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Guía para la Selección de Tecnologías de Depuración de Aguas Residuales por Métodos Naturales En poblaciones menores a 5000 habitantes de la Provincia de Loja

Loja – Ecuador 2010

Guía para la Selección de Tecnologías de Depuración de Aguas Residuales por Métodos Naturales Abril de 2010

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA San Cayetano Alto www.utpl.edu.ec Loja - Ecuador

Editorial UTPL Diseño y Diagramación

Contactos: Campus Universitario - San Cayetano Alto Telef.: 593 7 2570275, Exts.: 2511, 2509 Ing. Mónica Cisneros Abad - [email protected] Ing. Lorena Bermeo Castillo - [email protected] Ing. Celso Romero Jaramillo - [email protected]

Se autoriza la reproducción total o parcial de este documento, previo reconocimiento de los autores

Impreso en la Editorial de la Universidad Técnica Particular de Loja. Loja, Ecuador, 2010

Secretaria Nacional de Ciencia y Tecnología

Pedro Montalvo Carrera Secretario Nacional de Ciencia y Tecnología

Ramiro Yépez Bravo Director de Investigación

Juan Carlos Moreno Analista de Investigación

Verónica Sánchez Analista de Innovación

Universidad Técnica Particular de Loja

José Barbosa Corbacho Rector Canciller de la UTPL

Vinicio Suárez Chacón Director Unidad Ingeniería Civil UCG

Omar Malagón Avilés

Director del Instituto de Química Aplicada IQA

Mónica Cisneros Abad Directora del Proyecto

Celso Romero Jaramillo Sub-director del Proyecto

Diana Hualpa Salinas Nathaly Solano Cueva

Yadira Ordoñez Vivanco Julio González Zúñiga Silvio Aguilar Ramírez Isabel Robles Valdés Docentes Investigadores

Lorena Bermeo Castillo Mercedes Villa Achupallas Carlos Merino González Cristian Muñoz Jaramillo Diego Coronel Carrión

Jorge Santín Torres Jorge Guerrero Pesántez

Leonardo Aguirre Azanza Luis Cuenca Alvarado Olger Quille Carpio

Patricio Castillo Elizalde Pasante

Guía para la Selección de Tecnologías de Depuración de Aguas Residuales por Métodos Naturales En poblaciones menores a 5000 habitantes de Loja

TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES i

Índice General

GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCION ..................................................................................................................... 1 1.2. ANTECEDENTES .................................................................................................................... 2 1.3. OBJETIVO DEL ESTUDIO ....................................................................................................... 3 1.4. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 3

TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES

2.1. INFILTRACIÓN RÁPIDA (IR) ................................................................................................... 6 2.2. INFILTRACIÓN LENTA (IL) ..................................................................................................... 7 2.3. ESCORRENTÍA SUPERFICIAL (ES) ....................................................................................... 8 2.4. HUMEDALES ......................................................................................................................... 9

2.4.1. Humedales de Flujo libre o superficial (HFL) .................................................................... 9 2.4.2. Humedales de Flujo Subsuperficial (HSS) ........................................................................ 10

2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TECNOLOGÍAS NATURALES DE TRATAMIENTO ..... 10

SELECCIÓN DE TECNOLOGÍAS

3.1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO NATURALES .............. 13 3.2. MATRICES DE SELECCIÓN .................................................................................................. 17

3.2.1. Consideraciones preliminares ......................................................................................... 17 3.2.2. Factores demográficos ................................................................................................... 17 3.2.3. Características del terreno .............................................................................................. 19 3.2.4. Características del agua residual .................................................................................... 21 3.2.5. Características del suelo ................................................................................................. 23 3.2.6. Características climatológicas ......................................................................................... 24 3.2.7. Aspectos tecnológicos .................................................................................................... 25 3.2.8. Costos ........................................................................................................................... 30 3.2.9. Periodos de diseño de las depuradoras ........................................................................... 32

1.

2.

3.


ii TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES

3.3. MATRIZ DE SELECCIÓN FINAL ............................................................................................ 32 3.4. EJEMPLO TIPO ..................................................................................................................... 34

MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

4.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 37 4.2. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 37 4.3. FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DEPURADORA ............................................................. 37 4.4. PUESTA EN MARCHA ............................................................................................................ 48 4.5. PROBLEMAS Y SOLUCIONES ............................................................................................... 49

CONCLUSIONES

5.1. CONCLUSIONES .................................................................................................................. 51

APÉNDICE 1

ESTUDIO DE ESTACIONES DEPURADORAS PARA LOS CANTONES DE CELICA, GONZANAMA,

OLMEDO, ZAPOTILLO Y PINDAL POR METODOS NATURALES

1.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 52 1.2. ESTUDIO SOCIO-ECONÓMICO SANITARIO DE LAS ZONAS DE ESTUDIO........................... 52 1.3. CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES .............................................................. 53

1.3.1. Toma de muestras .......................................................................................................... 53 1.3.2. Parámetros físicos-químicos y bacteriológicos.................................................................. 56 1.3.2. Resultados de la caracterización físico-química y bacteriológica ....................................... 57

1.4. CARACTERIZACIÓN DEL SUELO .......................................................................................... 60

1.4.1. Toma de muestras .......................................................................................................... 60 1.4.2. Parámetros físicos-químicos e hidráulicos ........................................................................ 62 1.4.3 Resultados de la caracterización física-química e hidráulica .............................................. 63

1.5. CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA ............................................................................................ 67 1.5.1 Precipitación .................................................................................................................... 67 1.5.2 Temperatura .................................................................................................................... 68 1.5.3 Vientos ............................................................................................................................ 69 1.5.4 Evapotranspiración ........................................................................................................... 69 1.5.5 Balance Hídrico ................................................................................................................ 70 1.6. IMPACTO AMBIENTAL ........................................................................................................... 72

1.6.1. Método de Leopold .......................................................................................................... 73 1.6.2. Área de influencia ............................................................................................................ 74 1.6.3. Acciones y factores ambientales que afectan en la construcción y operación de las plantas de tratamiento ...................................................................................................................... 74 1.6.4. Análisis de resultados ...................................................................................................... 79 1.6.5. Medidas de Mitigación que se deben tomar en cuenta en la ejecución del proyecto........... 79

4.

5.


TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES iii

1.7. DISEÑO DE LAS TECNOLOGÍAS ........................................................................................... 80 1.7.1. Infiltración rápida ............................................................................................................. 80 1.7.2. Infiltración lenta ............................................................................................................... 82 1.7.3. Escorrentía Superficial ..................................................................................................... 84 1.7.4. Humedal de flujo Superficial ............................................................................................ 86 1.7.5. Humedal de flujo Subsuperficial ....................................................................................... 88

ANEXO 1-A

DISEÑO DE LAS TECNOLOGÍAS

1. Infiltración Rápida ..................................................................................................................... 92 2. Infiltración Lenta ....................................................................................................................... 104 3. Escorrentía Superficial .............................................................................................................. 121 4. Humedal de Flujo Superficial ..................................................................................................... 130 5. Humedal de Flujo Subsuperficial ............................................................................................... 143

ANEXO 2-A

PLANOS DE LAS TECNOLOGÍAS INFILTRACIÓN RÁPIDA

Planta depuradora.......................................................................................................................... 167 Pre-tratamiento .............................................................................................................................. 168 Cortes de balsas de infiltración ....................................................................................................... 169 Bodega, cerramiento ...................................................................................................................... 170

INFILTRACIÓN LENTA

Implantación de la planta de tratamiento, cortes, canal de salida, detalles........................................ 173 Detalles de bodega, cerramiento, tanque almacenamiento, tanque distribución, detalle surcos ......... 174 Pre-tratamiento,corte y detalle de compuerta .................................................................................. 175 Cortes, planilla hierros .................................................................................................................... 176

ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

Planta de tratamiento, detalle de accesorios y perfil del suelo .......................................................... 179 Detalles de la bodega, cerramiento, planilla de hierro, corte B-B del terreno..................................... 180 Esquema del pre-tratamiento, cortes, planilla de hierros .................................................................. 181 Tanque de almacenamiento, cortes, detalle de compuerta .............................................................. 182


iv TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES

HUMEDALES DE FLUJO SUPERFICIAL

Planta de tratamiento ..................................................................................................................... 185 Detalles de la planta y accesorios ................................................................................................... 186 Pre-tratamiento: Planta, elevación y cortes ..................................................................................... 187 Bodega, detalle cerramiento, caja de revisión y tanque receptor del efluente ................................... 188

HUMEDALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL

Esquema del tratamiento, cortes y detalles constructivos del humedal ............................................. 191 Planta, cortes y detalles constructivos del desarenador ................................................................... 192 Planta, cortes y detalles constructivos del desengrasador ............................................................... 193 Caseta del guardia y detalle del cerramiento ................................................................................... 194

ANEXO 3-A

Características Climatológicas ........................................................................................................ 195

ANEXO 4-A

Ecuaciones utilizadas ..................................................................................................................... 200 GLOSARIO….. ........................................................................................................................ 209 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 214

ÍNDICE DE FIGURAS

ÍNDICE GENERAL

Figura 1. Mapa político del Ecuador ............................................................................................. 1 TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES

Figura 2. Esquema de trayectoria hidráulica de aplicación para IR.................................................. 6 Figura 3. Esquema de trayectoria hidráulica de aplicación para IL .................................................. 7



DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES v

Figura 4. Esquema del sistema de Escorrentía superficial ............................................................. 8 Figura 5. Esquema de trayectoria de un Humedal de flujo superficial ............................................. 9 Figura 6. Esquema de un Humedal de flujo Subsuperficial ............................................................ 10


Figura 7. Flujograma del proceso de selección de tecnologías naturales......................................... 15


Figura 8. Estructuras de tratamiento preliminar .............................................................................. 38 Figura 9. Rejilla de desbaste. ........................................................................................................ 39 Figura 10. Limpieza manual de rejilla de desbaste. .......................................................................... 39 Figura 11. Desarenador de doble cámara y rejas de desbaste.......................................................... 40 Figura 12. Limpieza manual de los desarenadores ........................................................................... 40 Figura 13. Extracción manual de grasas en el desengradasor .......................................................... 40

APÉNDICE 1-A

Figura 1-A. Toma de muestras de agua residual en campo y análisis en laboratorio ....................... 56 Figura 2-A. Toma de muestras en campo y análisis de laboratorio ................................................. 62

ANEXO 3-A

Figura 3A-1 Precipitación Media Mensual. ...................................................................................... 195 Figura 3A-2 Temperatura ............................................................................................................... 196 Figura 3A-3 Velocidad del Viento .................................................................................................... 197 Figura 3A-4 Evapotranspiración Media Mensual. ............................................................................. 197 Figura 3A-5 Balance Hídrico de las cabeceras cantonales en estudio .............................................. 198

ÍNDICE DE TABLAS

TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES

Tabla 1. Ventajas y desventajas de las tecnologías de tratamiento ............................................... 11


Tabla 2. Criterios de Selección .................................................................................................... 13 Tabla 3. Descripción de la topografía según la pendiente del terreno ............................................ 20


vi TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES

Tabla 4. Composición del agua residual doméstica ...................................................................... 22 Tabla 5. Descripción de los suelos según su textura .................................................................... 23 Tabla 6. Descripción de permeabilidad para suelos no saturados ................................................. 23 Tabla 7. Período de diseño ......................................................................................................... 32


Tabla 8. Cuadro de resumen de las actividades de operación y mantenimiento de las unidades de pre-tratamiento ................................................................................................................ 41 Tabla 9. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por IR ......................................... 42 Tabla 10. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por IL ......................................... 44 Tabla 11. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por ES ........................................ 45 Tabla 12. Actividades de operación y mantenimiento del sistema HFL ............................................ 46 Tabla 13. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por HSS ..................................... 47 Tabla 14. Problemas y soluciones .................................................................................................. 50

APÉNDICE 1-A

Tabla 1-A. Aspectos del programa de muestreo .............................................................................. 53 Tabla 2-A.Ensayos de caracterización de las aguas residuales con los métodos de ensayo utilizados en el

laboratorio del IQA-UTPL ................................................................................................ 57 Tabla 3-A. Composición físico-química y bacteriológica de las aguas residuales .............................. 58 Tabla 4-A. Aspectos para la toma de muestras de suelos ............................................................... 61 Tabla 5-A. Ensayos físicos, químicos e hidráulicos del suelo con la norma o método de ensayo....... 63 Tabla 6-A. Caracterización física del suelo ...................................................................................... 63 Tabla 7-A. Caracterización químicas del suelo ................................................................................ 64 Tabla 8-A. Interpretación de los rangos de pH y C.E. del suelo (Sierra)............................................ 65 Tabla 9-A.Interpretación de los rangos de concentraciones de los componentes químicos del suelo

