENTIDADES PARTICIPANTES EN EL PROYECTO PILOTO .....................................129
TABLAS
XLVI. ....................................................................................................................................I
RECOMENDACIONES DE VOLÚMENES PARA DISEÑO DE TANQUES SÉPTICOS....... 48
XLVII....................................................................................................................................I
I CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS LODOS DE TANQUE SÉPTICOS .. 52
XLVIII...................................................................................................................................I
II PARÁMETROS OPERACIONALES PARA EL COMPOSTAJE DE LODOS DE TANQUE
SÉPTICOS................................................................................................................. 56
XLIX. ....................................................................................................................................I
V CRITERIOS DE DISEÑO PARA FILTROS CON RECIRCULACIÓN ............................. 72
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XII
L............................................................................................................................................V
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA POR SECTORES......................................................... 77
LI. .........................................................................................................................................V
I PARÁMETROS DE DISEÑO DEL ALCANTARILLADO SANITARIO ............................... 78
LII. ........................................................................................................................................V
II COMPOSICIÓN TÍPICA DEL AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA...................................... 89
LIII. .......................................................................................................................................V
III RESULTADO DE LOS ANÁLISIS DE LABORATORIO, PARÁMETROS FÍSICOS Y
QUÍMICOS................................................................................................................. 96
LIV........................................................................................................................................I
X RESULTADOS DE TEMPERATURA EN GRADOS CELCIUS..................................... 98
LV.........................................................................................................................................X
RESULTADOS DE NITRATOS EN MILIGRAMOS POR LITRO ...................................... 99
LVI. .......................................................................................................................................X
I ESULTADOS DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO EN MILIGRAMOS POR LITRO
...............................................................................................................................100
LVII.......................................................................................................................................X
II RESULTADOS DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN EN MILIGRAMOS POR LITRO..........101
LVIII......................................................................................................................................X
III RESULTADOS DE TURBIEDAD EN UTN.............................................................102
LIX........................................................................................................................................X
IV RESULTADOS DE POTENCIAL DE HIDRÓGENO .................................................103
LX.........................................................................................................................................X
V RESULTADOS DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A LOS 5 DÍAS EN
MILIGRAMOS POR LITRO .........................................................................................104
LXI. .......................................................................................................................................X
VI GASTOS PARA EL TRATAMIENTO PRIMARIO .....................................................113
LXII.......................................................................................................................................X
VII GASTOS PARA EL TRATAMIENTO SECUNDARIO...............................................114
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XIII
LXIII.
LXIV.
LXV.
GLOSARIO
Afluente Agua u otro líquido que ingrese a un reservorio, a una
planta de tratamiento o proceso de tratamiento.
Agua residual El agua luego de ser usada por una comunidad o industria,
que contiene material orgánico o inorgánico disuelto o en
suspensión.
Agua residual
doméstica Agua de origen doméstico, comercial e institucional que
contiene desechos fisiológicos y otros provenientes de la
actividad humana.
Agua residual
municipal Son aguas residuales domésticas. Se puede incluir bajo
esta definición a la mezcla de aguas residuales domésticas
con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de
origen industrial, siempre que estas cumplan con los
requisitos para ser admitidas en los sistemas de
alcantarillado de tipo combinado.
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XIV
Anaerobio Condición en la cual hay ausencia de aire u oxígeno libre.
Análisis El examen de agua, agua residual o lodos, efectuados por
un laboratorio.
Bacteria Grupo de organismos microscópicos unicelulares, rígidos y
carentes de clorofila, que desempeñan una serie de
procesos de tratamiento.
Bases de diseño Conjunto de datos para las condiciones finales e
intermediarias de diseño, que sirven para el
dimensionamiento de los procesos de tratamiento.
Biodegradación Degradación de la materia orgánica por acción de
microorganismos.
By-pass Conjunto de tuberías, canales, válvulas y compuertas que
permiten el paso de un líquido alrededor de un proceso o
planta de tratamiento. Conducto usado para desviar el agua
residual de un proceso o planta de tratamiento en
condiciones de emergencia o de tratamiento correctivo.
Cámara Compartimento con paredes que se usa para un propósito
específico.
Carga de diseño Relación entre caudal y concentración de un parámetro
específico que se usa para dimensionar un proceso de
tratamiento.
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XV
Carga superficial Caudal o masa de un parámetro por unidad de área, que se
usa para dimensionar un proceso de tratamiento.
Caudal máximo
horario Caudal a la hora máxima de descarga.
Caudal medio Promedio de los caudales diarios en un período
determinado.
Coliformes Bacteria gram negativas, de forma alargada capaces de
fermentar lactosa con producción de gas a la temperatura
de 35°C (coliformes totales). Aquellas que tienen las
mismas propiedades a la temperatura de 44.50°C se
denominan coliformes fecales.
Demanda
bioquímica de
oxígeno (DBO) Cantidad de oxígeno usado en la estabilización de la
materia orgánica bajo condiciones de tiempo y temperatura
especificados ( generalmente 5 días a 20°C).
Demanda
química de
oxígeno (DQO) Medida de la cantidad de oxígeno requerido para
química de la materia orgánica (carbonácea) del agua
residual, usando como oxidante sales inorgánicas de
permanganato o diebromato en una prueba que dura
dos horas.
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XVI
Digestión Descomposición biológica de la materia orgánica de un
lodo, produciendo una mineralización, licuefacción y
gasificación parcial.
Digestión
anaerobia Descomposición biológica de la materia orgánica de un
lodo, en ausencia de oxígeno.
Disposición final Disposición del efluente de una planta de tratamiento o de
los lodos tratados.
Eficiencia de
tratamiento Relación entre la masa de concentración removida y la
masa o concentración en el efluente, para un proceso o
planta de tratamiento y un parámetro específico. Puede
expresarse en términos decimales y normalmente se
expresa en porcentaje.
Efluente Agua residual u otro líquido que sale de un reservorio,
planta de tratamiento o proceso de tratamiento.
Efluente final Agua residual u otro líquido que sale de una planta de
tratamiento de aguas residuales, al haber pasado por todos
los procesos.
Examen
bacteriológico Análisis para determinar la presencia y cuantificar el
número de bacteria en aguas residuales.
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XVII
Muestreo Colección de muestras de volumen predeterminado y con la
técnica de preservación correspondiente para el parámetro
que se va analizar en el laboratorio.
Oxígeno disuelto Concentración de oxígeno disuelto medida en un líquido,
por debajo de la saturación, normalmente expresada en
mg/l.
Período de
retención
nominal En un proceso de tratamiento, es la relación entre el
volumen y el caudal. No debe confundirse con el período de
retención real.
Potencial de
hidrógeno (Ph) Logaritmo con signo negativo de la concentración de iones
hidrogenados, expresado en moles por litro.
Planta de
tratamiento Conjunto de obras, facilidades y procesos que permiten la
depuración de aguas residuales.
Pretratamiento Procesos de tratamiento localizados antes del tratamiento
primario, y que puede incluir: cribado, desarenado,
trituración, preaeración, ajuste del Ph y remoción de
grasas.
Proceso
biológico Asimilación por bacteria y otros microorganismos de la
materia orgánica del desecho, para su estabilización.
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XVIII
Sedimentación
primaria Remoción de una significante proporción de materia
orgánica en suspensión, pero poco o nada de la materia
orgánica en estado coloidal o disuelto. Este proceso
requiere de tratamiento posterior del lodo separado,
normalmente por digestión anaerobia.
Tratamiento
anaerobio Estabilización de un desecho orgánico por la acción de
microorganismos en ausencia de oxígeno.
Tratamiento
biológico Procesos de tratamiento en los cuales se intensifica la
acción de los microorganismos para estabilizar la materia
orgánica presente.
Tratamiento
de lodos Proceso de estabilización, acondicionamiento y
deshidratación de lodos.
Tratamiento
primario Se realiza a través de unidades de tratamiento
acondicionadas para remover materia en suspensión,
principalmente materia en estado coloidal y disuelta.
Tratamiento
secundario Se realiza a través de unidades en las cuales se alcanzan
eficiencias de remoción de DBO y sólidos de orden del
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XIX
85%, valores superiores a los alcanzados en el tratamiento
primario
RESUMEN EJECUTIVO
El proyecto consiste en un sistema de alcantarillado sanitario y planta de
tratamiento piloto desarrollado en Puerto Barrios, tomando como base dos
bloques de casas ubicados en manzanas independientes con el fin de
implementar el sistema de aguas residuales para cada sector, monitoreado el
resultado de ambos, para su adecuado funcionamiento y eficiencia . ( Se
excluirán las aguas de lluvia del sistema).
Las entidades que participaron en el desarrollo del proyecto son: CHF/
LEPPI – USAID (Fundación Cooperativa Vivienda / Iniciativa de Políticas y
Programas Ambientales Locales – Agencia para el Desarrollo Internacional)
aportando materiales de construcción para la planta de tratamiento y red de
alcantarillado sanitario, asistencia técnica profesional para el diseño y
construcción del sistema y mano de obra calificada.
• EPA (Agencia de Estados Unidos para la Protección Ambiental) proporcionó
asistencia técnica en diseño, instalación de filtros y puesta en marcha del
sistema y financiamiento a través de CHF y USAID.
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XX
• ERIS ( Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y Recurso Hidráulicos)
realizó el monitoreo de calidad de agua.
• Municipalidad de Puerto Barrios, facilitó los tanques sépticos domiciliares,
mano de obra calificada, monitoreo del sistema eléctrico.
• Comunidad de Puerto Barrios instaló las conexiones domiciliares y el
monitoreo de dicho sistema.
El sistema de alcantarillado sanitario esta diseñado para que funcione
sin arrastre de sólidos utilizando para el colector principal tubería de PVC
de 4” considerada de pequeño diámetro. Este esquema de
funcionamiento es posible a través de la instalación de una fosa séptica
en cada vivienda, la cual recibirá las aguas para después conectar la
tubería de salida en la conexión domiciliar del sistema completando por el
tratamiento que esta integrado por un tanque de almacenamiento, sistema
de bombeo y filtros de grava con recirculación.
De lo anterior se definen tres componentes principales: la fosa séptica
intradomiciliar, el alcantarillado sanitario y el sistema de tratamiento.
Se determinaron los costos de administración, operación y
mantenimiento del sistema del tratamiento primario y secundario
precisando un costo de Q,167.32 por vivienda.
Se concluyó que el sistema es muy eficiente en la remoción de sólidos
en suspensión, DBO5, DQO, turbiedad y nitratos con un promedio de 90%.
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XXI
INTRODUCCIÓN
La mayoría de las autoridades municipales pretenden llevar agua
potable a sus pobladores para subsanar sus necesidades, pero muy pocos
se preocupan por la reutilización del vital líquido o por no contaminar los
cuerpos receptores, aduciendo que dicha contaminación es provocada por
otras comunidades y que de nada sirve el tratamiento que podría realizarse
en ese lugar. Situación que se hace necesario mejorar a través de nuevas
disposiciones del Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales (MARN) con
relación a las descargas de aguas residuales.
La construcción, operación y mantenimiento de sistemas eficientes de
recolección y disposición de aguas residuales, representa costos elevados, sin
embargo, las condiciones económicas de nuestras comunidades no permiten
enfrentar esta problemática, razón por la que se debe impulsar alternativas en
donde los recursos propios de cada país puedan aprovechar al máximo la
opción tecnológica más idónea, aunque no siempre la más económica.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
XXII
Algunas plantas de tratamiento construidas en el país, están en completo
abandono, otras han alcanzado su periodo de diseño y muestran diversos
problemas para poder mantenerlas funcionando.
Es muy importante la supervisión al momento de construir una planta de
tratamiento, así como una buena operación y mantenimiento, pues en vano son
los esfuerzos por realizar un buen diseño hidráulico a nivel de planificación en
construcción se realizan cambios que perjudican la función principal de la
planta. La operación y mantenimiento debe ser adecuada para optimizar la
eficiencia de la planta, así como conservar su vida útil.
Las enfermedades gastrointestinales, así como las relacionadas con el
saneamiento, atacan constantemente a los municipios que no cuentan con una
disposición de aguas residuales y tratamiento adecuado, causando algunas
veces, la pérdida de vidas humanas, principalmente niños, circunstancias que
podrían disminuir en un alto porcentaje eliminando los focos de contaminación,
como la descarga cruda de aguas residuales. Cuyo tratamiento adecuado
podría resultar en la protección de la vida de animales, plantas preservado el
equilibrio ecológico y mejoran el ornato y nivel de vida de los habitantes de
cada comunidad.
Por lo anterior la municipalidad de Puerto Barrios, consciente del
problema en su comunidad y la inadecuada disposición de las aguas residuales
en el municipio, decidió coadyuvar esfuerzos con otras entidades de desarrollo
para realizar un proyecto piloto que permita servir de ejemplo a todas las
comunidades de Centroamérica bajo condiciones climáticas y topográficas
difíciles, y así favorecer al ambiente devolviendo a los ríos o mar, las aguas
residuales sin contaminantes.
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XXIII
El Comité Gestor Ambiental ha solicitó ante CHF/Proyecto LEPPI apoyo
financiero y la asistencia técnica de la Agencia de Protección del Medio
Ambiente de los Estados Unidos (EPA), el desarrollo del diseño, la construcción
del alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y planta
de tratamiento de las aguas residuales, en el Barrio El Cangrejal ubicado entre
la 5ª. Y 7ª. Avenidas y 14 y 15 calles a orillas del río Escondido en la ciudad de
Puerto Barrios. Se realizó la evaluación de funcionamiento, implementado una
operación con personeros de EPA, a partir del mes de mayo de 1999, además
se contó con el apoyo de la Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y
Recursos Hidráulicos (ERIS), para realizar el monitoreo y evaluación de
funcionamiento de la planta de tratamiento.
ANTECEDENTES
La Planta de tratamiento de Aguas Residuales esta ubicada en el Barrio El
Cangrejal, Municipio de Puerto Barrios, Departamento de Izabal. Se ubica entre
la 5ª. y 7ª. Avenida y 14 y 15 calle a orillas del Río Escondido.
El sistema se encuentra en funcionamiento, a cargo de la municipalidad
de Puerto Barrios, cuenta con dos operadores, que se encargan del
mantenimiento y de operación de las misma.
Se realizó la evaluación inicial por parte de la ERIS, para conocer como
se encontraba inicialmente, determinar las condiciones físicas-químicas y
bacteriología.
JUSTIFICACIÓN
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El estudio permitirá conocer el funcionamiento de cada uno de los
elementos que lo conforman y la capacidad de operación, para obtener los
resultados deseados en el diseño.
Se está proponiendo un seguimiento de operación y funcionamiento,
que esta a cargo de la municipalidad. Además para dar a conocer si
cumple con su finalidad.
Es importante contar con un estudio que determine los niveles de
reducción de contaminación de la planta de tratamiento de aguas residuales,
comparados con los niveles proyectados en el diseño.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La falta de un sistema de recolección y disposición adecuada en el
municipio de Puerto Barrios, es latente. Se ha intentado solucionar, desde hace
mucho tiempo, ya que los canales que corren por el municipio son utilizados
como disposición final del agua servida, que es vertida por la población sin
ningún tratamiento, lo que contamina los cuerpos receptores y el incremento de
las enfermedades de origen hídricos afecta a la población.