(Sierra) ........................................................................................................................... 65 Tabla 10-A. Interpretación de los rangos de CIC ............................................................................ 65 Tabla 11-A. Caracterización química del suelo .............................................................................. 66 Tabla 12-A. Caracterización hidráulica del suelo ............................................................................ 66 Tabla 13-A. Caracterización climática de las zonas de estudio ....................................................... 72 Tabla 14-A. Valoración de la matriz de Leopold ............................................................................. 73 Tabla 15-A. Descripción de las acciones ....................................................................................... 75 Tabla 16-A. Factores ambientales ................................................................................................. 75 Tabla 17-A. Parámetros de diseño para IR .................................................................................... 81 Tabla 18-A. Dimensiones del tratamiento de IR ............................................................................ 82 Tabla 19-A. Parámetros de diseño para IL ..................................................................................... 83 Tabla 20-A. Dimensiones del tratamiento de IL .............................................................................. 84 Tabla 21-A. Parámetros de diseño para ES ................................................................................... 85 Tabla 22-A. Dimensiones del tratamiento de ES ............................................................................ 86 Tabla 23-A. Parámetros de diseño para HFS ................................................................................. 87 Tabla 24-A. Dimensiones del tratamiento de HFS ......................................................................... 88 Tabla 25-A. Parámetros de diseño de HSS.................................................................................... 89 Tabla 26-A. Dimensiones del tratamiento de HSS .......................................................................... 90


TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES vii

ANEXO 3-A

Tabla 3A-1 Precipitaciones Medias Mensuales................................................................................ 195 Tabla 3A-2 Temperaturas Medias Mensuales ................................................................................. 196 Tabla 3A-3 Velocidades Medias Mensuales del Viento .................................................................... 196 Tabla 3A-4 Evapotranspiración Media Mensual ............................................................................... 197 Tabla 3A-5 Balance Hídrico de las Cabeceras Cantonales en estudio .............................................. 198 Tabla 3A-6 Zonificación Climática de Thornwaite ............................................................................ 199

ÍNDICE DE MATRICES

Matriz 1. Cobertura de Agua potable .......................................................................................... 17 Matriz 2. Existencia y tipo de alcantarillado ................................................................................ 18 Matriz 3. Población .................................................................................................................... 19 Matriz 4. Características del terreno ........................................................................................... 20 Matriz 5. Características del agua residual .................................................................................. 21 Matriz 6. Características del suelo .............................................................................................. 24 Matriz 7. Características climáticas ............................................................................................. 25 Matriz 8. Eficiencia de las unidades de pre-tratamiento .............................................................. 26 Matriz 9. Remoción de los parámetros básicos ........................................................................... 26 Matriz 10. Impacto ambiental sobre el entorno .............................................................................. 28 Matriz 11. Tecnologías de tratamiento y su necesidad de obra civil .............................................. 29 Matriz 12. Operación y mantenimiento para cada tecnología de tratamiento .................................. 30 Matriz 13. Costos de construcción de obra civil para los tratamientos naturales ............................ 31 Matriz 14. Costos mensuales de operación & mantenimiento para los tratamientos naturales ........ 31 Matriz 15. Matriz de selección final .............................................................................................. 32

ÍNDICE DE ECUACIONES

Eq: 1A-1 Caudal de aguas residuales domésticas .......................................................................... 200 Eq: 1A-2 Caudal medio diario ......................................................................................................... 200 Eq: 1A-3 Factor de mayoración ...................................................................................................... 200 Eq: 1A-4 Caudal máximo horario .................................................................................................... 200 Eq: 1A-5 Constante de velocidad .................................................................................................... 200 Eq: 1A-6 Tirante de agua en el canal .............................................................................................. 200 Eq: 1A-7 Velocidad ........................................................................................................................ 200 Eq: 1A-8 Altura total del canal......................................................................................................... 201 Eq: 1A-9 Ancho del canal de cribado .............................................................................................. 201 Eq: 1A-10 Número de rejillas .......................................................................................................... 201 Eq: 1A-11 Longitud de transición .................................................................................................... 201 Eq: 1A-12 Superficie necesaria de sedimentación ........................................................................... 201 Eq: 1A-13 Caudal ........................................................................................................................... 201 Eq: 1A-14 Volumen de sedimentos ................................................................................................. 201


viii TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES

Eq: 1A-15 Longitud total del desarenador ....................................................................................... 201 Eq: 1A-16 Carga hidráulica ............................................................................................................. 201 Eq: 1A-17 Sección del desengrasador ............................................................................................ 201 Eq: 1A-18 Longitud del desengrasador ........................................................................................... 202 Eq: 1A-19 Volumen del desengrasador ........................................................................................... 202 Eq: 1A-20 Volumen del afluente...................................................................................................... 202 Eq: 1A-21 Volumen del tanque ....................................................................................................... 202 Eq: 1A-22 Tasa de carga hidráulica ................................................................................................ 202 Eq: 1A-23 Carga de nitrógeno ........................................................................................................ 202 Eq: 1A-24 Carga de DBO ............................................................................................................... 202 Eq: 1A-25 Área de infiltración ......................................................................................................... 202 Eq: 1A-26 Ciclos de operación ........................................................................................................ 202 Eq: 1A-27 Área de cada balsa ........................................................................................................ 202 Eq: 1A-28 Tiempo de caída ............................................................................................................ 203 Eq: 1A-29 Pérdida de carga en barras ............................................................................................ 203 Eq: 1A-30 Área del canal ................................................................................................................ 203 Eq: 1A-31 Altura de la lámina de agua ............................................................................................ 203 Eq: 1A-32 Longitud de la rejilla ...................................................................................................... 203 Eq: 1A-33 Volumen retenido ........................................................................................................... 203 Eq: 1A-34 Longitud del desarenador ............................................................................................... 203 Eq: 1A-35 Periodo de retención útil ................................................................................................. 203 Eq: 1A-36 Cara de agua sobre la cresta del vertedero ..................................................................... 203 Eq: 1A-37 Altura del desengrasador ............................................................................................... 203 Eq: 1A-38 Percolación de diseño .................................................................................................... 204 Eq: 1A-39 Carga hidráulica con base en la permeabilidad del suelo ................................................. 204 Eq: 1A-40 Área requerida ............................................................................................................... 204 Eq: 1A-41 Superficie del desengrasador ......................................................................................... 204 Eq: 1A-42 Carga hidráulica de diseño ............................................................................................. 204 Eq: 1A-43 Área .............................................................................................................................. 204 Eq: 1A-44 Caudal de aguas ilícitas ................................................................................................. 204 Eq: 1A-45 Caudal por infiltraciones ................................................................................................. 204 Eq: 1A-46 Caudal en el aliviadero ................................................................................................... 204 Eq: 1A-47 Velocidad para orificios sumergidos ................................................................................ 205 Eq: 1A-48 Diámetro de una circunferencia ...................................................................................... 205 Eq: 1A-49 Constante de temperatura .............................................................................................. 205 Eq: 1A-50 Constante de temperatura a 20o ..................................................................................... 205 Eq: 1A-51 Área superficial requerida para eliminar la DBO .............................................................. 205 Eq: 1A-52 Tiempo de retención hidráulica ....................................................................................... 205 Eq: 1A-53 Carga hidráulica ............................................................................................................. 205 Eq: 1A-54 Concentración en el efluente .......................................................................................... 206 Eq: 1A-55 Constante de temperatura a 25o ..................................................................................... 206 Eq: 1A-56 Concentración de nitrógeno total en el efluente ............................................................... 206 Eq: 1A-57 Área superficial requerida para eliminar el fósforo ........................................................... 206 Eq: 1A-58 Coeficiente de simultaneidad .......................................................................................... 206 Eq: 1A-59 Caudal máximo teórico ................................................................................................... 206 Eq: 1A-60 Caudal medio de diseño ................................................................................................. 206 Eq: 1A-61 Caudal máximo de diseño .............................................................................................. 206 Eq: 1A-62 Distancia a la que debe ir la pantalla............................................................................... 206 Eq: 1A-63 Pérdida de energía......................................................................................................... 206 Eq: 1A-64 Volumen de material retenido ......................................................................................... 207 Eq: 1A-65 Altura del desengrasador ............................................................................................... 207


TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES ix

Eq: 1A-66 Temperatura del humedal............................................................................................... 207 Eq: 1A-67 Coeficiente de calor ....................................................................................................... 207 Eq: 1A-68 Tenperatura de cambio en el humedal ............................................................................ 207 Eq: 1A-69 Temperatura del efluente ............................................................................................... 207 Eq: 1A-70 Temperatura promedio del humedal ............................................................................... 207 Eq: 1A-71 Área de cada humedal ................................................................................................... 207 Eq: 1A-72 Ancho del humedal ........................................................................................................ 208 Eq: 1A-73 Longitud del humedal ..................................................................................................... 208 Eq: 1A-74 Concentración de sólidos en el efluente .......................................................................... 208 Eq: 1A-75 Carga hidráulica promedio anual .................................................................................... 208



DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES 1

1. Generalidades 1.1. Introducción

En un gran porcentaje de comunidades

urbanas y rurales de la provincia de Loja, y en general del Ecuador, con poblaciones menores a 5000 habitantes las aguas provenientes de los alcantarillados sanitarios, ya sean separados o combinados, son descargadas directamente a los cauces naturales, ya que no cuentan con un sistema de tratamiento adecuado de aguas residuales urbanas.

Al verter estas aguas directamente a los

cauces naturales se los contamina y aguas abajo, los mismas son utilizados como fuentes de abastecimiento para dotarse de agua potable, por lo que el porcentaje de enfermedades de origen hídrico es cada vez mayor poniendo en riesgo la salud de sus habitantes.

Actualmente existen numerosas

alternativas de tratamiento de aguas residuales, sin embrago, el desconocimiento sobre el funcionamiento, operación y mantenimiento, así como, su baja adaptación al medio, la baja capacidad local para su sostenimiento y manejo han conducido a la implementación de sistemas inoperantes que no han funcionado como se esperaba lo que ha traído consigo su abandono.

Debido a los costes de construcción y mantenimiento las plantas convencionales no

constituyen una alternativa para poblaciones pequeñas, y, por lo tanto, se ha visto la necesidad de investigar nuevas tecnologías de depuración, donde los costos de inversión y mantenimiento sean bajos, de tal manera que puedan ser asumidos por los Municipios, que al ser pequeños cuentan con pocos recursos para dotar de infraestructura sanitaria a las comunidades.

La búsqueda de soluciones sostenibles, debe ser por lo tanto, el resultado de la integración de

aspectos sociales, económicos, ambientales y tecnológicos propios de cada población. Es así que, los métodos naturales se presentan como una alternativa tecnológica sostenible para las comunidades con poblaciones menores a 5000 habitantes, debido a su alta eficiencia, bajos costos de construcción, operación y mantenimiento, facilidad en la operación y mantenimiento, bajos costos energéticos y el aprovechamiento final de los efluentes de este tipo de tratamiento, que no solo representan una fuente de agua, sino también una fuente de entrada de nutrientes con beneficios ambientales y económicos, lo que los convierte en una alternativa viable que cada vez es más considerada a nivel mundial.

Figura 1. Mapa político del Ecuador

Fuente: Adaptado de www.inec.gov.ec


2 TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES

Con la ejecución de este proyecto se ha pretendido, con datos reales hacer una investigación de las tecnologías de tratamientos naturales, buscando las más económicas, eficientes, ambientalmente sostenibles que se adapten al medio y sean aplicables a comunidades pequeñas cuyos vertidos sean aguas residuales típicamente urbanas, y, en base a ello elaborar una guía de selección para que otras poblaciones de la región con características similares puedan escoger la tecnología que mejor se adapte en función de las consideraciones iniciales que se han desarrollado.

Por lo que este trabajo pretende orientar a los Municipios, Juntas Parroquiales, Barrios,

Empresas prestadoras del servicio de Alcantarillado y tratamiento de Aguas Residuales, Operadores de estos sistemas, Consultores del sector de saneamiento interesados en emprender y/o apoyar proyectos de rehabilitación y optimización de este tipo de sistemas, a seleccionar una tecnología apropiada, sostenible y eficiente de fácil operación y mantenimiento que garantice su correcto funcionamiento durante su tiempo de vida útil; y, además contribuir con la descontaminación de los cauces naturales y/o la reutilización de los vertidos.

1.2. ANTECEDENTES

La importancia de la calidad del agua ha tenido un lento desarrollo, en los países de

América Latina y especialmente en el Ecuador. En el 2001 se empieza a reconocer al agua como origen de enfermedades infecciosas y se da énfasis al saneamiento y con ello al tratamiento de las aguas residuales en pequeñas y medianas comunidades, para tratar de disminuir la contaminación de los cauces naturales. Se pone inicialmente empeño en los sistemas convencionales de tratamiento, pero por sus elevados costes de construcción y por su complejo mantenimiento se los desecha.