OBJETIVOS
General
Evaluar la eficiencia del tratamiento de las aguas residuales, que se
realiza en la planta de tratamiento del barrio El Cangrejal, Municipio de
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Puerto Barrios, Departamento de Izabal, en el transcurso de los meses de
febrero a septiembre del año 2001.
Específicos
1. Conocer el funcionamiento del sistema de tratamiento de agua residuales y
cada uno de los elementos que la conforman.
2. Aplicar los conocimientos adquiridos durante la formación académica hacia
el problema real.
3. Obtener la eficiencia de remoción de cada una de las unidades y en conjunto
de la planta de tratamiento.
4. Determinar la operación y mantenimiento que se realiza para la planta de
tratamiento de aguas residuales del Barrio El Cangrejal.
5. Propuesta de un manual de operación y mantenimiento de la planta de
tratamiento.
HIPÓTESIS
La planta de tratamiento de aguas residuales de el Barrio El
Cangrejal, tiene una eficiencia de remoción de un 70% y cuenta con una
adecuada operación y mantenimiento.
METODOLOGÍA
Para contar con información elemental y bien fundamentada en este estudio, se
realizaron dos visitas de campo, la primera en el mes de septiembre del 2000,
iniciando con esta los muestreos en situ, para conocer las unidades y el sistema
que conforma la planta de tratamiento, contando con esa oportunidad con el
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apoyo del Sr. Byron Hernández, Inspector de Saneamiento Ambiental del Área
de Salud de Puerto Barrios, quien fue el enlace en el lugar, así como para
enviarlos hacia la ciudad capital, esto luego de haber dado la capacitación
respectiva.
En la segunda visita de campo, se contó con la participación del Ing. Louis
Salguero, quien realizó pruebas de operación, mantenimiento del sistema y
análisis en laboratorio, presentando el trabajo que hasta ese momento se había
realizado en la ERIS.
Se realizaron los análisis de laboratorio en la Facultad de Ingeniería de la
Universidad de San Carlos de Guatemala, donde se encuentran las
instalaciones del laboratorio de calidad de agua de la Escuela Regional de
Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos (ERIS), para obtener parámetros
físicos y químicos útiles en este estudio además de bibliografía relacionada con
el tema. Contando con la asesoría y apoyo del tutor del laboratorio en mención,
se depuró toda la información para una adecuada interpretación, y así
determinar si estos parámetros de medida contaban con la calidad para cumplir
las normas relacionadas.
Asimismo con la asesoría del Ingeniero de Gestión de Proyectos, se realizó un
análisis en relación a la tarifa propuesta.
Se consultó a la Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA), respecto a
documentos e información sobre el sistema de tratamiento y las obras
complementarias que lo integran, siendo ellos quienes diseñaron y supervisaron
su construcción.
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Por parte de la EPA, también se contó con apoyo técnico en el desarrollo del
estudio, realizando análisis específicos, proporcionó además asesoría del Ing.
Químico Bob Quinn en el laboratorio de las muestras, a través de la verificación
y análisis respecto de los procedimientos.
En la investigación bibliográfica, se consultaron informes del proyecto elaborado
en 1999, por la Fundación de Cooperativa de Vivienda (CHF).
Para llegar a la conclusión del estudio a través de lo antes referido, se procedió
al análisis de los datos obtenidos del laboratorio, información bibliográfica,
visitas de campo, asesorías, implementación de la tarifa domiciliar, todo
respecto a este tipo de tratamiento de aguas residuales, con lo que se logró
elaborar un manual de operación y mantenimiento preventivo del sistema de
tratamiento, contando además con el apoyo del ingeniero asesor.
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descripciÓn general
Características del municipio
El municipio de Puerto Barrios es la cabecera del departamento de Izabal,
su Municipalidad es considerada de primera categoría. Nombre geográfico
oficial : Puerto Barrios.
El municipio Puerto Barrios tiene un área urbana de aproximadamente
1,292 kilómetros cuadrados; en general, la topografía de esta cabecera tiene
muy poca pendiente. Se han establecido el siguiente banco de marca, el
monumento de elevación del Instituto Geográfico Nacional se encuentra en el
parque a 0.6 msnm, con
Latitud 15°44’06”
Longitud 88°36’17”1
El municipio cuenta con un pueblo, 5 aldeas y 64 caseríos.
Los límites del municipio de Izabal, son:
Norte con la Bahía de Amatique, el golfo de Honduras;
Este con El golfo de Honduras y la República de Honduras;
Sur con la República de Hondura y Morales (Izabal);
Oeste con Morales, Los Amates y Livinston (Izabal).2
Figura 1. Ubicación geográfica departamento de Izabal
1 Fuente: Instituto Geográfico Nacional (IGN). Septiembre 2000. 2 Item
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Fuente: Instituto Nacional de Estadística
Clima
El clima, en especial el área de Puerto Barrios y de Santo Tomás de
Castilla, puede designarse como verdaderamente tropical, ya que durante
casi todo el año las temperaturas permanecen altas, lo mismo que el
promedio de humedad relativa. Es común que durante el día se cuente con
una refrescante brisa de mar durante las horas del mediodía, mientras que
durante la noche sopla una brisa del interior. Los principales vientos,
fuente de humedad para todo el departamento, son los alisios que soplan
hacia el oeste, procedentes del mar Caribe. Por su ubicación privilegiada
son de velocidad moderada y las tormentas destructivas son en extremo
raras. Los datos del Observatorio Nacional correspondientes a la estación
Puerto Barrios, en la cabecera, para el año de 1972 cubriendo un periodo
de 26 años de registro, dieron una temperatura media de 28.2º
centígrados, promedio de máxima 31.9º, promedio de mínima 24.3º,
absoluta máxima 43.1º y absoluta mínima 13.1º. El total de precipitación
fue de 3,074.7 milímetros, con 174 días de lluvia y humedad relativa media
de 84%.
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Figura 2. Colindancias de municipio de Izabal
Fuente: Instituto Nacional de Estadística
Vías de comunicación
La principal vía de comunicación terrestre, es la carretera
Interoceánica CA-9, que en dirección suroeste va a la capital de la
República en una distancia aproximada de 302 km. En carretera asfaltada.
Unos 2 km. antes de llegar a la cabecera, un ramal de la misma al oeste
tiene unos 4 km. al puerto nacional Santo Tomás de Castilla, antes Matías
de Gálvez. Asimismo, existen carreteras departamentales, municipales,
roderas y veredas que unen a sus poblados y propiedades rurales entre sí
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y con los municipios vecinos. En su muelle atracan barcos de gran
calado; existe un moderno servicio de carga y descarga.
Figura 3. Vías de comunicación del municipio
Fuente: Instituto Nacional de Estadística
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Datos de población3
La población para el año 1995 era de 66,848 habitantes distribuidos en
33,378 Hombre y 33,470 mujeres, Distribuidos en 29,095 habitantes en área
urbana y 37,573 habitantes en área rural.
Producción agropecuaria: Banano, abacá, arroz, maíz. frijol.
Producción artesanal: Redes para pesca y canoas.
Servicios públicos: agua potable, correos, telégrafos, ferrocarril, líneas de
buses, energía eléctrica, mercado, hospital nacional, hospital para niños,
centros de salud, clínica medica de la Cruz Roja, escuelas, colegios privados,
institutos, academias, radiodifusoras, agencias bancarias.
Fiestas: se celebran dos titulares una del 8 al 14 de mayo y segunda del 14 al
21 de mayo como la feria titular.
3 Diccionario Municipal de Guatemala, Instituto de Estudios Y Capacitación Cívica, Guatemala, 1995.
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TEORÍA BÁSICA SOBRE EL SISTEMA DE TRATAMIENTO
El proyecto de planta de tratamiento de Aguas Residuales, para el Barrio El
Cangrejal consiste en dos sistemas de filtros de grava con recirculación. La
ubicación de éstos se muestra en la Figura 20, cada sistema de tratamiento
consta de una estación de bombeo y un filtro. Además se tiene un sistema de
fosas sépticas intradomiciliares las que están unidas a un sistema de
recolección de pequeño diámetro y se conectan hacia los filtros, para luego
verter su caudal al río.
Tanque sépticos
Un tanque séptico se usa para recibir la descarga de agua residual
proveniente de residencias individuales y de otras instalaciones sin red de
alcantari llado. Los tanques sépticos, como el presentado esquemáticamente en
la Figura 3, son tanques prefabricados que sirven como tanque combinado de
sedimentación y desnatación, como digestor anaerobio sin mezcla ni
calentamiento y como tanque de almacenamiento de lodos. Un sistema que
cuente con tanque séptico seguido de una instalación para disposición del
efluente por absorción sobre el suelo, se conoce como sistema convencional
para el manejo in situ de aguas residuales.
Descripción
Los tanques sépticos se usan principalmente en el tratamiento de aguas
residuales de viviendas individuales; su uso se ha extendido incluso al
tratamiento de residuos de establecimientos educativos, campamentos de
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verano, parques, zonas para acampar y moteles, modificando solo el tamaño de
los tanques.
Desarrollo histórico del tanque séptico
El origen del tanque séptico moderno se remonta alrededor del año 1860
con los primeros trabajos realizados en Francia por Mouras (Dunbar, 1908). En
la realidad, es sorprendente la similitud que existe entre el tanque séptico
moderno presentado en la Figura 5 y el tanque de Mouras modificado en la
década de 1870, conocido también como tanque de Fosse Mouras Figura 5.
El nombre de tanque séptico se le atribuye a Donald Cameron, quien lo
llamó así por las condiciones y acciones sépticas que se desarrollan en el
interior del tanque. A Cameron le fue concedida la patente británica No. 21,142
en 1895, mientras que en Estados Unidos la patente fue entregada en 1899.
Después de registrada la patente se dio una gran controversia de carácter legal,
acompañada del desarrollo de nuevos modelos de tanque séptico.
Figura 4. Diagrama del tanque séptico y sistemas constructivos
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Tanque convencional de dos compartimiento con salida en forma de T, y Corte de tanque
de un solo compartimiento con válvula de filtro.
En la figura de tanque sépticos, el primero de construcción monolítica con concreto, la
segunda construida con fibra de vidrio.
4Uno de los primeros modelos del sistema de tanque séptico fue desarrollado
por empleados del U.S. Public Health Service, el cual aparece en la Figura 5. A
continuación se presenta una cita textual donde los creadores los describen.
(Lumsden et al., 1915).
Este aparato consta de las siguientes partes:
1. Un tanque, barril u otro contenedor hermético para recolectar y licuar las
excretas.
2. Un recipiente o barril cubierto para recolectar el efluente.
3. Una tubería de 2.5 pulgadas de diámetro, aproximadamente de 12
pulgadas de longitud, y provista de una T abierta en uno de sus
extremos; ambas aberturas de la T están cubiertas con un tamiz de
alambre.
4. Una caja hermética, preferiblemente de lámina de zinc, la cual se ajusta
sobre la parte superior del barril recolector. Esta caja cuenta con una
abertura para ubicar el asiento del usuario y, además con una tapa de
cierre automático.
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Figura 5. Esquema del tanque séptico de Fosse Mouras
5. Un dispositivo para evitar salpicaduras, consistente en una pequeña
tabla horizontal ubicada debajo del asiento, una pulgada por debajo del
nivel de la tubería transversal. La tabla se mantiene en su lugar por
medio de una varilla, la cual pasa por un agujero ubicado en el asiento, y
sirve además para levantar o empujar la tabla. En lugar de este
dispositivo se puede colocar una capa de trozos de material flotante.
6. Una tubería de ventilación, similar a la usada en estufas que emplean
gas o madera como combustible, que conecta el espacio bajo la silla con
el aire exterior.
El tanque recolector de excretas debe llenarse con agua hasta que
comience a gotear el efluente, asimismo se debe adicionar una o dos
libras de estiércol al agua para dar inicio a la fermentación.
Se debe anotar que el uso de tanques herméticos y el tamizado del efluente
son dos características muy importantes en la versión moderna del tanque
séptico.
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Figura 6. Diagrama del primer tanque séptico privado
Materiales de construcción
En general, en la construcción de los tanques sépticos se usan materiales
como el concreto o la fibra de vidrio, aunque también se han empleado
materiales como acero, madera de secoya (Sequoia pervirens) y polietileno.
Los tanques de polietileno se han usado últimamente a pesar de que su
resistencia estructural es inferior a la de los tanques construidos en concreto
o en fibra de vidrio; además, se han presentado problemas con este tipo de
tanques, ya que el polietileno es un material que se deforma con el paso del
tiempo.
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Los tanques construidos en fibra de vidrio son más costosos y se emplean
en zonas donde las mezcladoras de concreto no tienen acceso.
Independientemente del material de construcción, un tanque séptico debe
poseer resistencia estructural y ser impermeable, es decir que no permita
fugas de contenido del tanque si se desea que funcione de manera
adecuada, en especial cuando existen etapas posteriores de tratamiento
como filtros de lecho empacado intermitente y con recirculación o se utilizan
alcantarillas a presión.
La diferencia de precios entre un tanque estructuralmente resistente e
impermeable y uno de bajo costo es mínima, ya que los costos involucrados
en la reparación de este último excede incluso el valor estimado para un
tanque nuevo.
Funcionamiento y operación
Los sólidos sedimentables que se encuentran en el agua residual cruda
forman una capa de lodo en el fondo del tanque séptico. Las grasas, aceites
y demás material ligero tienden a acumularse en la superficie donde forman
una capa flotante de espuma en la parte superior y la capa de lodo
sedimentado en el fondo, corresponde al agua tratada y se puede llevar para
disposición en campos de infiltración o ser sometida una unidad de
tratamiento si esta existe.
La materia orgánica retenida en el fondo del tanque se somete a un proceso
de descomposición anaerobia y facultativa, transformándose en compuestos
y gases más estables como dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y
sulfuro de hidrógeno (H2S). El lodo que se acumula en el fondo del tanque
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séptico esta compuesto sobre todo de hilachas provenientes del lavado de
prendas y de lignina, la cual hace parte de la composición del papel
higiénico, aunque estos materiales lleguen a degradarse biológicamente, la
velocidad de descomposición es tan baja que en últimas se acumulan.
Es interesante anotar que los primeros tanques sépticos se conocieron
como tanques de licuado, debido a que en ausencia de materiales extraños,
todos los sólidos presentes en el agua cruda se transformaban en
compuestos líquidos, para limitar la acumulación de lodos en los tanques
sépticos se recomienda el uso de papel higiénico biodegradable y la
instalación de trampas para detener las hilachas.
Aunque en los tanques sépticos se forme sulfuro de hidrógeno, no es común
la formación de olores, ya que el sulfuro de hidrógeno se combina con los
metales presentes formando sulfuros metálicos insolubles que se acumulan
en los sólidos que se sedimentan.
A pesar que la descomposición anaerobia que reduce el volumen del
material sólido depositado en el fondo del tanque, existe siempre una
acumulación neta de lodo. Parte del lodo alimentado se adhiere a las
burbujas de gas generadas en el proceso de descomposición del material
sólido del fondo del tanque, y asciende junto con ellas aumentando el
espesor de la capa de espuma formada en la superficie del tanque.