Los tratamientos naturales se presentan como una opción tecnológica sostenible por su alta eficiencia, bajos costos de operación y mantenimiento y fácil construcción. Además, el aprovechamiento de los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales, no solo representa una fuente de agua, sino también una fuente potencial de entrada de nutrientes, con beneficios económicos y ambientales, convirtiéndose de este modo en una alternativa que toma fuerza a nivel mundial y que es conveniente considerar.

Bernal y sus colaboradores (2002) investigaron sobre tratamientos de aguas residuales domésticas por métodos naturales para pequeñas poblaciones de Colombia proponiendo una guía de selección de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales domésticas por métodos naturales para lagunas de estabilización, sistemas de tratamiento en el terreno y sistemas de tratamiento con plantas macrófitas que incluyen humedales artificiales, llegando a establecer estándares de vertimiento, condiciones climáticas, características del terreno, disponibilidad de recursos, operación y mantenimiento, rehúso, costos, capacidad y disponibilidad de pago. Aportando de manera significativa a la investigación aplicada sobre el tratamiento de aguas residuales utilizando métodos naturales para aplicarlos en pequeñas y medianas localidades.

En lo referente al estudio de tecnologías relacionadas a la depuración de contaminantes presentes en el agua residual urbana por medios naturales, como es el suelo, Luis Moreno y sus colaboradores (2003) describieron un modelo experimental a escala real para la investigación de las aguas residuales urbanas mediante infiltración directa sobre el terreno, basados en investigaciones como las hechas en Israel en el proyecto de reutilización de las aguas residuales de la región de Dan, que tiene como finalidad el tratamiento de las mismas, la recarga y el almacenamiento del efluente tratado en un acuífero y su reutilización posterior en las explotaciones agrícolas del Negev. Llegando a concluir que los sistemas naturales como Infiltración rápida, infiltración lenta, escorrentía superficial son apropiados y eficientes para depurar aguas residuales de pequeños núcleos urbanos donde la contaminación sea de origen doméstico.

Raul Alberto Ruiz (Tucumán) realizó una investigación referente a Criterios de selección y comparación de plantas depuradoras en poblaciones rurales de Argentina, en las que se ha




establecido un proceso de preselección y selección de los tratamientos que se ajusten a los requerimientos y disponibilidades de una población.

Resulta evidente que los pequeños núcleos de población precisan de una tecnología de depuración de aguas residuales sostenible y que, en la medida de lo posible, haga uso de la capacidad de depuración del medio natural, siempre que los vertidos generados sean totalmente biodegradables, es decir, el agua residual sea netamente de origen doméstico. Basados en estas investigaciones y queriendo aportar al desarrollo de la región sur del Ecuador, especialmente de la Provincia de Loja, donde los Municipios pequeños cuentan con recursos económicos limitados y tomando en cuenta que los sistemas convencionales no constituyan una alternativa para las comunidades urbanas y rurales pequeñas, se ha creído conveniente investigar sobre los tratamientos naturales de depuración y elaborar una guía que les permita a los Municipio siguiendo un proceso determinado escoger el tipo de tratamiento que mejor se adapte a sus condiciones y de esta manera contribuir a mejorar el saneamiento básico en esta región y en genral en el país.

1.3. Objetivos del Estudio

Objetivo General: Establecer criterios para la selección de las tecnologías naturales más adecuada de

depuración de aguas residuales domésticas en comunidades urbanas y rurales con poblaciones menores a 5000 habitantes, para de esta manera contribuir a la disminución de la contaminación de los cauces naturales, disminución de enfermedades de origen hídrico y por ende mejorar la calidad de vida de estas localidades.

Objetivos Específicos:

• Determinar los Factores y las variables a considerar en el proceso de selección de

tecnologías de Tratamiento de aguas residuales. • Definir las zonas de estudio. • Definir los puntos de muestreo. • Realizar la toma de muestras de las aguas residuales en cada una de las zonas de estudio,

ensayos de laboratorio, análisis, interpretación y discusión de resultados. • Realizar la toma de muestras de suelos, ensayos de laboratorio, análisis y discusión de

resultados. • Hacer el estudio hidrológico en cada sector. • Determinar los objetivos y tipos de tratamiento • Estructurar las alternativas para selección de tecnologías para cada sector. • Diseñar las tecnologías seleccionadas. • Elaborar una guía de selección de la tecnología más adecuada con el respectivo Manual de

operación y mantenimiento. • Hacer la transferencia de resultados con la finalidad de reducir la contaminación de los

cauces naturales por descarga directa de las aguas residuales urbanas.

1.4. Metodología

Los estudios se iniciaron con la investigación bibliográfica de las tecnologías naturales de depuración de aguas residuales que mejor se adapten para pequeñas poblaciones, recopilación de información y análisis de experiencias relacionadas.

Para llevar a cabo esta investigación de todas las poblaciones urbanas y rurales de la provincia de Loja-Ecuador con menos de 5000 habitantes, se escogió como plan piloto para el



trabajo de campo las cabeceras cantonales de Celica, Gonzanamá, Olmedo, Pindal y Zapotillo. Estas poblaciones fueron seleccionadas en función del número de habitantes, características climatológicas, servicio de alcantarillado y ausencia de plantas de tratamiento de aguas residuales o sistemas inoperantes.

Se inicia realizando las visitas de campo a cada sector, con la finalidad de efectuar un diagnóstico de la situación actual en cada zona, conocer las actividades a las que se dedica la población para definir posibles contaminantes y determinar los puntos de muestreo en los sitios donde convergen todas las aguas recolectadas de los colectores principales y secundarios del sistema de alcantarillado, así como definir los factores y las variables a considerar.

Luego se procede a estructurar un programa de muestreo, el cual consistió en tomar muestras de agua residual en 6 días diferentes de la semana a partir de las 06H00 hasta las 18H00 con un total de 30 muestras por cada día, distribuidas de la siguiente manera: 13 muestras para ensayos físico-químicos, 13 muestras para ensayos de metales pesados y pesticidas (organoclorados y organofosforados) y 4 muestras para ensayos bacteriológicos. A la par con la toma de muestras se midio la temperatura del agua residual y se aforó en la descarga para determinar el caudal de salida. Cada muestra se preservó en un equipo de refrigeración a una temperatura de 4oC, hasta su traslado a los laboratorios del Instituto de Química Aplicada (IQA) en la Universidad Técnica Particular de Loja (UTPL).

Al ser el suelo un factor muy importante para la exitosa depuración del agua residual ya que es el medio en el que se desarrollaran los procesos depuradores, su estudio inicia en el campo definiendo los sitios de muestreo. De esta forma, fue posible definir 3 a 4 puntos de muestreo por hectárea, obedeciendo a la homogeneidad del terreno y ubicándolos de tal forma que cubran toda el área disponible. Para una adecuada caracterización del suelo se realizó el estudio físico, químico e hidráulico del sitio donde se podría implantar el sistema de tratamiento.

El estudio hidrológico se inició con la recopilación de la información de los registros de varios años de: precipitaciones, temperaturas, vientos, y evapotranspiraciones, disponibles en el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología del Ecuador (INAMHI) para las estaciones climatológicas cercanas a las zonas de estudio. Con lo cual empleando métodos hidrológicos y estadísticos se llegó a obtener las precipitaciones medias mensuales, temperaturas medias mensuales, velocidad del viento media mensual, evapotranspiración media mensual y balance hídrico de cada zona de estudio.

También se ha realizado un estudio de Impacto ambiental para determinar la afectación positiva o negativa que sufrirán las zonas de estudio por la implantación del sistema de tratamiento y para establecer las medidas necesarias de mitigación o compensación por los daños ambientales. Se ha utilizado el método de Leopold para la identificación y valoración de los impactos ambientales provocados en el aire, suelo, agua, fauna, agricultura, flora, paisaje, empleo.

En base a los estudios antes mencionados, se han realizado las matrices correspondientes para una adecuada selección de la tecnología más apropiada utilizando métodos naturales de depuración para cada zona de estudio. Las mismas se fueron complementadas con el diseño y elaboración de los planos de las plantas de tratamientos de la tecnología seleccionada en cada zona de estudio, quedando así: Infiltración rápida para el cantón Zapotillo, Infiltración lenta para Olmedo, Escorrentía superficial para Celica, Humedal de flujo subsuperficial para Pindal y Humedal de flujo superficial para Gonzanamá.

Adicionalmente, estas matrices se las puede aplicar para seleccionar la tecnología más adecuada para otras comunidades urbanas y/o rurales con poblaciones menores a 5000 habitantes y con características similares. Para que este proceso sea más sencillo se ha elaborado un diagrama de flujo, en el mismo se detalla paso a paso el procedimiento para que pueda ser utilizado sin ningún inconveniente. Además se elaboró un Manual de Operación y Mantenimiento para garantizar que las depuradoras puedan cumplir con su vida útil.




2. Tecnologías de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas por Métodos

Naturales Los tratamientos por métodos naturales son aquellos, en los que la acción de la vegetación, el

suelo y los microorganismos son los encargados de la depuración de aguas residuales. En los últimos años este tipo de tratamientos han recobrado gran interés debido a sus ventajas económicas, reducido consumo energético, baja producción de fangos, fácil operación y mantenimiento con respecto a los sistemas convencionales, y por tanto, se convierten en alternativas sostenibles para las pequeñas comunidades.

Dentro de los métodos naturales generalmente se diferencian dos grandes grupos: los

métodos de aplicación sobre el terreno y los métodos acuáticos. Los métodos de aplicación en el terreno se caracterizan por la aplicación controlada de agua residual sobre la superficie de un terreno, para alcanzar un grado determinado de tratamiento a través de procesos físicos, químicos y biológicos. (Crites Tchobanoglous, 2000). Por otra parte, dentro de los métodos acuáticos se incluyen aquéllos cuya acción principal de depuración se ejerce en el seno del medio acuático, participando en el proceso plantas emergentes y los microorganismos.

Los principales tipos de sistemas de tratamiento naturales para aguas residuales incluyen: Métodos de aplicación en el terreno:

− Infiltración Rápida − Infiltración Lenta − Escorrentía Superficial

Métodos acuáticos: − Humedales de flujo superficial − Humedales de flujo subsuperficial



2.1 Infiltración Rápida (IR)

La infiltración rápida es un método de inundación del suelo, apropiada para tratamiento de

aguas residuales domésticas, limitada por las características del suelo, los costos del terreno y los impactos sobre las aguas subterráneas, (Romero R, 1999).

En los sistemas de infiltración rápida el agua aplicada se infiltra por la superficie y percola por

los poros del suelo. Se realiza sobre suelos muy permeables de textura gruesa, por lo que las superficies necesarias son relativamente pequeñas con cargas hidráulicas elevadas. El tratamiento se realiza en el suelo sin la intervención de plantas.

Es un sistema de recarga y posible protección de los acuíferos, remoción de contaminantes, es

fácil de operar y necesita menos área que otros métodos de aplicación sobre el suelo. Su principal limitación es el peligro de contaminación de las aguas subterráneas en caso de deficiente operación. Para evitarlo se necesita las siguientes características:

− Pendiente del 3 al 10% para evitar remociones excesivas de terreno − Nivel freático a una profundidad mínima de 3m − Permeabilidad del suelo rápida − Área de terreno por habitante necesaria por la tecnología 2 a 20 m2/hab

Figura 2. Esquema de trayectoria hidráulica de aplicación para IR

Fuente: Adaptado de Metcalf y Eddy, 1995




2.2 Infiltración Lenta (IL)

El proceso de infiltración lenta consiste en la aplicación de un caudal controlado del agua

residual sobre la superficie del suelo con cubierta vegetal para lograr tanto el crecimiento de la vegetación existente y el grado necesario de tratamiento del agua contaminada. El agua residual se aplica mediante uso de aspersores, surcos y zanjas. Una vez aplicada el agua con previo tratamiento primario, está se infiltra por la superficie de terreno o percola vertical y horizontalmente en el terreno, además puede consumirse por evapotranspiración.

Los sistemas de IL se pueden clasificar como tipo I (infiltración lenta) o de tipo II (irrigación en

cultivo), dependiendo de los objetivos del diseño. Cuando el objetivo principal es el tratamiento de aguas residuales se clasifica como tipo I, y se trata la mayor cantidad de agua residual en la menor área de terreno posible. (Crites Tchobanoglous, 2000). Los sistemas tipo II se diseñan con la finalidad de reutilizar el agua para la producción agrícola, y consisten en aplicar un caudal suficiente de agua residual cumpliendo con los requerimientos de irrigación de un cultivo.