A largo plazo, la acumulación del lodo y espuma hace que se reduzca la
capacidad volumétrica efectiva del tanque; por tanto, es conveniente realizar
los bombeos periódicos del contenido del tanque a manera de
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mantenimiento programado. En la Figura 7 se pueden apreciar las diferentes
capas y zonas que conforman un tanque séptico.
Figura 7. Diagrama del tanque sépticos donde se aprecian las zona y capas.
Problemas en la operación
Históricamente, el problema más importante que se presenta en la
operación del tanque séptico es el arrastre de sólidos, grasas y aceites. Este
arrastre de sólidos en el efluente del tanque séptico ocasiona la reducción
prematura en la capacidad de asimilación de carga hidráulica en los campos
de disposición de efluente por infiltración, dando origen a la formación de
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zonas húmedas en la vecindad de las zanjas de infiltración y la acumulación
del efluente en la superficie del suelo.
El ingreso de aguas subterráneas al tanque séptico sin impermeabilización
trae como resultado : 1) sobrecarga hidráulica de los sistemas de
disposición en campos de infiltración, provocando la acumulación del
efluente en la superficie del suelo, 2) interrupción del proceso de digestión
anaerobia que se desarrolla dentro del tanque séptico, y 3) severa
sobrecarga hidráulica en los procesos de tratamiento dispuestos aguas
abajo, como es el caso de los filtros de lecho empacado intermitente y con
recirculación. Es de suma importancia entonces que un tanque séptico debe
poseer resistencia estructural y ser impermeable, si se desea que funcione
adecuadamente para proteger así el medio ambiente.
Elementos adicionales de los tanques sépticos
Para limitar la descarga de sólidos en el efluente de tanques sépticos se ha
usado un diseño con dos compartimentos. Con base en mediciones
realizadas, tanto en tanques de uno como de dos compartimientos, se ha
comprobado que los beneficios atribuidos a los tanques de dos
compartimentos se deben más al diseño que a la subdivisión del tanque
(Seabloom, 1982; Winneberger,1984).
Un método efectivo para reducir la descarga de sólidos sin tratamiento
consiste en instalar un filtro para mejorar la calidad del efluente en tanques
con un solo compartimiento (Figura 8). Durante la operación, el líquido fluye
dentro del filtro a través de los orificios de entrada localizados en la parte
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central de la pared de la cámara de filtrado. Antes de pasar a la zona
central de la cámara, el efluente debe atravesar un tamiz situado en el
interior de la cámara. Debido a la gran superficie del tamiz, la colmatación
del mismo no se produce rápidamente; de ser necesario, el tamiz se puede
retirar para labores de limpieza (Figura 8).
En este caso, la cámara para filtrado del efluente cumple con las funciones
del segundo compartimento; además en estos dispositivos se pueden
instalar para disminuir la descarga de sólidos gruesos en el efluente de
tanques sépticos nuevos, o de aquellos que se encuentren en
funcionamiento siendo ello una gran ventaja. En la Figura 8 se aprecia el
esquema de un tanque séptico con cámara de filtración, la cual evacua el
filtrado por bombeo.
Figura 8. Diagrama del sistema de filtros y elementos filtrantes
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Figura 9. Diagrama de filtración del efluente provista de bomba multietapa de gran cabeza
Consideraciones de diseño para fosas sépticas
Para el diseño y operación de tanques sépticos deben considerarse
aspectos como: 1) su forma, 2) su sistema estructural, 3) su
impermeabilización, 4) su dimensionamiento, 5) sus accesorios, 6) la
programación de inspecciones, y 7) la limpieza del tanque séptico.
Forma del tanque
La mayoría de los tanques sépticos construidos en concreto son
rectangulares, cuentan con un deflector interno que divide el tanque y con
puntos de acceso que permiten la inspección y la limpieza, (Ver Figura 10).
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La primera cámara ocupa aproximadamente las dos terceras partes del
volumen total del tanque.
No obstante, el uso de tabiques divisores en tanques sépticos es más de
carácter histórico que científico. Tanto Seabloom et al (1982) como
Winneberg (1984) encontraron, con base en mediciones realizadas en
campo, que el desempeño de tanques sépticos con una única cámara es
igual o incluso mejor que el de aquellos tanques con dos cámaras para el
mismo volumen de líquido.
La ubicación de tabiques divisores limita el área superficial disponible para la
acumulación de lodos y espuma. Una forma más racional para usar el
tabique divisor consiste en ubicarlo longitudinalmente como se observa en la
Figura 10; esta configuración, además de mejorar la remoción de sólidos,
permite aumentar la integridad estructural del tanque.
Figura 10. Diagrama de ubicación de las pantallas y la trayectoria del flujo
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Sistema estructural del tanque
El desempeño que puede lograrse con un tanque séptico a largo plazo
depende directamente de su integridad estructural, si este es elaborado de
concreto depende del método de construcción, del tipo de refuerzo en acero
y de la composición de la mezcla del concreto (Bounds, 1996). Para lograr
una máxima integridad estructural, las paredes y el fondo del tanque deben
ser fundidos monolíticamente, y la cubierta se debe fundir en el sitio,
utilizando el refuerzo en acero sobresale de los muros. En algunos casos se
utiliza un sello hidráulico entre los muros y la cubierta. Se debe evitar
colocar la cubierta sobre el tanque puesto que pueden presentar
separaciones cuando ocurren asentamientos diferenciales.
Prueba de permeabilidad
Como se ha definido con anterioridad, los tanques impermeabilizados son
necesarios para la protección tanto del medio ambiente como de las
instalaciones de tratamiento o vertido, dispuestas a continuación del tanque
séptico.
La comprobación de impermeabilidad e integridad estructural se debe
realizar para cada uno de los tanques llenándolos con agua antes y después
de su instalación. Las pruebas hidrostáticas se realizan en el lugar de
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fabricación llenando el tanque con agua y aguardando 24 horas. Si no se
presentan fugas de agua después de dicho tiempo, el tanque es aceptado.
Debido a que parte del agua se absorbe en el concreto, es conveniente
llenarlo de nuevo y esperar otras 24 horas; si se presentan pérdidas totales
superiores a 1 galón de agua, el tanque es rechazado. Para evitar que la
cubierta se separe del cuerpo del tanque durante las pruebas hidrostáticas,
el nivel de agua se debe controlar. Es necesario que el procedimiento
descrito se repita cuando el tanque es instalado (Bounds, 1996).
Dimensionamiento del tanque
Varias relaciones empíricas se han desarrollado para estimar el tamaño de
los tanques sépticos. En varios códigos se recomienda como tamaño
mínimo 750 gal. (2.80 m3). La experiencia con tanques de diferentes
tamaños, realiza las siguientes recomendaciones para que estos alcancen
un eficiente desempeño con respecto a la remoción de DBO, SST, grasas,
aceites y reduzcan la frecuencia de bombeo de los contenidos del tanque al
exterior.
Tabla I. Recomendaciones de volúmenes para diseño de tanques sépticos
Una o dos habitaciones 1000gal. (3.78m3)
Tres habitaciones 1500gal. (5.67m3)
Cuatro habitaciones 2000gal. (7.57m3)
Más de cuatro Pedir asesoría de un
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habitaciones ingeniero
Fuente: Aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados. Crites,
Tchobanoglaws, 2000.
Otra razón para usar tanques grandes estriba en la dificultad de ampliar el
tamaño del tanque existente cuando la vivienda cambia de propietario o es
ampliada.
Mantenimiento del tanque séptico
Dado que los tanques se encuentran enterrados, por lo tanto no están a la
vista, algunos propietarios olvidan que estos sistemas necesitan
mantenimiento periódico. Con frecuencia, los residentes de zonas pobladas
que cuentan con red de alcantarillado por gravedad se reubican en zonas
que utilizan tanques sépticos, suponiendo entonces que pueden descargar
cualquier material y volumen de agua dentro del sistema, como lo hacían
cuando contaban con la red de alcantarillado.
Es decir, los sistemas de tanque séptico sometidos a estas condiciones se
pueden ver afectados por la descarga de algunos constituyentes, ya que su
capacidad de manejo de caudal es finita. El abuso de dichos sistemas
ocasiona inevitables fallas, creando condiciones indeseables y posibles
riesgos para la salud. Es preciso considerar que la aplicación de algunas
recomendaciones simples para su correcta operación permite que funcione
durante más tiempo sin mayores problemas.
Inspección de rutina
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La inspección rutinaria de tanques sépticos realizada una o dos veces al año
contempla: 1) revisión de la impermeabilidad del tanque, 2) revisión del
ingreso de aguas extrañas al tanque, 3) revisión de empaques en las
conducciones, que conectan el tanque séptico con el sistema de disposición
en campos de infiltración, y 4) revisión de la acumulación de lodo y espuma.
Las capas de lodo y espuma se pueden medir con ayuda de los elementos
que aparecen en la Figura 11.
Para medir el espesor de la capa de espuma se utiliza una vara en forma de
L, la cual se empuja a través de la capa de espuma hasta alcanzar el fondo
de la misma. El espesor de la capa de lodo se determina al leer la escala de
la vara. Para medir este aspecto, se utiliza el ensayo de extinción de la luz.
Tal prueba consiste en sumergir una fuente luminosa en el interior del
tanque; la fuente de luz se puede observar mientras atraviesa la columna de
agua, ya que cuando alcanza la capa de lodo se extingue.
Figura 11. Ensayos para determinar el espesor de capas de lodos y espuma
Extracción de lodo del tanque séptico
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Como se describió antes, la acumulación progresiva de lodos y espuma
ocasiona a largo plazo una reducción en la capacidad volumétrica efectiva
del tanque. La capacidad de almacenar sólidos sedimentados se restablece
al extraer por bombeo el contenido del tanque. La frecuencia de extracción
ha sido estudiada ampliamente por Bounds (1995); los resultados de sus
análisis se presentan en forma gráfica en la Figura 12.
Figura 12. Análisis de la frecuencia en la extracción de lodos en tanque sépticos
Fuente: Aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados.
Crites, Tchobanoglaws, 2000.
Características y cantidades de los lodos de tanque sépticos
Entre las características principales de los lodos de tanques sépticos se
incluyen las cantidades esperadas, el contenido químico y de nutrientes así
como el contenido de metales pesados. Las particularidades de estos lodos
podrán variar con la frecuencia del bombeo, si su origen es residencial o
comercial, o bien con el uso de trituradoras de alimentos (U.S. EPA, 1984)
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Características de los lodos de tanques sépticos
En la tabla se detallan las características físicas y químicas de los lodos de los
tanques sépticos. Tal como se muestra en dicha tabla estos lodos contienen
concentraciones altas de sólidos, grasa, DBO y nutrientes, así como metales
dependiendo de las sustancias químicas de uso doméstico y de lixiviado de los
materiales de las instalaciones domésticos
Tabla II. Características físicas y químicas de los lodos de tanque sépticos
Componente Media U.S. Media EPA Valor sugerido
para el diseño por
la EPA
DBO 6480 5000 7000
DQO 31900 42850 15000
Sólidos totales 34106 38800 40000
STV 23100 25260 25000
SST 12862 13000 15000
SSV 19027 8720 10000
NTK 588 677 700
NH3-N 97 157 150
Fósforo total 210 253 250
Alcalinidad 970 1000
Grasa 5600 9090 8000
PH 1.5-12.6 6.9 6.0
LAS 110-200 157 150
Unidades mg/l excepto el pH. Fuente: U.S. EPA1984.
Opciones para el tratamiento
Los lodos de los tanques sépticos requieren generalmente de un cierto nivel de
tratamiento antes de su disposición final o de su reutilización. En muchos casos,
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los lodos de los tanques sépticos se descargan en una planta municipal de
tratamiento de aguas residuales. En otras circunstancias, las opciones para el
tratamiento incluyen los procesos convencionales de tratamiento de lodos, en
suelo o una combinación de tratamiento acuático y humedales artificiales. Los
lodos pueden procesarse en digestores o en lagunas de lodos como si fueran
líquidos, pueden deshidratarse para fabricar compost o pueden aplicarse en la
tierra.
En el siguiente análisis se consideran cinco alternativas para el
tratamiento de lodos de tanques sépticos:
• Tratamiento en una planta de tratamiento municipal
• Tratamiento como fuente de aguas residuales
• Tratamiento como lodos
• Tratamiento en suelo
• Tratamiento acuático
Tratamiento de lodos de tanques sépticos en una planta municipal de tratamiento
Si se va a procesar el lodo de los tanques sépticos junto con las aguas
residuales, será necesario construir una estación de recepción de lodos de
tanques sépticos, que estará conformada por un área de descarga (con
pendiente para permitir que el lodo fluya por gravedad desde los camiones de
transporte), un tanque de almacenamiento de lodos y una o más bombas
trituradoras. El tanque de almacenamiento se usa para acumular el lodo, de
manera que este pueda descargarse hacia la planta de tratamiento. El tanque
de almacenamiento debe cubrirse para controlar olores.
Se prefiere descargar el lodo en etapas iniciales del proceso con el fin de
remover arenas y filtrar. Si no hay instalaciones para triturar o filtrar frente a las
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instalaciones de descarga de los lodos de tanques sépticos, éstos lodos deben
transferirse desde los tanques de almacenamiento hacia la planta de
tratamiento con bombas trituradoras. En algunos casos, dicha transferencia
puede llevarse a cabo mediante un flujo por gravedad.
Si el lodo de los tanques sépticos esta muy concentrado, puede diluirse
con aguas residuales procesadas. También se puede añadir al lodo en el
tanque de almacenamiento sustancias químicas como cal o cloruro con el fin de
neutralizarlo, hacerlo más tratable o reducir olores. Si no existen limitaciones de
capacidad, el tratamiento en conjunto y la disposición de los lodos de tanques
sépticos es uno de los métodos de manejo de lodos más efectivos en cuanto a
costos y más adecuado con relación al ambiente.
Tratamiento de lodos como aguas residuales
Dado que el lodo de los tanques sépticos contiene en general 98,5% de
agua, con frecuencia se le trata como una fuente de aguas residuales. Los
sólidos suspendidos más pesados se retiran de la corriente de desechos para
permitir el tratamiento biológico más efectivo de los compuestos orgánicos que
permanecen en ella.
Una alternativa para el tratamiento es que el lodo de tanques sépticos se
procesa con un enfoque convencional que incluye sedimentación primaria,
tratamiento biológico, filtración del efluente, y posteriormente las lagunas será la
aplicación directa en el terreno, ya sea por el método de tasa baja (irrigación) o
por infiltración rápida.
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Tratamiento de lodos de tanques sépticos considerados como lodos
Las opciones para el tratamiento de lodos de tanques sépticos, incluyen
el compostaje, la aplicación en terreno, la digestión aeróbica y anaerobia, la
oxidación química y la estabilización con cal (U.S. EPA, 1984). Los procesos
que se usan en general para sistemas pequeños son el compostaje, la
aplicación en terreno (ver la siguiente sección) y la digestión aeróbica.
El compostaje es la estabilización de los desechos orgánicos a través de
la descomposición biológica aeróbica. El proceso puede realizarse con varias
configuraciones. Los tipos diferentes de compostaje incluyen dos métodos al
aire libre: con volteo y con pilas estáticas para compostaje, y cerrado para
compostaje mecánico. El lodo de los tanques sépticos debe deshidratarse antes
de iniciar el proceso. En la tabla se presentan los parámetros de operación
para la elaboración de compost a partir de lodos de tanques sépticos. El
compost producido puede venderse o regalarse.
La digestión aerobia se practica generalmente en tanques abiertos o en
recipientes. Se necesitan tiempos de retención de los sólidos de 30 a 40 días
para estabilización a temperaturas de 18 a 29° C (U.S. EPA, 1984). La
aireación superficial o los difusores sumergidos se utilizan para mantener un
nivel mínimo de oxígeno disuelto de 1 mg/L. Sin aireación adecuada se pueden
producir olores. Si fuera en exceso puede haber problemas de formación de
espumas. Debido a estas limitaciones, a los tiempos de retención largos, a la
inversión de mucho capital y a los altos costos de operación (comparado con el
tratamiento en suelo o en lagunas), es poco probable que la digestión aerobia
sea atractiva en el aspecto económico excepto para grandes instalaciones de
tratamiento de lodos de tanques sépticos o para aquellas independientes con
limitaciones de terreno (U.S. EPA, 1984).
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Tabla III. Parámetros operacionales para el compostaje de lodos de tanque sépticos
Parámetros Intervalo Mecanismo de control
Contenido de humedad de
la mezcla de compost
40-60% Deshidratación del lodo de tanques
sépticos hasta 10 a 20% de sólidos
seguido de adición de material ligante (con
adición de aserrín y astillas de madera), 3:1
por volumen de material agregado a lodos
de tanques sépticos deshidratados
Oxígeno 5-15% Acción de revolver periódicamente
(volteo), aireación forzada (pilas estáticas),
agitación mecánica con aire comprimido
(mecánica)
Temperatura(la que debe
alcanzar el compost)
55-65°C Resultado natural de la actividad biológica
en las pilas, demasiada aireación reducirá
la temperatura
pH5-8 El lodo de los tanques sépticos se
encuentra en general dentro de este rango
de pH, normalmente no es necesario
hacer ajustes
Relación carbono/nitrógeno 20:1 a 30:1 Adición de material ligante
Tratamiento en suelo
El tratamiento en suelo o la aplicación en terreno es el principal método de
tratamiento y disposición de lodos de tanques sépticos en Estados Unidos (U.S.
EPA, 1984). Los tipos de tratamiento en suelo, incluyen sistemas de tasa baja,
de riego superficial de infiltración rápida. El tratamiento de lodos de tanques
sépticos se logra principalmente por medio del método de tasa baja, aunque
con muchas variaciones en las técnicas de aplicación.
La técnica de aplicación terrestre más común es la irrigación superficial. El
camión de transporte que extrae el contenido de los tanques sépticos es el
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vehículo que aplica el lodo de los tanques sépticos en la tierra. Durante la
época de lluvias o cuando el suelo esta congelado, el lodo de los tanques
sépticos debe almacenarse. En algunos casos, las condiciones del suelo son
tan críticas que el vehículo que aplica el lodo necesita llantas de alta flotación,
las cuales, si no son adecuadas para hacer largos recorridos en autopistas,
exigen la necesidad de un vehículo adicional.
Para la aplicación superficial también se utilizan aspersores fijos, irrigación por
surcos y riego superficial. Los principales puntos de preocupación asociados a
la aplicación superficial son el contro l de la escorrentía, los olores y los riesgos
potenciales asociados con la salud.
Para poder enfrentar las preocupaciones de contaminación de aguas
subterráneas, es necesario un procedimiento adecuado del proceso tanto para
la aplicación superficial como para la subsuperficial.
Tratamiento acuático
En el tratamiento del lodo de los tanques sépticos se ha usado en forma
experimental un proceso relativamente nuevo que combina el tratamiento
acuático con aireación y los humedales artificiales. En 1988, el lodo de tanques
sépticos decantado se trato en Harwich, Massachusetts, utilizando este sistema
acuático solar (Teal y Peterson, 1991). El desempeño del tratamiento para la
operación experimental, tenia un tiempo de retención de 15 días.
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FILTROS DE ARENA CON RECIRCULACIÓN
Los filtros son unidades de tratamiento físico y biológico que se ha utilizado
desde hace años en el manejo de aguas residuales. Entre los más empleados
en el tratamiento de aguas residuales se cuenta con 1) filtro percoladores
convencionales y de tasa alta,2) los de tasa alta con medio granular y poroso,
usados para filtración de efluentes tratados; y 3) filtros de tasa baja con medio
granular y poroso.
Los filtros de tasa alta utilizados en la filtración de efluente de instalaciones de
tratamiento centralizado, serán considerados junto con el sistema de
reutilización y repurificación de aguas residuales.
Considerando principalmente los filtros de tasa baja usados en el tratamiento de
aguas residuales provenientes de viviendas aisladas, y de otras instalaciones
de pequeños sistemas descentralizados de tratamiento, siendo los de mayor
uso: 1) filtros de arena intermitentes, y 2) filtros de medio granular con
recirculación. Los tipos de filtros se describen a continuación. Antes de realizar
un análisis individual de los diferentes tipos de filtros lentos, se considera de
gran utilidad abordar primero elementos funcionales y describir los mecanismos
de remoción característicos de estas unidades de tratamiento.
Características funcionales de los filtros
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La mayoría de estas unidades de tratamiento cuentan con los siguientes
elementos básicos:
1. Un contenedor aislado, donde se confina el medio filtrante
2. Un sistema de drenaje para evacuar el líquido tratado
3. El medio filtrante
4. Un sistema para alimentación y distribución del líquido a tratar sobre el
medio filtrante
5. Un medio de soporte
Cada una de estas características se consideran brevemente a continuación.
En la Figura 13 se puede apreciar los elementos que conforman un filtro,
excepto la unidad contenedora.
Figura 13. Corte del lecho filtrante
Unidad contenedora del medio
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Su función es albergar el medio filtrante, puede ser simplemente una
excavación en tierra o una unidad más elaborada como una estructura de
concreto o madera (Figura 14). La elección depende del tipo de filtro que se
desee implementar, de las condiciones del terreno donde se ubicara la unidad y
de factores económicos.
El material más común para impermeabilización es el PVC polipropileno
con 30 milésimas de pulgada (0.76 mm.) de espesor. En lugares donde el
suelo de fondo tiene una rápida permeabilidad y una adecuada separación de
las aguas subterráneas, las unidades contenedoras se construyen sin
geomembrana (filtros sin fondo), reduciendo significativamente los costos.
Figura 14. Ejemplos de unidades contenedoras de filtros
Sistema de drenaje
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Este se emplea para recolecta r el líquido tratado y transportarlo a una cámara
de bombeo o un campo de infiltración para su disposición final. Los sistemas
de drenaje más comunes cuentan con tuberías acanaladas o perforadas; las
más usadas son las acanaladas que cuentan con ranuras de 0.25 plg.(6mm) de
ancho y que van hasta la mitad del diámetro de tubería, para prevenir la
formación de películas biológicas. Las ranuras se ubican a lo largo de la
tubería. Cuando se utilizan tuberías acanaladas las ranuras se ubican hacia
arriba como se aprecia en la Figura 15 para prevenir que la formación de
sólidos sedimentados en el fondo de la tubería bloquee la ranuras. En los filtros
intermitentes y en los que tienen recirculación, la tubería de drenaje se cubre
con una capa de medio granular de un tamaño de partícula lo suficientemente
grande como para evitar el taponamiento de las ranuras.
Figura 15. Sistema de drenajes para filtros de gran tamaño
Medio filtrante
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Durante muchos años se han investigado y usado diferentes tipos de medios
filtrantes incluyendo: carbón activado, antracita, vidrio, cortezas de árbol,
granate, grava, restos de minerales, piedra, plásticos, arcillas. Hasta la fecha,
la arena se constituye como el medio filtrante más utilizado en la construcción
de filtros de lecho empacado intermitentes, aunque también se ha comprobado
la eficiencia del vidrio reciclado como medio filtrante de este tipo de filtros. Los
medios filtrantes más utilizados en la construcción de filtros de lecho empacado
intermitentes con recirculación son arena gruesa y grava fina, aunque también
es común el uso de la arcilla gruesa expansiva.
Sistema de distribución
Para aplicar uniformemente sobre el medio filtrante el líquido a filtrar se
requiere un sistema de distribución, que puede operar a presión o por
gravedad. Entre los sistemas de distribución empleados se cuenta con
boquillas de aspersión, cangilones inclinados, moldes especiales de plásticos y
sistema con tuberías perforadas para distribución a presión.
El sistema de distribución más empleado en filtros de lecho empacado de
intermitentes corresponde al de tuberías perforadas con múltiples orificios de
1/8 de plg. (3mm.). El diámetro de tubería de distribución se establece de
manera que la diferencia en la descarga entre orificios no supera el 10% (ver
Figura 16). La tubería perforada se coloca sobre el lecho filtrante de grava, con
los orificios hacia arriba; los orificios se cubren con pequeñas tapas. Para
prevenir que la grava tapone con los orificios y para que la descarga a presión
atraviese la capa superficial de suelo. En zonas con climas fríos, el sistema de
dosificación se debe diseñar en forma tal que permita evacuar el agua residual
remanente en la tubería de distribución después de un ciclo de aplicación, o
permitir que la orientación de cada cuarto orificio pueda colocarse para abajo.
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Figura 16. Sistema de distribución para filtros
Figura 17. Tapas para la protección de orificios de distribución
Dosificación intermitente
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Esta permite que el líquido que se va a tratar sobre el lecho empacado
puede ser intermitente o con recirculación. En la dosificación intermitente, el
líquido es aplicado al lecho empacado una sola vez. Para optimizar la eficiencia
del sistema, como se analizará más adelante, el volumen total del líquido se
distribuye uniformemente, en varias aplicaciones que van de 12 a 72 veces por
día. Dado que el líquido se aplica periódicamente, este tipo de sistema recibe
el nombre de sistema intermitente (filtros de arena intermitente). Al
incrementarse a menudo la dosificación de 4 a 24 veces por día se encontró
que el desempeño de los filtros mejora, en especial si el medio filtrante está
conformado por arena de diámetro grande (Furman et al. ,1955). En una
investigación realizada con mayor detalle en la Universidad de California, se
constató que el desempeño de un filtro de arena intermitente era
significativamente mejor si la dosificación se realizaba 12 veces por día, en
contraposición a 4 veces por día (Nor. 1991; Darby et al.,1996). El impacto del
número de aplicaciones sobre el desempeño de los filtros se puede entender
con mayor claridad, una vez leído el material de mecanismos de remoción
presentado a continuación.
Dosificación con recirculación
En este tipo de sistema una fracción de líquido filtrado se vierte o destina
para reutilización, mientras que la otra retorna a un tanque de recirculación,
donde se mezcla con efluente de un tanque séptico, para ser aplicado
nuevamente sobre el medio filtrante. Dado a que el líquido recircula, pasando
varias veces a través del medio filtrante, este tipo de sistemas recibe el nombre
de sistema con recirculación (filtros de grava con recirculación).
Estos sistemas emplean relaciones de recirculación que va desde 3:1
hasta 5:1, con base en el caudal descargable del tanque séptico. El principal
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efecto de la recirculación es reducir la carga orgánica aplicada al filtro con cada
dosis e incrementar el oxígeno disuelto en el filtro. En general, la frecuencia de
la dosis varía de 48 a 120 por día (dosis que dura menos de 2 a 3 minutos cada
10 a 25 minutos).
Elementos adicionales de los filtros
Los elementos adicionales que requiere una unidad de filtración depende
del tipo de dosificación con la cual opere el filtro (intermitente o con
recirculación). Los principales elementos adicionales que requiere una unidad
intermitente son: cámaras de bombeo, bombas y sistemas eléctricos de control.
Los sistemas de control para filtros intermitentes se consideran más adelante.
Los sistemas con recirculación necesitan, además de los elementos
mencionados para sistemas intermitentes, unidades para almacenar el líquido
recirculado y para dividir el caudal que va a ser enviado a campo de infiltración,
el cual se mezclará con el caudal de entrada para una nueva aplicación sobre el
medio filtrante. La división del mismo se puede realizar de diferentes formas.
Mecanismos de remoción
Los mecanismos de remoción de DBO, SST, turbiedad, nitrógeno y
coliformes fecales y totales, durante la operación de filtrado en sistemas
intermitentes y con recirculación se consideran a continuación. Aunque los
mecanismos de remoción son fundamentalmente los mismos para los dos tipos
de filtros, existen diferencias relacionadas con la forma de aplicación del líquido
en los filtros de recirculación.
Teoría de sistema de filtración y funcionamiento
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En la operación de filtros de recirculación, la variables del proceso que
afectan el desempeño del filtro en cuanto a remoción de DBO, SST, grasas,
aceites y turbiedad, son las mismas que afectan a los filtros intermitentes. El
volumen del líquido recirculado es de gran importancia , puesto que diluye el
efluente de tanques sépticos, de manera que la materia orgánica aplicada en
cada dosis, y absorbida en la película bacterial, puede ser procesada con más
facilidad por la bacterias en cada dosis. Como la profundidad de la capa de
agua que fluye a través del medio filtrante es mayor a la que se presenta en
filtros de arena intermitentes, cabe la posibilidad que partículas coloidales
pequeñas, incluyendo bacterias y virus, pueden atravesar el medio filtrante sin
que haya absorción.
Poco tiempo después de que un filtro entra en funcionamiento, aparece
una delgada película bacterial en las capas superiores sobre los granos del
medio filtrante, la cual es muy importante dentro del funcionamiento normal del
filtro, ya que mediante la absorción retiene microorganismos y material coloidal
soluble y partículas presentes en el agua residual sedimentada. El material
retenido se descompone y oxida durante el intervalo de tiempo entre
aplicaciones de líquido.
La materia orgánica soluble se asimila casi de manera instantánea,
mientras que el material coloidal se solubiliza en forma enzimática. El material
soluble atraviesa entonces la membrana celular y de esta forma se convierte en
productos finales de degradación. Con cada aplicación de líquido, algunos
productos finales entran al lecho y eventualmente son removidos del fondo del
filtro. Las partículas de mayor tamaño son retenidas dentro del medio filtrante,
la retención se presenta mediante medios mecánicos y de contacto aleatorio.
Al igual que con las sustancias solubles y el material coloidal, las
partículas orgánicas de mayor tamaño se degradan en forma bioquímica entre
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dosis y en las primeras horas de la mañana, cuando se reduce la carga
orgánica y de sólidos que se aplica sobre el filtro.
Cuando el filtro madure, la película bacterial cubrirá todo el medio
filtrante. Dado que las partículas más grandes se remueven en la parte superior
del filtro, no existe una distribución lineal de sólidos dentro del mismo, de
manera que se presenta una gran acumulación en las primeras 4 a 8 plg. (100 a
200 mm.) de la parte superior.