Para la instalación de este sistema es primordial:

− Pendiente del 5 al 20% − Nivel freático de 1 a 1.5 m − Permeabilidad del suelo lenta o moderadamente rápida. − Área de terreno necesaria para la tecnología: 8 - 20 m2/hab.

Figura 3.

Esquema de trayectoria hidráulica de aplicación para IL Fuente: Adaptado de Metcalf y Eddy, 1995



2.3 Escorrentía Superficial (ES)

La Escorrentía superficial se emplea en terrenos con pendiente de 3 al 8%, capa superficial de

suelo poco permeable o con subsuelo impermeable y requiere cobertura vegetal para evitar la erosión. La escorrentía superficial es esencialmente un proceso biológico en el cual se aplica el agua residual sobre las zonas de un terreno donde fluye a través de la superficie vegetal, hasta unas zanjas de recolección. A medida que el agua fluye sobre el suelo, una porción se infiltra, otra se evapora y el resto fluye a los canales de recolección. La renovación del agua se lleva a cabo por medios físicos, químicos y biológicos (Moreno M., 2003).

Este sistema es viable, de costo bajo, eficiente para tratamiento de aguas residuales con

materia orgánica degradable y sometidas a pre-tratamiento de cribado más sedimentación. Para la instalación de este sistema es necesario:

− Pendientes del orden del 3 al 8%. − Profundidad del nivel freático no crítica. − Suelos con permeabilidad lenta tales como arcillas y limos arcillosos. − Área requerida por la tecnología de 2,5 - 6 m2/hab.

Figura 4.

Esquema del sistema de escorrentía superficial Fuente: Adaptado de Metcalf y Eddy, 1995




2.4 Humedales Los humedales pueden ser naturales o artificiales y, son sistemas de tratamiento natural por

medios acuáticos en los cuales las plantas y animales son los principales medios que intervienen en el tratamiento de aguas residuales municipales, eliminando grandes cantidades de materia orgánica, sólidos, nitrógeno, fósforo. Los humedales artificiales son de superficie libre de agua (con espejo de agua, o de de flujo subsuperficial (sin espejo de agua).

Los humedales tienen dos funciones básicas que los hacen tener un atractivo potencial para el

tratamiento de aguas residuales:

− Fijar físicamente los contaminantes en la superficie del suelo. − Lograr niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de energía y bajo

mantenimiento.

2.4.1 Humedales de Flujo libre o superficial (HFL)

Los HFL con espejo de agua son balsas, una ciénaga, pantano o canales paralelos con la

superficie del agua expuesta a la atmósfera (Romero R., 1999). Para la instalación de este sistema es necesario:

− Suelos arcillosos de baja permeabilidad. − Vegetación inundada hasta una profundidad de 10 a 60 cm. − La vegetación puede ser cañas o juncos. − Pendiente del terreno < 5 % − La profundidad del nivel freático no es un limitante. − Área requerida por el tratamiento: 2,5 a 9 m2/hab.

Figura 5. Esquema de trayectoria de un humedal de flujo superficial

Fuente: Adaptado de Romero R., 1999.



2.4.2 Humedales de Flujo Subsuperficial (HSS) Los HSS son métodos acuáticos en el que el agua fluye por debajo de la superficie de un

medio poroso de grava gruesa o arena sembrado de plantas emergentes (Romero R, 1999). Para la instalación de este sistema es necesario:

− Suelos arcillosos relativamente impermeable − La profundidad del lecho va desde 0.5 a 0.9 m − Pendiente del terreno < 5%. − La profundidad del nivel freático no es un limitante. − Área requerida por el tratamiento: 1,5 - 7 m2/hab.

Este tipo de tratamiento tiene la ventaja de evitar posibles problemas de mosquitos y generación de malos olores, ya que el nivel del agua está por debajo de la superficie. Como desventaja, sin embargo presentan mayores costos por el medio de depuración (grava) y riesgo de taponamiento.

Figura 6. Esquema de un Humedal de flujo Subsuperficial

Fuente: Adaptado de Romero R., 1999.

2.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TECNOLOGÍAS NATURALES DE TRATAMIENTO

Los tratamientos naturales tienen muchas ventajas relacionadas con la aplicación de plantas

de tratamiento convencionales, en cuanto a costos de construcción, operación y mantenimiento, consumo energético, etc. Así también, presentan limitaciones para su aplicación.


TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS POR MÉTODOS NATURALES 11

En la tabla 1 se presentan las ventajas y desventajas de cada tecnología de tratamiento, en función de las tecnologías diseñadas y su aplicación en poblaciones menores a 5000 habitantes.

Tabla 1. Ventajas y Desventajas de las tecnologías de tratamiento

TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJAS

INFILTRACIÓN RÁPIDA

− Rendimientos altos de depuración. − Reutilización del agua depurada. − Bajo costo de operación y

mantenimiento de las instalaciones. − No precisa el empleo de aditivos. − Mantenimiento de personal poco

especializado. − Reducciones medias de DBO5 y

sólidos en suspensión alrededor del 90%

− Elevada eliminación de patógenos. − Eliminación del fósforo y reducción

considerable de nitrógeno y metales pesados

− No existen limitaciones climáticas. − Segura desde un punto de vista

ambiental siempre y cuando se cumplan con las restricciones propias del método.

− Las pendientes no es un factor crítico, sin embargo pendientes muy grandes obligan a gran movimiento de tierras

− Reducida producción de fangos − Estabilidad frente a variación de

temperatura. − Opcional el tipo de distribución. − Agua tratada apta para riego. − Aceptación por parte de la sociedad

del reciclaje completo del agua residual.

− Colmatación rápida del lecho filtrante.

− Mantenimiento periódico de la superficie de aplicación

− No es un buen sistema para la eliminación de contaminantes procedente de la actividad industrial.

− Disposición del terreno suficiente, formado por materiales de permeabilidad alta.

− No son operativos cuando existen pendientes de más de 20%.

Fuente: Crites Tchobanoglous, 2000.

INFILTRACIÓN LENTA

− Se puede usar en terrenos irregulares, con pendiente de hasta 10%.

− Se aplica en terrenos donde el nivel freático se encuentre entre 1.0 y 1.5 m de profundidad.

− Se puede usar en suelos fácilmente erosionados y de moderada permeabilidad..

− Usualmente no es necesario el control aguas abajo.

− Reduce el impacto ambiental en los causes naturales.

− No precisa personal especializado para el control de la depuradora.

− No produce fangos.

− Aumento considerable de la humedad en el terreno.