La importancia del tamaño de las partículas del medio filtrante y de la
tasa de aplicación hidráulica se puede comprender al observar la Figura 18, en
la cual se muestra que, cuando el volumen de líquido aplicado es suficiente
para llenar los espacio vacíos, parte del material orgánico, partículas coloidales
y microorganismos pueden atravesar el filtro sin tratamiento alguno. Cuando se
reduce el volumen del liquido aplicado en cada dosis se puede presentar
parcialmente un flujo no saturado, si el volumen de líquido aplicado en cada
dósis se reduce aún más, el líquido fluirá a través del medio filtrante en forma
de una delgada pelíc ula, cuando esto ocurre, los constituyentes del agua
residual aplicada que en forma soluble y coloidal son absorbidos, y el oxígeno
del aire ubicado entre los intersticios del medio pasa a través de la película de
líquido hasta las bacterias aeróbicas, responsables de la oxidación de la
materia orgánica carbonácea. Cabe indicar que la concentración de oxígeno en
el aire a 20°C es de aproximadamente 250 mg/l. En razón de que la absorción
y la elevada concentración de oxígeno en el aire juega un papel importante en
la operación de los filtros intermitentes y con recirculación, es indispensable que
el líquido aplicado sobre el medio filtrante forme esa película líquida, de esta
manera, se lograr un desempeño más eficiente.
Figura 18. Efecto de la tasa de aplicación hidráulica sobre el flujo a través del medio filtrante
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Cuando el líquido fluye formando una película delgada, la oxidación de la
materia orgánica carbonácea ocurre en la parte superior del lecho filtro.
Simultáneamente, el amonio se convierte en nitrato (nitrificación) y, en las
pequeñas zonas anóxicas del filtro, los nitratos se convierten en nitrógeno
gaseoso (desnitrificación). Se ha demostrado que la desnitrificación biológica
ocurre bajo condiciones anóxicas y para ciertas bacterias, bajo condiciones
aerobícas (Robertson y Kuenen, 1990).
Los organismos responsables de la desnitrificación utilizan, como fuente
de energía, el carbono presente en la materia orgánica absorbida. Para
mantener la eficiencia del filtro, los microorganismos deben permanecer en la
tasa de crecimiento endógeno. Si la carga orgánica aplicada al filtro es muy
grande, la tasa de crecimiento bacterial aumentará y se presentará una
acumulación de película bacterial dentro del filtro, provocando que el sistema
falle, como se describirá más adelante.
El flujo en forma de una delgada película es de vital importancia en caso
de requerir eliminación de virus, ya que se ha demostrado que la formación de
una película bacterial densa sobre el medio filtrante, como resultado del
incremento en el número de dosis por día, tiene un efecto significativo sobre la
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remoción de virus; a pesar de utilizar material de vidrio como material filtrante,
se observó un efecto similar cuando se utilizó arena.
La materia orgánica presente en el afluente se distribuye a una mayor
profundidad dentro del filtro debido al volumen de líquido adicionado, que
además sirve para lavar y arrastrar fuera del filtro material orgánico
parcialmente descompuesto, desechos bacteriales y residuos retenidos en el
filtro durante las dosis anteriores. El material extraído del filtro tiende a
acumularse en el fondo del tanque de recirculación. En filtros con recirculación
de alta carga se debe instalar una trampa de sólidos para remover el material
extraído del filtro antes de realizar la descarga del efluente.
Desarrollo e historia de su utilización
Los filtros con recirculación evolucionaron a partir de los filtros
intermitentes de arena en la década de 1970 cuando Hines introdujo su
utilización en Illinois, Estados Unidos (Hines y Farveau, 1974). El Filtro
intermitente utilizado por Hines constaba de un tanque séptico, un tanque
de almacenamiento y recirculación, y un filtro sin cobertura. El contenido
del tanque séptico de recirculación se bombea sobre el lecho filtrante de
dos a ocho veces por hora. Una válvula (o divisor de caudal) en el tanque
de recirculación permite que el efluente del filtro ingrese al tanque o siga
la ruta de disposición / reutilización, dependiendo del nivel de líquido en el
tanque de recirculación. A mediados de la década de los 70, los sistemas
de filtros con recirculación se emplearon en el tratamiento de efluentes de
tanques sépticos antes de su disposición en zanjones de oxidación.
En Virginia del Oeste, se reemplazó la arena como medio filtrante por
cenizas de carbón generadas en las plantas de energía (Swanso y Dix,
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70
1988). En Oregon, la arena se reemplazó por grava fina (Ronayne eta.
1984.) La utilización de este tipo de medios filtrante produjo la reducción
o eliminación de la contaminación de los filtros y la posibilidad de manejar
cargas mayores. En la Figura 19, se presenta un diagrama del flujo
correspondiente a un filtro moderno con recirculación. Como se aprecia
en dicha figura, el sistema de filtro con recirculación requiere una unidad
similar al filtro de arena.
Figura 19. Diagrama de un filtro de medio granular con recirculación
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71
Consideraciones de diseño
Algunos factores importantes en el diseño de filtros de recirculación son:
el tipo y tamaño de partícula del medio filtrante, la profundidad de lecho
filtrante, la tasa de carga hidráulica, la tasa de carga orgánica, el número, el
caudal, y la distribución de la dosis, así como un diseño modular, los cuales
serán examinados.
Tipo y tamaño de medios filtrantes
Los tipos de medios filtrantes que se utilizan en los filtros con recirculación
van desde arenas hasta gravas finas, pasando por cenizas de horno. El
tamaño más fino reportado corresponde a una arena con diámetro efectivo de
0.30 mm (Belicekn 1986), la cual presentó una rápida colmantación y carreras
de filtración cortas; éstos resultados condujeron a los investigadores a
recomendar un tamaño de partícula mayor de 0.60 mm. Cenizas de hornos
tamizadas se han utilizado con tamaños que varían entre 0.90 y 2.40 mm. En
cuanto a las gravas se ha empleado tamaños medianos desde 1 hasta 6 mm y
tamaños finos de 2.50 mm. Se ha observado que el uso de tamaños de grava
superiores de 3.00 mm, disminuye drásticamente la remoción de nitrógeno (Ball
y Denn,1997).
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Tabla IV. Criterios de diseño para filtros con recirculación
FACTOR DE DISEÑO UNIDAD INTERVALO VALOR USAL
Medio filtrante
Material Medio granular lavado y
durable
Tamaño efectivo mm. 1-5 2.50
Profundidad mm. 450-900 600
Coeficiente de uniformidad Menor de 2.5 2.00
Drenaje
Clase Tubería de drenaje
perforada o ranurada
Tamaño mm. 75-100 100
Pendiente % 0-0.10 0
Distribución a presión
Tamaño de tubería mm. 25-50 38
Tamaño del orificio mm. 3-6 3
Altura hidráulica en el orificio M 1-2 1.60
Distancia entre tuberías M 0.50-1.20 0.60
Distancia entre orificios M 05.0-1.20 0.60
Parámetros de diseño
Carga orgánica mm./d 120-200 160
Carga de DBO Kg DBO / m2 d 0.01-0.04 Menor de 0.025
Relación de recirculación 3:1- 5:1 4:1
Tiempo de dosificación
Duración de aplicación Min Menor de 2 -3 Menor de 2-2
Periodo entre aplicaciones Min 15-25 20
Dosificación
Frecuencia Veces/día 48-120
Caudal/orificio L/orificios-dosis 3.8-11.4 7.6
Volumen del tanque de e
dosificación
Caudal/dia 0.5/1.5 1
Fuente: Aguas residuales para pequeños nucleos y descentralizados . Crites, Tchobanoglous,
2000.
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Profundidad de lecho filtrante
Los filtros de lecho confinado con recirculación emplean lechos con
profundidades que van desde 600 hasta 1200 mm, aunque anteriormente se
utilizaban más profundos. No se recomienda su utilización con menos de 600
mm. siendo este el valor más común.
Tasa de carga hidráulica
La tasa de carga hidráulica con base en el caudal de diseño oscila entre
120 y 240 mm/día dependiendo del tamaño del medio filtrante. El valor más
común de tasa de carga hidráulica para filtros con recirculación usados en el
tratamiento de efluentes de tanque séptico es de 200 mm/día, con base en un
caudal máximo controlado en el tanque mencionado.
Tasa de carga orgánica
Al igual que los filtros intermitentes, la tasa de carga orgánica comprende
la materia orgánica soluble y partícula que se aplica al filtro por unidad de área.
Aunque no estén establecidos valores de esta tasa para los filtros de medio
granular con recirculación los valores más usuales van de 0.01 a 0.04 kg.
DBO/m2 día. Valores mayores de tasa de carga orgánica se pueden utilizar,
realizando variaciones en la dosificación (Parker,1996).
Relación de recirculación y frecuencias de dosificación
Los valores de recirculación están en general entre 4:1 y 5:1. La
dosificación ajustada con temporizador establece una duración en la aplicación
de caudal que va de 1 a 5 minutos e intervalos entre dosis que oscilan entre 12
y 25 minutos para aguas residuales con concentraciones altas, se pueden
manejar dosis de 2 minutos de duración cada 6 minutos.
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División del caudal
Dado que gran parte del caudal que pasa a través del filtro se lleva al
tanque de recirculación para ser mezclado con agua residual proveniente del
tanque séptico, se debe disponer de algún mecanismo para dividir el caudal, lo
que podría ser: un tanque divisor, una válvula con orificio de recirculación
acoplado a un flotador de bola, la utilización de un tabique divisor de caudal en
el filtro.
La válvula con orificio de recirculación y flotador de bola combina las
ventajas de la válvula de flotador de bola sencilla y el tanque de repartición de
caudales, sin recurrir a controles eléctricos. Cuando existe poco caudal, todo el
efluente del filtro se recircula al tanque; cuando el tanque se llena, una pequeña
fracción del caudal de recirculación se evacua del sistema mediante el último
orificio.
Distribución de la dosis
Cuando el caudal aumenta y se requieren más laterales de
distribución y orificios de descarga, puede que una sola bomba no sea
suficiente para manejar el caudal de descarga en los orificios. Cuando
esto ocurre, el área del filtro se puede dividir en varias secciones y con
ayuda de una válvula mecánica de distribución, se puede realizar una
dosificación secuencial en cada una de las secciones establecidas por el
filtro. Por lo general una sola bomba puede mantener a presión hasta seis
secciones separadas dependiendo de la frecuencia de aplicación. En
algunos diseños se utilizan dos bombas para mantener a presión una o
dos secciones. Cuando se usan dos bombas, la tubería de descarga, se
interconecta con una válvula apropiada. Con las secciones
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
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interconectadas, el sistema puede operar con una sola bomba hasta que
se repare lo que ha fallado.
Diseño modular
Cuando se piensa en futuras ampliaciones del sistema de tratamiento
con filtros, como consecuencia del aumento en el caudal a tratar, se
puede recurrir a un diseño modular. En un arreglo típico, las unidades
adicionales de filtración se deben ubicar en el tanque de recirculación, el
cual debe diseñarse desde el principio, de acuerdo con la capacidad con
la que al futuro se desea contar.
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DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
El proyecto consiste en un sistema piloto de recolección y tratamiento de agua
residuales que se desarrolló en Puerto Barrios, tomando como base dos
sectores de la población, es decir, dos manzanas independientes con
alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos y el tratamiento de las aguas
residuales para cada sector independiente, monitoreando el resultado de ambos
sistemas en términos de su adecuado funcionamiento y eficiencias esperadas.
( Se excluirán las aguas de lluvia del sistema).
El sistema de alcantarillado sanitario esta diseñado para que funcione sin
arrastre de sólidos utilizando para el colector principal tubería de PVC de
4” considerada de pequeño diámetro. Este esquema de funcionamiento
es posible a través de una fosa séptica en cada vivienda la cual recibirá
las aguas, para después conectar la tubería de salida en la conexión
domiciliar del sistema completando así el esquema propuesto.
De los anterior se definen tres componentes principales: la fosa séptica
intradomiciliar, el alcantarillado sanitario y el sistema de tratamiento.
El sistema consiste en un sistema de colector principal de PVC de 4”, caja de
registro como unidades de interconexión y limpieza del sistema, conexiones
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domiciliares simplificadas para recolección, la fosa séptica intradomiciliar y el
sistema de tratamiento que consisten en un tanque de almacenamiento,
sistema de bombeo y filtros de arena de flujo intermitente.
El sistema se encuentra ubicado en el Municipio de Puerto Barrios,
Departamento de Izabal, tomando como base dos sectores a orillas del Río
Escondido ubicados entre la 5ª. Y 7ª. Avenidas y la 14 y 15 calles.
A continuación se describen el número de las viviendas que serán servidas, la
longitud de la tubería, número de cajas y cantidad de conexiones domiciliares
que integran el sistema de recolección:
Tabla V. Descripción del sistema por sectores
Descripción Sector I Sector II
Viviendas 15 11
Colectores principales de 4” 360.00 m 381.00 m
Caja para registro 6 unidades 6 unidades
Conexiones domiciliares 15 unidades 15 unidades
Cabezal de descarga 1 unidad 1 unidad FUENTE: Proyecto piloto alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y
planta de tratamiento, CHF Proyecto LEPPI, Municipalidad de Puerto Barrios, EPA – USAID.
En la siguiente tabla se muestra los parámetros de diseño que se
utilizaron para llegar a la instalación del sistema propuesto.
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Tabla VI. Parámetros de diseño del alcantarillado sanitario Descripción SECTOR I SECTOR II
Población actual 90 hab. = 15 casas
en1998
66 hab. = 11 casas 12 hab. =
4 locales, 55 hab. = 2 iglesias
+ 1 escuela
Población futura 120 habitantes / saturación 120 habitantes / saturación
Periodo de Diseño No menor de 30 años No menor de 30 años
Densidad de vivienda actual 6 hab./viv. En 1998 6 hab./viv. En 1998
Densidad de vivienda futura 8 hab./viv. Al futuro 8 hab./viv. Al futuro
Densidad de habitantes 0.33 hab. / metro lineal 0.50 hab. / metro lineal
Dotación estimada 150 l/hab/día 150 l/hab/día
Factor de retorno 80% 80%
Caudal ilícito 10 l/hab/día 10 l/hab/día
Caudal de infiltración 10 l/hab/día 10 l/hab/día
Caudal medio 0.0021l/seg/hab. 0.0020 l/seg./hab.
Caudal medio 0.25 l/seg. 0.39 l/seg.
Caudal Máximo 0.64 l/seg. 1.00. l/seg.
Caudal Minimorum de diseño 0.20 l/seg. 0.20 l/seg.
Chequeo de Q Min. en tramos
iniciales
Uso simultaneo Uso simultaneo
Factor de Q máximo 2.6
2.6
Velocidad mínima de diseño
0.30 m/seg.
0.30 m/seg.
Diseño mínimo Tubería de 4” PVC Tubería de 4” PVC
FUENTE: Proyecto piloto alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y
planta de tratamiento, CHF Proyecto LEPPI, Municipalidad de Puerto Barrios, EPA – USAID.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
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Figura 20. Descripción del sistema de recolección tratamiento y descarga
FUENTE: Proyecto piloto alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y
planta de tratamiento, CHF Proyecto LEPPI, Municipalidad de Puerto Barrios, EPA – USAID.
Descripción de sistema
1. Se inicia con la fosa séptica intradomiciliar
2. Se conecta al sistema principal de PVC de 4”
3. Cajas de inspección y cambios de dirección
4. Entra a la estación de bombeo
5. Entra al sistema de recirculación
6. Pasa al filtro de arena
7. Cabezal de descarga
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Descripción del sistema de tratamiento
Este consiste en un sistema de filtros de recirculación, compuesta de un
sistema de bombeo y el filtro de flujo intermitente. Como se muestra en los
planos a continuación.
Estación de bombeo
La estación de bombeo está construida de acuerdo a las dimensiones
mostradas en los planos. Dicha estación es de concreto armado, el cual
debe tener una fuerza mínima de compresión de 3500 psi, de 28 días de
curado. El hierro de la fundición debe ser de grado 60. Los canales de agua
deben utilizar en todas las uniones junta de construcción. Las bombas y sus
accesorios son de los modelos que se seleccionaron de la fabrica Orenco,
Inc. El equipo de bombeo incluye un filtro con bio tubos, bombas dúplex,
todo el equipo instrumental y eléctrico necesario para complementar el
sistema. Los accesorios de PVC que se utilizaron son conforme a las
dimensiones mostradas en planos presentadas por el fabricante Orenco, Inc.
Todo el equipo se instaló de acuerdo a las recomendaciones de los
fabricantes. El sistema eléctrico esta acorde con los códigos
predominantes. La válvula de recirculación es de manufactura Orecon, Inc.
e instalada siguiendo las recomendaciones del fabricante. Toda la tubería
es de PVC.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
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Filtro
El filtro de recirculación fue construido de acuerdo a las dimensiones
mostradas en los planos. La construcción se hizo en concreto reforzado, las
paredes son de blocks, como se indica en los planos. Se utilizó arena para
nivelar la base del filtro. Una línea de PVC de 30 milímetros se colocó sobre
la arena nivelada. Una tubería para desagüe de 4” fabricada por Orenco,
Inc. Se colocó como lo indican los planos . Seis pulgadas de piedrín de ½” a
¾”, se colocaron sobre toda la superficie. Dos pies de arena, con un
tamaño efectivo de 1.5 a 2.5 mm. y de coeficiente de uniformidad de 1.5 a
2.5 debe colocarse sobre el piedrín. Si no se consigue la arena adecuada,
se puede sustituir con piedrín de ½” a ¾”. Se colocaron aproximadamente
5” de piedrín sobre la arena / piedrín. Los laterales de PVC con orificios de
1/8” (2’ de centro de orificios) se instalaron sobre el piedrín, con escudos de
orificio y accesorios para la alineación como lo indican los planos, los
mismos fabricados con Orecon, Inc. Aproximadamente 1” de piedrín se
colocó sobre los laterales.
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Figura 21. Localización dentro del área urbana del Puerto de Izabal
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FUENTE: Proyecto piloto alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y
planta de tratamiento, CHF Proyecto LEPPI, Municipalidad de Puerto Barrios, EPA – USAID.
Figura 22. Ubicación de la planta de tratamiento con respecto al río el Cangrejal
FUENTE: Proyecto piloto alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y
planta de tratamiento, CHF Proyecto LEPPI, Municipalidad de Puerto Barrios, EPA – USAID.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
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Figura 23. Esquema del filtro de área con recirculación
Fuente: Ing. Louis Salguero(EPA/Región IV) traducido por Ing. Mario Ramírez
Figura 24. Elevación lateral del filtro y sus detalles
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Fuente: Ing. Louis Salguero(EPA/Región IV) traducido por Ing. Mario Ramírez
Figura 25. Sección de la estación de bombeo
Fuente: Ing. Louis Salguero(EPA/Región IV) traducido por Ing. Mario Ramírez
Figura 26. Sección estructural de la estación de bombeo
Fuente: Ing. Louis Salguero(EPA/Región IV) traducido por Ing. Mario Ramírez
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Figura 27. Detalles estructurales de la estación de bombeo
Fuente: Ing. Louis Salguero(EPÁ/Región IV) traducido por Ing. Mario Ramírez
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88
Características de LAS AGUAS RESIDUALES
Durante el ciclo hidrológico, el hombre utiliza el agua con diversos
propósitos para satisfacer sus necesidades (abastecimiento de agua potable,
irrigación, etc.) y desarrollarse, de tal manera que se definen dos etapas en este
proceso: 1) la del aprovechamiento y 2) la de la evacuación o retorno. La
consecuencia lógica de la etapa de retorno es un producto o desecho de las
aguas ya utilizadas. Estas aguas de desecho poseen una alteración en sus
propiedades físico-químicas y microbiológicas debido a ese uso, por lo que se
convierten en aguas contaminadas, lo que se transmite a los ríos, lagos, etc.
Clasificación de las aguas residuales:
• Aguas residuales domésticas: (agua proveniente de lavado de ropa y
utensilios de cocina, limpieza, higiene personal, inodoros).
• Aguas residuales comerciales: (agua proveniente de locales comerciales,
como venta de carnes, frutas y verduras, cafeterías, mercados cantonales,
centros turísticos, etc.).
• Aguas de lluvia (agua proveniente de precipitaciones).
Constituyentes de las aguas residuales:
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
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Las aguas residuales municipales son líquidos turbios que contienen
material sólido en suspensión. Cuando son frescas, su color es gris y tienen un
olor a moho ligeramente intenso, pero no ofensivo. Flotan en ellas cantidades
variables de materia, sustancias fecales, trozos de alimentos, basura, papel y
otros residuos provenientes de las actividades cotidianas.
Su composición se determina a través de:
• La composición original del agua
• Los residuos y desechos vertidos al sistema de alcantarillado proveniente de
viviendas, comercios, y actividades artesanales.
• Sustancias arrastradas por el agua de la superficie del suelo o infiltradas a la
red de alcantarillado en forma no controlada
La siguiente tabla presenta datos típicos de los constituyentes
encontrados en el agua residual doméstica. En función de las concentraciones
de estos constituyentes, podemos clasificar el agua residual como fuerte, media
o débil. Tanto los constituyentes como sus concentraciones presentan
variaciones en función de la hora / día, el día de la semana, el mes del año y
otras condiciones locales.
Tabla VII. composición típica del agua residual doméstica
Contaminante Concentración
Unidad Débil Media Fuerte
Sólidos totales (ST) mg/l 350 720 1200
Disueltos totales (SDT) mg/l 250 500 850
Fijos mg/l 145 300 525
Volátiles mg/l 105 200 325
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Sólidos en suspensión (SS) mg/l 100 220 350
Fijos mg/l 20 55 75
Volátiles mg/l 80 165 275
Sólidos sedimentables ml/l 5 10 20
Demanda bioquímica de oxígeno, mg/l
5 días, 20°C(DB05 ,20°C) mg/l 110 220 400
Carbono orgánico total (COT) mg/l 80 160 290
Demanda química de oxígeno (D00) mg/l 250 500 1,000
Nitrógeno (total en forma de N) mg/l 20 40 85
Orgánico mg/l 8 15 35
Amoníaco libre mg/l 12 25 50
Nitritos mg/l 0 0 0
Nitratos mg/l 0 0 0
Fósforo (total en forma de P) mg/l 4 8 15
Orgánico mg/l 1 3 5
Inorgánico mg/l 3 5 10
Cloruros mg/l 30 50 100
Sulfatos mg/l 20 30 50
Alcalinidad (como C.C03) mg/l 50 100 200
Grasas mg/l 50 100 150
Coliformes totales No./100ml 106-
107
107-
108
107-109
Compuestos orgánicos volátiles
(COVs)
Microg/l < 100 100-
400
> 400
Metcalf & Eddy, INGENIERÍA DE AGUAS RESIDUALES, TR ATAMIENTO, VERTIDO Y
REUTILIZACIÓN, Editorial McGraw Hill; pag.125.
* A criterio del autor es necesario considerar que las características de
estas aguas residuales en materia orgánica son mayores que las aguas
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
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residuales de nuestro medio, ya que en los Estados Unidos un alto
porcentaje de viviendas utilizan trituradora en los fregaderos de las
cocinas.
Contaminantes de importancia del agua residual
A continuación se presenta un listado de contaminantes presentes en las
aguas residuales que son de interés para su tratamiento.
• Sólidos en suspensión
• Materia orgánica biodegradable
• Patógenos
• Nutrientes
• Contaminantes prioritarios
• Materia orgánica refractaria
• Metales pesados
• Sólidos orgánicos disueltos
Objetivos de tratar las aguas residuales
El problema de disponer de las aguas residuales fue imponiéndose debido
al uso del agua para recoger y arrastrar los productos de desecho de la vida
humana. Anteriormente, los volúmenes de desecho, sin que el agua sirviese de
vehículo, eran muy pequeños y su eliminación se limitaba a los excrementos
familiares o individuales. El primer método consistía en dejar los desechos
corporales y la basura en la superficie de la tierra, en donde eran parcialmente
degradados por las bacterias, (principalmente de tipo anaerobio), esto originaba
la producción de olores ofensivos. Después la experiencia demostró que si
éstos desechos eran enterrados prontamente, se prevenía el desarrollo de tales
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
92
olores. La siguiente etapa consistió en el desarrollo de los retretes o letrinas
enterrados, que es un método de eliminación de los desechos de excremento
que todavía se emplea.
Con el desarrollo de los suministros de agua a las poblaciones y el uso de
la misma para arrastrar o transportar los desechos caseros, se hizo necesario
encontrar métodos para disponer no solamente de los desechos mismos, sino
para el agua portadora. Se emplearon para ello los tres métodos posibles: la
irrigación , la disposición subsuperficial y la dilución.
A medida que fue creciendo la población urbana, se presenta el aumento
de volúmenes de aguas residuales y desechos orgánicos, resulto que todos
los métodos de disposición eran tan poco satisfactorios que se hizo
indispensable tomar medidas esenciales para remediarlos y se inicio el
desarrollo de los métodos de tratamiento, antes de la disposición final de las
aguas residuales.
Los objetivos que hay que tomar en consideración en el tratamiento de las
aguas residuales incluyen 1) la conservación de las fuentes de abastecimiento
de agua para uso doméstico. 2) La prevención de enfermedades. 3) La
prevención de molestias.4) El mantenimiento de aguas limpias para el baño y
otros propósitos recreativos. 5) Mantener limpias las aguas que se usan para
la propagación y supervivencia de peces. 6) Conservación del agua para
usos industriales y agrícolas. 7) La prevención de azolve de los canales
navegables. 8) Evitar la contaminación visual.
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93
Parámetros de calidad del agua evaluados en el estudio
Temperatura
Este parámetro físico se define como fundamental en el desarrollo del proceso
de tratamiento.
Nitratos
Este parámetro físico se explica como la presencia de proteínas y urea
que es utilizada por las algas para desarrollar su crecimiento, lo que nos
interesa que sea eliminado ya que el río el Cangrejal, vierte sus aguas
hacia la bahía de Amatique.
Demanda química de oxígeno
Nos sirve para medir la cantidad de materia orgánica presente en el agua
residual. Esta siempre debe ser mayor que la DBO.
Sólidos en suspensión
Éstos son importantes en razón que desarrollan depósitos de fangos y de
condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno
acuático.
Turbiedad
A través de ella se determina la calidad de aguas vertidas hacia el cuerpo
receptor en relación la materia coloidal y residual en suspensión, de igual
forma se observa la eliminación de la turbiedad después de pasar del filtro
hacia la descarga final.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
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Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días
Este parámetro de contaminación orgánica para el agua residual,
determina la relación entre la medición de oxígeno disuelto que consumen
los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia
orgánica.
Potencial de hidrógeno
Nos permite definir el medio adecuado para la proliferación y desarrollo de la
mayor parte de la vida biológica.
Descripción de los puntos de muestreo
Los puntos seleccionados para realizar el muestreo fueron los siguientes:
1. En el río el Cangrejal aguas arriba del sistema de tratamiento, para conocer
la condiciones en las que se encuentra el cuerpo receptor antes del vertido
del agua tratada que sale del sistema.
2. En la entrada al sistema de tratamiento del filtro con recirculación para poder
determinar las características del aguas residual que ingresa al mismo.
3. En la salida de la descarga final del tratamiento para determinar como se
vierten las aguas hacia el cuerpo receptor.
En la Figura 28 se muestra la ubicación de los puntos de muestreo utilizados.
De acuerdo a la metodología planteada en el estudio, se realizó un número de
20 muestreos, utilizando para ello los procedimientos estandarizados que
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
95
utiliza el laboratorio de calidad del agua de la Escuela Regional de Ingeniería
Sanitaria.
Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla VIII.
Figura 28. Localización de los puntos de muestreo en el sistema en estudios
Punto de muestreo aguas arriba Río el Cangrejal
Punto de muestreo entrada al sistema pozo de visita
Punto de muestreo salida del filtro en tubería de descarga
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96
FUENTE: Proyecto piloto alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y
planta de tratamiento, CHF Proyecto LEPPI, Municipalidad de Puerto Barrios, EPA – USAID.
Tabla VIII. Resultado de los análisis de laboratorio, parámetros físicos y químicos
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
97
Fuente: datos de la laboratorio realizado por Ing. Ramírez
Fecha 14-FebPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 4.84 14.00 38.00 29.50 6.99 0.00Entrada PTAR 27.00 26.84 479.00 160.00 125.00 7.06 0.00Salida PTAR 27.00 36.96 21.00 2.40 2.42 7.16 0.00
Fecha 01-MarPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 2.64 18.00 1.60 14.10 7.02 0.00Entrada PTAR 27.00 11.44 94.00 234.00 173.00 7.24 0.00Salida PTAR 27.00 16.72 14.00 4.00 3.20 7.27 0.00
Fecha 17-MayPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 28.00 2.00 423.00 94.00 46.90 7.03 11.33 0.03Entrada PTAR 28.00 22.30 505.00 62.00 69.60 7.69 245.00 0.49Salida PTAR 28.00 12.90 41.00 10.80 2.95 7.21 15.00 0.37
Fecha 30-JulPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 28.00 5.72 43.00 39.60 36.70 7.11 14.00 0.33Entrada PTAR 28.00 169.40 958.00 136.00 276.00 6.60 125.00 0.13Salida PTAR 28.00 12.32 18.00 2.20 1.30 6.20 6.67 0.37
Fecha 06-AgoPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 3.42 34.00 38.60 26.50 7.05 19.00 0.56Entrada PTAR 27.00 146.50 834.00 109.00 186.00 6.98 289.00 0.35Salida PTAR 27.00 9.15 12.00 1.60 1.05 6.05 8.56 0.71
Fecha 13-AgoPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 9.24 13.00 37.60 6.98 6.98 2.00 0.15Entrada PTAR 27.00 150.04 482.00 82.00 77.90 7.28 160.00 0.33Salida PTAR 27.00 43.12 9.00 1.00 2.68 7.33 1.67 0.19
Fecha 20-AgoPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 14.96 31.00 130.00 158.00 6.99 6.67 0.22Entrada PTAR 27.00 1.76 237.00 47.20 51.40 7.30 60.00 0.25Salida PTAR 27.00 6.16 7.00 2.80 3.81 7.25 18.33 2.62
Fecha 24-AgoPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 3.96 16.00 38.00 16.40 6.73 7.00 0.44Entrada PTAR 27.00 94.60 511.00 90.00 95.00 7.01 235.00 0.46Salida PTAR 27.00 16.72 11.00 0.80 1.00 7.08 10.00 0.91
Fecha 30-AgoPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 5.28 29.00 17.60 12.90 7.01 11.33 0.39Entrada PTAR 27.00 74.80 519.00 79.00 85.40 7.44 251.20 0.48Salida PTAR 27.00 37.84 9.00 10.60 1.41 7.52 38.33 4.26
Fecha 04-SepPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 29.00 6.60 29.00 39.20 35.30 7.10 7.33 0.25Entrada PTAR 29.00 92.40 1856.00 577.00 547.00 7.44 565.00 0.30Salida PTAR 29.00 28.16 81.00 36.40 9.97 7.28 33.33 0.41
Fecha 28-SepPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 28.00 6.16 7.00 22.00 10.50 6.86 3.33 0.48Entrada PTAR 28.00 25.80 300.00 77.00 38.00 7.95 137.50 0.46Salida PTAR 28.00 13.64 10.00 14.40 1.42 7.23 8.33 0.83
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
98
Tabla IX. Resultados de temperatura en grados celcius
Figura 29. Variación de la temperatura
Muestra Temperatura Mínimo 27.00 14-Feb 1 27.00 Máximo 29.00 01-Mar 2 27.00 Medio 28.00 17-May 3 28.00 Promedio 27.45 30-Jul 4 28.00
06-Ago 5 27.00 13-Ago 6 27.00 20-Ago 7 27.00 24-Ago 8 27.00 30-Ago 9 27.00 04-Sep 10 29.00 28-Sep 11 28.00
26.00
26.50
27.00
27.50
28.00
28.50
29.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
RESULTADOS DE TEMPERATURA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
99
Tabla X. Resultados de nitratos en miligramos por litro
Figura 30. Variación de nitratos
Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %14-Feb 1 26.84 36.90 (37.48) 01-Mar 2 11.44 16.72 2.64 (46.15) 17-May 3 22.30 12.90 2.00 42.15 30-Jul 4 169.40 12.32 5.72 92.73
06-Ago 5 146.50 9.15 3.42 93.75 13-Ago 6 150.04 43.12 9.24 71.26 20-Ago 7 1.76 6.16 14.96 (250.00) 24-Ago 8 94.60 16.72 3.96 82.33 30-Ago 9 74.80 37.84 5.28 49.41 04-Sep 10 92.40 28.16 6.66 69.52 28-Sep 11 25.80 13.64 6.16 47.13
Mínimo 22.30 9.15 2.00 42.15 Máximo 169.40 43.12 9.24 93.75 Medio 95.85 26.14 5.62 67.95 Promedio 74.17 21.24 6.00 19.51
Nitratos
-20.0040.0060.0080.00
100.00120.00140.00160.00180.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
RESULTADOS DE NITRATOS
Fosa sépticaFiltro
Río
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
100
Tabla XI. Resultados de la demanda química de oxígeno en miligramos por
litro
Figura 31. Variación de la demanda química de oxígeno
Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %14-Feb 1 479.00 21.00 14.00 95.62 01-Mar 2 94.00 14.00 18.00 85.11 17-May 3 505.00 41.00 423.00 91.88 30-Jul 4 958.00 18.00 43.00 98.12
06-Ago 5 834.00 12.00 34.00 98.56 13-Ago 6 482.00 9.00 13.00 98.13 20-Ago 7 237.00 7.00 31.00 97.05 24-Ago 8 511.00 11.00 16.00 97.85 30-Ago 9 519.00 9.00 29.00 98.27 04-Sep 10 1,856.00 81.00 20.00 95.64 28-Sep 11 300.00 10.00 7.00 96.67
Mínimo 94.00 7.00 7.00 85.11 Máximo 1,856.00 81.00 423.00 98.56 Medio 975.00 44.00 215.00 91.83 Promedio 615.91 21.18 58.91 95.72
DQO
-200.00
400.00600.00800.00
1,000.00
1,200.001,400.001,600.001,800.002,000.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
RESULTADOS DE DQO
Fosa sépticaFiltroRío
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
101
Tabla XII. Resultados de sólidos en suspensión en miligramos por litro
Figura 32. Variación de sólidos en suspensión
Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %14-Feb 1 160.00 2.40 38.00 98.50 01-Mar 2 234.00 4.00 1.60 98.29 17-May 3 94.00 62.00 94.00 34.04 30-Jul 4 136.00 2.20 39.60 98.38
06-Ago 5 109.00 1.60 38.60 98.53 13-Ago 6 82.00 1.00 37.60 98.78 20-Ago 7 47.20 2.80 130.00 94.07 24-Ago 8 90.00 0.80 38.00 99.11 30-Ago 9 79.00 10.60 17.60 86.58 04-Sep 10 577.00 36.40 39.20 93.69 28-Sep 11 77.00 14.40 22.00 81.30
Mínimo 47.20 0.80 1.60 34.04 Máximo 577.00 62.00 130.00 99.11 Medio 312.10 31.40 65.80 66.58 Promedio 153.20 12.56 45.11 89.21
Sólidos en Suspensión
-
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
RESULTADOS DE SOLIDOS EN SUSPENSION
Fosa sépticaFiltroRío
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
102
Tabla XIII. Resultados de turbiedad en UTN
Figura 33. Variación de la turbiedad
Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %
14-Feb 1 125.00 2.42 29.50 98.0601-Mar 2 173.00 3.20 14.10 98.1517-May 3 69.60 2.95 46.90 95.7630-Jul 4 276.00 1.30 36.70 99.53
06-Ago 5 186.00 1.05 26.50 99.4413-Ago 6 77.90 2.68 6.98 96.5620-Ago 7 51.40 3.81 158.00 92.5924-Ago 8 95.00 1.00 16.40 98.9530-Ago 9 85.40 1.41 12.90 98.3504-Sep 10 547.00 9.97 35.30 98.1828-Sep 11 38.00 1.42 10.50 96.26
Mínimo 38.00 1.00 6.98 92.59 máximo 547.00 9.97 158.00 99.53 Medio 292.50 5.49 82.49 96.06 Promedio 156.75 2.84 35.80 97.44
Turbiedad
-
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
RESULTADOS DE TURBIEDAD
Fosa sépticaFiltroRío
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
103
Tabla XIV. Resultados de potencial de hidrógeno
Figura 34. Variación de potencial de hidrógeno
Muestra Fosa séptica Filtro Río14-Feb 1 7.06 7.16 6.99 01-Mar 2 7.24 7.27 7.02 17-May 3 7.69 7.21 7.03 30-Jul 4 6.60 6.20 7.11
06-Ago 5 6.98 6.05 7.05 13-Ago 6 7.28 7.33 6.98 20-Ago 7 7.30 7.25 6.99 24-Ago 8 7.01 7.08 6.73 30-Ago 9 7.44 7.52 7.01 04-Sep 10 7.44 7.28 7.10 28-Sep 11 7.95 7.23 6.86
Mínimo 6.60 6.05 6.73 Máximo 7.95 7.52 7.11 Medio 7.28 6.79 6.92 Promedio 7.27 7.05 6.99
Potencial de Hidrógeno
-
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
RESULTADOS DE pH
Fosa sépticaFiltroRío
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
104
Tabla XV. Resultados de la demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días en
miligramos por litro
Figura 35. Variación de la demanda bioquímica de oxígeno a 5 días
Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %14-Feb 1 - - - - 01-Mar 2 - - - - 17-May 3 245.00 15.00 11.33 93.88 30-Jul 4 125.00 6.67 14.00 94.66
06-Ago 5 289.00 8.56 19.00 97.04 13-Ago 6 160.00 1.67 2.00 98.96 20-Ago 7 60.00 18.33 6.67 69.45 24-Ago 8 235.00 10.00 7.00 95.74 30-Ago 9 251.20 38.33 11.33 84.74 04-Sep 10 565.00 33.33 7.33 94.10 28-Sep 11 137.50 8.33 3.33 93.94
Mínimo 60.00 1.67 2.00 69.45 Máximo 565.00 38.33 19.00 98.96 Medio 312.50 20.00 10.50 84.20 Promedio 229.74 15.58 9.11 91.39
DBO5
-
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
RESULTADOS DE DBO5
Fosa sépticaFiltroRío
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
105
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Temperatura
De acuerdo a los resultados obtenidos de este parámetro se observó
la poca variación en el tiempo, durante los meses de mayo y julio, existió
un alza en la temperatura, ya que es la época de calor en la región.
El valor máximo señala 29° Celcius, el valor promedio 27.45°C. y un valor
mínimo de 27°C.
Nitratos
Conforme a la tabulación de datos, resulta que la concentración de
nitratos con respecto al tiempo en que se realizaron los muestreos durante
aproximadamente un año, nos permite obtener un panorama del funcionamiento
del sistema de remoción.
En el punto de muestreo en el pozo de visita a la entrada de la planta: no
existe una tendencia definida ya que se presentan variaciones muy marcadas
en el transcurso del tiempo en la realización de los muestreos, se puede
observar en la Figura 30 , como valor máximo 169.30 mg/l, un valor promedio
de 74.17 mg/l y un valor mínimo de 22.30 mg/l.
En la salida del filtro se puede observar un valor que marco la diferencia
con el resto , lo cual se debió a que esta muestra fue tomada en un momento
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
106
en que se realizó mantenimiento al filtro. Como valor máximo 43.12 mg/l, un
valor promedio de 21.24 y un valor mínimo de 9.15 mg/l.
En la posición de muestreo en el río se obtuvo un valor máximo de 9.24
mg/l, un valor medio 5.90 mg/l y un valor mínimo es de 2.00 mg/l.
La remoción de los nitratos oscila de un 93.75 % como máximo un
promedio de 62.36% y un valor mínimo de 42.15% resultados que de acuerdo al
valor determinado en el río no afecta, ya que el caudal que produce la planta es
mucho menor que el caudal que este lleva en sí y por la dilución en el
transcurso de su recorrido. Solo existe un dato que nos muestra una variación
en el proceso de remoción que creemos que ocurrió como un error en la toma
en la muestra No.7 .
Demanda química de oxígeno
De acuerdo a la información obtenida la concentración del oxígeno en
distintas fechas fue muy variable.
En el punto de muestreo en el pozo de visita a la entrada de la planta; se
obtuvo un valor máximo de 1856.00 mg/l, un valor promedio de 615.91 mg/l y
un valor mínimo de 94.00 mg/l.
En el muestreo de la salida del filtro; se obtuvo un valor máximo 81.00
mg/l, un valor promedio de 21.18 y un valor mínimo de 7.00 mg/l.
En la posición de muestreo en el río el Cangrejal como referencia aguas
arriba; se obtuvo un valor máximo de 423.00 mg/l, un valor medio 215.00 mg/l y
un valor mínimo de 58.91 mg/l.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
107
La remoción de la demanda química de oxígeno obtenida oscila de un
98.56% como valor máximo, un valor promedio de 95.72% y un valor mínimo
de 85.11%, por lo que de acuerdo al va lor determinado en el río no afecta ya
que el caudal que produce la planta es mucho menor que el que lleva este en
sí, se puede observar que los valores de DQO que salen del filtro son mucho
menores que los del río.
Sólidos en suspensión
En el punto de muestreo del pozo de visita a la entrada de la planta; se
puede observar un valor máximo 577.00 mg/l, un valor promedio de 153.20
mg/l y un mínimo de 47.20 mg/l.
En la salida del filtro el muestreo observa una tendencia defina, ya que en
el transcurso del tiempo en que se llevó a cabo, se obtienen los siguientes
valores: máximo 62.00 mg/l, promedio de 12.56 mg/l y mínimo de 0.80 mg/l.
La muestra en el río el Cangrejal como referencia aguas arriba; presenta
la tendencia no definida ya que la oscilación de datos se ilustra en la Figura
33 donde existe mucha variación, el valor máximo que se pudo obtener es de
130.00 mg/l, el medio 45.11 mg/l y un mínimo es de 1.60 mg/l.
La remoción de los sólidos en suspensión oscila en porcentaje de 99.11
% como máximo, promedio de 89.21% y mínimo de 34.04% de acuerdo al valor
determinado en el río no afecta ya que éste produce mayor presencia de
sólidos, en relación al caudal que sale de la planta.
Turbiedad
En el punto de muestreo en el pozo de visita a la entrada de la planta: la
tendencia en esta unidad fue muy variable, la misma precisa como valores los
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
108
siguientes: máximo 547.00 mg/l, promedio de 156.75 mg/l y un mínimo 38.00
mg/l. Siendo valores que provienen de un sistema sin arrastre, esto nos da la
pauta que existen problema en el sistema de recolección.
En el muestreo en la salida del filtro, según el parámetro para esta unidad,
nos permite definir más su tendencia y obtener los resultados deseados: valor
máximo 9.97 UTN, promedio de 2.84 UTN y mínimo de 1.00. Ver Figura 33.
En la posición de muestreo del río El Cangrejal como referencia aguas
arriba: no se define una tendencia, ya que los datos varían en el transcurso del
tiempo, como valor máximo tiene 158.00 UTN, un valor promedio de 35.80 UTN
y un valor mínimo de 6.98 UTN.
La remoción de la turbiedad oscila de un 99.53 % como máximo un
promedio de 97.4% y un valor mínimo de 92.59% éstos valores que de acuerdo
al valor determinado en el río no afecta, ya que producen mayor presencia de
turbiedad en este, de la que se da en la planta.
Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días
No hay ninguna tendencia definida de acuerdo con el tiempo ya que la
variación de datos es muy puntual, no permite tener una uniformidad de DBO5
en este lapso.
En el muestreo realizado en el pozo de visita a la entrada de la planta: la
tendencia de la variación de los datos es muy variable por el tipo de sistema
que se tiene la carga que se maneja es alta, por el tipo de agua residual que se
está utilizando. El valor máximo 565.00 mg/l , con un valor promedio de 229.74
mg/l y un valor mínimo de 60.00 mg/l.
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________
109
En el sitio de muestreo en la salida del filtro, la variabilidad es baja por la
consistencia de los valores obtenidos ya que mantiene sus datos con respecto
al tiempo. Las cargas son absorbidas y eliminadas lo que permite tener un
mejor funcionamiento. Los datos obtenidos son: máximo 38.33 mg/l, medio
15.58, el mínimo 1.67mg/l.
El muestreo en el río El Cangrejal como referencia aguas arriba: en este
caso la variabilidad es baja por la consistencia de los valores obtenidos
manteniendo sus datos con respecto al tiempo. Las cargas presentes son
constantes para un río. Las variaciones de los datos son: del máximo 19.00mg/l,
medio 9.11, y el mínimo 2.00mg/l.
La remoción de la DBO5 oscila de un 98.56% como máximo, un promedio
de 91.39% y un valor mínimo de 69.45%, siendo éstos valores los que
determinan que no afecta ya que en el río se produce mayor presencia de
demanda bioquímica de oxígeno, de la que produce la planta.
Potencial de hidrógeno
La variación con respecto al tiempo es muy baja, por lo que el proceso,
debe mantenerse estable.
En el punto de muestreo en el pozo de visita a la entrada de la planta: se
tiene valores máximos 7.95, valor promedio 7.27 y mínimo 6.60.
En la salida del filtro según la muestra se definen valores máximos de
7.52, valor promedio 7.05 y mínimo 6.05.
En la muestra tomada en el río El Cangrejal, referencia aguas arriba: se
tiene valores máximos 7.11, valor promedio 6.73 y mínimo 6.99.
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TARIFA RECOMENDADA
A continuación se presenta la determinación de la tarifa a emplear para la
adecuada administración, operación y mantenimiento del sistema de
tratamiento de aguas residuales del barrio el Cangrejal. Como primer paso se
describe el sistema, los elementos que la conforman, paso siguiente se procede
a la determinación de las tarifa para el tratamiento primario y secundario para
determinar una tarifa completa.
El tratamiento primario esta integrado por una fosa séptica intradomiciliar
que tiene incorporado un biofiltro que nos permite que sólidos y arenas no
penetren al sistema de recolección.
El sistema de recolección transporta las aguas producidas por las fosas
sépticas, utiliza los pozos de visita que se emplean en cambios de dirección y
uniones.
El tratamiento secundario se compone de un tanque de almacenamiento,
para alimentar al sistema de bombeo en el cual se cuenta con dos bombas que
funcionan alternadas, una válvula de dosificación de caudal hacia el filtro de
grava con recirculación de flujo intermitente y su descarga final.
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TARIFA DE TRATAMIENTO PRIMARIO
Para el cálculo de la tarifa del tratamiento primario, se ha estimado la
extracción de lodos de las fosas sépticas, una vez por año en la época seca.
Para ello se necesitara una bomba de achique de 2” de diámetro para
extracción de sólidos, un carretón para poder llevar un tanque plástico con
capacidad de 2,000 litros, se requerirá de dos personas para la recolección,
transporte y disposición final del lodo extraído, siendo esto colocado en los
patios de secado de lodos que será construidos en terrenos municipales como
parte del apoyo.
El costo inicial esta integrado por la compra del depósito de
almacenamiento el cual tiene un costo de Q.2,000.00, bomba de achique de 2”
y magueras con un costo de Q.10,200.00, el carretón para el transporte del
depósito con un costo de Q. 9,200.00 y la construcción de patios de secado con
un costo de Q. 6,000.00
El costo inicial de inversión para el tratamiento primario es de Q.
27,400.00. Se determinó como anualidades en los 30 años a un interés de10%,
obteniendo Q2,906.57 al año.
El salario de los operadores se determinó utilizando un factor donde
se encuentran integrados los séptimo, IGSS, prestaciones. Se determinó
de la manera siguiente: 1.77 * Q.30.00 día * 2 operadores * 30 días
/mes/año = Q. 3,186.00 un mes al año = Q. 265.50/mes.
El consumo de gasolina para transporte de los lodos desde las viviendas
hasta los patios de secado donde se realizará un recorrido estimado de 300
km., con rendimiento del vehículo de 30.00 km./gal., consumiendo 10 gal. A un
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costo de Q. 20.00/gal gastando un total de Q. 200.00 un mes al año = Q.
16.67/mes.
Tabla 16. Gastos para el tratamiento primario
Renglones Costo/mes
Costo inicial Q.27,400.0| (Q.2906.57/ año) Q. 242.21
Salario operadores Q. 265.50
Combustible Q.16.67
Sumatoria de los renglones Q. 524.38
Gastos de administración (10%) Q. 52.44
Gastos imprevistos (10%) Q. 52.44
Total Q. 629.26
Tarifa calculada = Q. 629.26 /33 servicios = Q. 19.07/mes
TARIFA DE TRATAMIENTO SECUNDARIO
Para determinar la tarifa para el tratamiento secundario de aguas
residuales se tomaron en consideración los datos siguientes:
Operación: Se emplearán dos operadores para que se turne 24 x 24
Horas, que se encarguen de la limpieza, mantenimiento de la planta y
operación del sistema :
Salario 1.77 * Q.30.00 día * 2 operadores * 30 días /mes = Q. 3,186.00 /mes
Cambio del equipo cada 10 años se realizará un cambio, siendo esto dos
veces ya que el sistema se diseño con un periodo de vida útil de 30 años.
Cambio de equipo de bombeo = Q.3,108.63 /( 12 mes/año) = Q. 259.05/mes
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Consumo de energía eléctrica, que realiza el sistema se estimó
anualmente de acuerdo a los datos obtenidos del diseñador y del sistema que
funciona actualmente: Consumo de energía Q. 7,600.00/año
= Q.
633.33/mes
Tabla 17 Gastos para el tratamiento secundario
Renglones Costo/mes
Operadores Q. 3,186.00
Cambio de equipo de bombeo cada 10
años
Q. 259.05
Consumo de energía eléctrica Q. 633.33
Sumatoria de los renglones Q. 4,078.38
Gastos de administración (10%) Q. 407.84
Gastos imprevistos (10%) Q. 407.84
Total Q. 4,894.06
La tarifa se calculará dividiendo el total a recaudar mensualmente entre el
número de servicios domiciliares que están conectados a la planta de
tratamiento. Tarifa calculada Q. 4,894.06 / 33 servicios = Q. 148.30/ mes
Tarifa Propuesta
Se realizó la unificación del tratamiento primario y secundario para
obtener la Tarifa para que el servicio se mantenga y opere adecuadamente
sumando 19.02+148.30 =Q.
167.32/mes
(Q. 8.00 = $1.00)
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Manual de operación y mantenimiento
Definiciones
Operación
Es el conjunto de acciones externas que se ejecutan en las instalaciones o
equipos para lograr el buen funcionamiento óptimo de un sistema.
Mantenimiento
Es el conjunto de acciones internas que se realizan en las instalaciones o
equipos, para prevenir daños o reparar los mismos, sí así fuera el caso
con el fin de lograr el buen funcionamiento de un sistema. El
mantenimiento puede ser:
• Mantenimiento preventivo
Es el conjunto de acciones que se planifican y ejecutan antes de que se
produzcan daños en el sistema.
• Mantenimiento correctivo
Consiste en la reparación inmediata y oportuna de cualquier daño que se
produzca en las instalaciones y equipos, que pueden ser de diferente
naturaleza, por lo que es difícil que pueda preverse, y menos programarse.
Quizá única política razonable es disponer de condiciones indispensables como
personal especializado, material, equipo de reparación y transporte.
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Descripción del sistema de tratamiento
El sistema de tratamiento consiste en un filtro y una estación de bombeo.
El filtro contiene un desagüe interno, grava y un sistema de distribución de
descarga, está dividido en cuatro zonas: el suministro hacia las zonas es
controlada por una válvula de distribución operada hidráulicamente. Los dos
filtros están diseñados para un flujo diario promedio de 0.21 litros por segundo.
La estación de bombeo consiste de una bóveda con capacidad de retener
el flujo de un día. Las dos bombas contenidas en la bóveda del biotubo
distribuyen las aguas servidas hacia el filtro. La bóveda del biotubo contiene
un filtro que protege las bombas de sólidos que entran en el sistema, este
puede operar con una bomba. Una válvula divisoria en la estación recircula el
flujo de retorno del filtro en una relación 4 a 1 durante la operación normal. Es
decir, cada gota de aguas servidas pasa a través del filtro por lo menos cuatro
veces. Cuando el nivel en el tanque es bajo, todo el flujo de retorno del filtro es
recirculado. Una tubería de escape con una válvula de control ha sido
instalada en el tanque. Cuando el sistema no está en operación, el flujo va
hacia la estación de bombeo y saldrá por esta tubería hacia el río. Se espera
que esto sea utilizado solamente en caso de emergencia.
Operación
El flujo entra a la estación de bombeo desde el sistema de recolección de
aguas servidas por gravedad. Las bombas en la estación están controladas
por un sistema de boyas. La boya más baja apaga las bombas cuando el nivel
en la estación desciende por debajo de esta. Un nivel ascendente activará la
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siguiente boya que prenderá la bomba para un ciclo normal de dosificación
hacia el filtro. Si el nivel continúa subiendo, la última boya se activa y el ciclo de
bombeo se cambiará de tal manera que más aguas servidas entrarán al filtro,
esto continuará hasta que el nivel en la estación descienda por debajo de esta
boya y las bombas entonces regresarán a operar bajo un ciclo normal.
Los instrumentos que vienen con las bombas controlan su operación,
estas operan alternamente. Cuando la boya de alto flujo está activada, la
bomba se prende y distribuye las aguas servidas a una zona del filtro por una
duración de tiempo que puede fijarse usando los instrumentos programables.
La bomba entonces se apaga y permite que drene la zona del filtro. El período
de tiempo que la bomba permanece apagada se determina por un medidor de
tiempo programable que viene con los instrumentos. Cuando el ciclo de
descanso se complete, la próxima bomba se prende y bombea las aguas
servidas hacia la siguiente zona del filtro.
Posteriormente tiene lugar un tiempo de descanso, en donde el ciclo se
repite con la primera bomba distribuyendo aguas servidas hacia la siguiente
zona; este período de descanso, es de vital importancia para la operación del
sistema. El filtro es un sistema biológico que requiere oxígeno para poder
descomponer el contenido orgánico de las aguas servidas. Cuando la bomba
se apaga y permite que el filtro se drene es introducido aire al filtro para que sea
utilizado por los microorganismos.
Mantenimiento
El sistema utilizado para el tratamiento es muy bajo en mantenimiento,
pero requiere de algún cuidado. A continuación se discuten varios
procedimientos para mantener el sistema operando a su máxima eficiencia.
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Los procedimientos serán presentados en una frecuencia recomendada de
acuerdo al tiempo en que estos deban ocurrir. La operación primaria y las
labores de mantenimiento incluyen la observación del afluente y efluente, la
inspección del equipo de dosificación del filtro, el mantenimiento de las
superficies del filtro, la verificación del flujo de orificios de descarga y el lavado
anual del sistema de distribución. La superficie del filtro debe estar limpia de
maleza.
Tareas semanales
• Inspeccionar las bombas para asegurase que están funcionando.
• Inspeccionar el efluente final y observar su claridad.
• Observar la diferencia de nivel entre la estación de bombeo y la bóveda
biotubo de la bomba, si la diferencia de nivel excede de 15.24 cm., la
limpieza del filtro de la bomba de la estación debería apagarse y el filtro
debe sacarse para lavarse. Se considera que el filtro debe limpiarse dos
veces al año.
• Retirar la maleza de la superficie del filtro.
• Cada bomba está equipada con un medidor de horas. Se recomienda que
se mantenga un libro para llevar registro de las mismas. Las bombas
deberían tener el mismo número de horas de uso. Las diferencias en el
número de horas de uso u otras situaciones entre las bombas puede indicar
un problema en el sistema.
Tareas cada seis meses
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• Verificar la altura del chorro del agua saliendo del orificio, esta debería tener
un mínimo de 1.52 mts. Si no mide esto como mínimo, verifique que no
haya obstrucciones en el sistema de distribución o problemas con la bomba.
• Inspeccione la estación de la motobomba para que no hayan sólidos y natas
(lana/moho). Retírelos si es necesario.
• Inspeccionar que las bombas e instrumentos estén funcionando bien.
• Revisar la bomba del filtro. Limpiar cada vez que sea necesario.
• Comprobar que en la superficie del filtro no haya acumulación de agua que
puede indicar obstrucción. Ya que esta por menor que sea debe
solucionarse rompiendo los depósitos de materia orgánica o inorgánica
contenidos en la capa superior del filtro. Si estas continúan y son serias, se
requerirá el reemplazo de la piedrilla, la que se considera no requerirá
reemplazo en los primeros diez años.
Tareas anuales
• Lavar y limpiar el sistema de distribución del filtro. Cada tubería de
distribución tiene una válvula al final que se debe abrir cuando se limpia el
sistema. Las tuberías deberían lavarse y limpiarse individualmente hasta
que no haya evidencias de sólidos saliendo de cada tubo. Esta operación
debería tomar por lo menos un minuto por tubo.
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CONCLUSIONES
1. De acuerdo con la evaluación de los parámetros físicos y químicos
realizados a la planta de tratamiento de aguas residuales del Barrio El
Cangrejal, Municipio de Puerto Barrios, Departamento de Izabal, se observa
que está funcionando adecuadamente en su proceso biológico de
tratamiento ya que existe una remoción de 65% nitratos, 91% DQO y 95%
DBO5. Datos y gráficos en la página 100.
2. Así mismo se observó que los parámetros de sólidos en suspensión el 89%
son removidos y de turbiedad el 97%. Estos se encuentran dentro de los
porcentajes de remoción adecuada ya que son más bajos a la salida del
filtro que los del río Escondido, siendo esto beneficioso para el cuerpo
receptor. Datos y gráficos en las páginas 101 y 102.
3. El efluente de la planta presenta una mínima contaminación al cuerpo
receptor (río Escondido) estando dentro de los valores promedio.
4. Se estimó una tarifa de Q.167.32 por servicio domiciliar, para la
sostenibilidad del sistema de tratamiento primario y secundario, siendo la
municipalidad la que absorbe los costos de operación y mantenimiento.
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RECOMENDACIONES
1. Técnicamente si es aconsejable el uso de esta alternativa tecnológica.
2. Realizar el estudio socioeconómico de la población beneficiada con este
proyecto, con el objeto de determinar su capacidad de pago de Q.167.32 por
servicio domiciliar por mes, para la administración operación y
mantenimiento del sistema.
3. Se recomienda a la Municipalidad instalar un área donde se pueda construir
patios de secado de lodos para disponer adecuadamente de los lodos
extraídos de las fosas sépticas o si se cuenta con plantas de tratamiento
donde se puede trata los mismos, para poder reutilizarlos posteriormente
como abono en el mejoramiento de suelos.
4. Cuando se aumenten los caudales deberá hacerse un estudio para conocer
como funciona en condiciones máximas de operación, aforo de entrada
0.20 l/s, caudal medio 0.39 l/s y caudal máximo 1.00 l/s, al final del periodo
de diseño.
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BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
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Figura 36. Vista de la fosa sépticas intradomiciliares
Figura 37. Vista del biofiltro que evita el arrastre de sólidos en la tubería de recolección
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Figura 38. Estación de bombeo y caseta de controles
Figura 39. Filtro de grava con recirculación
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Figura 40. Vista de la ubicación de las válvulas de compuerta para limpieza de las líneas de distribución del filtro.
Figura 41. Detalles de las tapaderas de distribución del agua residual
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Figura 42. Planta de tratamiento sector uno que se ubica a un lado de la escuela
Figura 43. Planta de tratamiento de sector dos
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Figura 44. Cuerpo receptor río El Cangrejal, que contribuye a la bahía de
Amatique
Figura 45. Entidades participantes en el proyecto piloto
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ING. MARIO LEONEL RAMÍREZ TOLEDO
SUSTENTANTE
MSC. ING. ADAN ERNESTO POCASANGRE COLLAZOS
ASESOR y EXAMINADOR
MSC. ING. JORAM MATIAS GIL LAROJ
EXAMINADOR
MSC. ING. GUILLERMO GARCIA OVALLE
EXAMINADOR
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Guatemala, julio 2003
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