− Requieren de mucha atención del controlador para evitar atascamiento de agua en los surcos.

− Riesgo de contaminación del acuífero cuando el nivel freático sea alto.

− Puede producir molestias como mal olor, moscas y mosquitos.

− Se aplican en aguas residuales no industriales y sin contaminantes nocivos para los cultivos.




TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJAS

ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

− Bajo costo de instalación y mantenimiento.

− Ofrece menores demandas energéticas

− Utiliza la vegetación y el suelo como medios de depuración.

− Utilización de suelos de permeabilidad baja (arcillas y limos).

− El líquido proveniente de la depuración puede ser reutilizado para el riego.

− Son efectivos en la remoción de Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO), sólidos suspendidos totales (SST), nitrógeno y compuestos orgánicos.

− Pendientes superiores a 8% tienen un riesgo grande de causar surcos y erosión.

− Las precipitaciones continúas reducen el rendimiento, provocando encharcamientos y saturaciones del suelo.

− Bajas temperaturas disminuye la actividad biológica en el suelo.

− Son menos eficientes en la remoción de fósforo, metales pesados y organismos patógenos.


HUMEDAL DE FLUJO

SUPERFICIAL (HFL)

− Proporcionan tratamiento efectivo y minimizan la necesidad de equipos mecánicos, electricidad y monitoreo permanente.

− Adecuado para el tratamiento de aguas residuales de pequeñas poblaciones

− Menor coste en la construcción, operación y mantenimiento.

− Soportan variaciones de caudal eficientemente. Proporcionan una adición valiosa al “espacio verde” de la comunidad, e incluye la incorporación de hábitat de vida silvestre.

− No producen lodos residuales. − Facilitan la reutilización del agua.

− Las necesidades de terreno pueden ser grandes, para remoción de nitrógeno o fósforo.

− En climas fríos las bajas temperaturas reducen la tasa de remoción de DBO y de las reacciones biológicas responsables de la nitrificación y desnitrificación.

− Aumento de tamaño del humedal, − Proliferación de mosquitos y otros

insectos. − Limitación de pendiente del

terreno inferior al 5%.

Fuente: Adaptado de EPA, 2000.

HUMEDAL DE FLUJO

SUBSUPERFICIAL (HSS)

− Alto rendimiento para la remoción de MO, DBO, DQO, SST, N, P y metales pesados.

− Integración en el medio − Requieren menos superficie que los

humedales de flujo libre. − Problemas de olores e insectos

mínimos. − Poco o nulo consumo energético. − Bajo coste de operación y

mantenimiento. − No existe producción de lodos

− No recomendable en zonas con climatología extrema.

− Limitación de pendiente del terreno inferior al 5%.

− Operación eficiente hasta que se desarrolle la vegetación (3-6 meses).

− Exigentes cuidados durante el proceso de construcción, errores conllevan deficientes procesos de tratamiento y a altas inversiones de reconstrucción.

− La retención de metales pesados aumenta su acumulación en los sedimentos del lecho filtrante que con el tiempo reduce la eficiencia del proceso siendo necesario la renovación del medio granular, implicando mayores costos.

Fuente: Adaptado de Sánchez Nazly, et al, 2008.



3. SELECCIÓN DE TECNOLOGÍAS

3.1 CRITERIOS DE SELECCIÓN DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTOS NATURALES

La selección de un tratamiento de aguas residuales, depende de criterios que sirven para realizar un análisis comparativo entre las diferentes alternativas, a fin de llegar a la elección de la más conveniente para una localidad, dependiendo de sus características particulares. Para ello debe estudiarse el afluente a ser depurado, el nivel de calidad que se desea en el agua tratada de acuerdo al objetivo del tratamiento, las características de terreno, factores ambientales, costos construcción, operación y mantenimiento.

En este apartado como resultado de la investigación, se presenta un estudio comparativo entre

las diferentes alternativas de tratamientos naturales de aguas residuales domésticas para comunidades menores a 5000 habitantes, en base a ocho criterios de selección que se presentan en la tabla 2, con la información requerida en cada uno de ellos.

Tabla 2. Criterios de Selección

CRITERIOS DE SELECCIÓN VARIABLES

Factores Demográficos Población (rangos para calificación) Existencia y tipo de Alcantarillado Existencia de Agua Potable

Características del terreno Superficie necesaria Profundidad del nivel freático Pendiente Topografía

Objetivos de Tratamiento Expectativas de calidad del efluente Nivel de Tratamiento

Características del Agua residual

Origen Composición Caudal Temperatura

Características del Suelo Tipo Textura Velocidad de infiltración Permeabilidad

Características climatológicas Precipitación Temperatura Evapotranspiración Viento

Aspectos Tecnológicos Impacto Ambiental (aire, suelo, agua, salud) Eficiencia del tratamiento Facilidad de operación y Mantenimiento

Costes Operación y Mantenimiento Construcción

Fuente: El Autor



Los criterios de selección, han sido escogidos como los más usuales e importantes que no

pueden excluirse del proceso, en base al estudio desarrollado por diferentes autores que han trabajado en el campo de la selección de tecnologías, a factores como el objetivo final del tratamiento, aspectos sociales, económicos, sostenibilidad, impacto en la salud y medio ambiente, características particulares de cada tecnología, requerimientos de construcción, operación y mantenimiento. De tal manera, que la selección de la tecnología sea un proceso simple, amigable y facilite la toma de decisiones, de acuerdo a las condiciones que las pequeñas poblaciones posean.

En la figura 7 se presenta un diagrama como una herramienta útil para orientar al proyectista

en la selección del tratamiento de aguas residuales, indicando secuencialmente el proceso que debe seguir, sustentada en las matrices de selección.





Fuente: El Autor



3.2 MATRICES DE SELECCIÓN 3.2.1 Consideraciones preliminares

En esta fase se presentan las matrices de selección para la comparación entre sí de las alternativas, aplicándose una matriz para cada uno de los criterios de selección. La ponderación en éstas matrices se realizará utilizando una valoración de 1 a 5, que contemplan las situaciones extremas más aptas y no aptas respectivamente. Para finalmente seleccionarse el tratamiento que más alta puntuación alcance.

La valoración de cada variable evaluada en las matrices de selección está argumentada en los

resultados de los estudios realizados en esta investigación, diseños reales de cada tecnología, y a su vez, sustentados en los valores sugeridos en la literatura.

3.2.2 Factores demográficos

La primera etapa en la selección de una tecnología de tratamiento de aguas residuales, verifica la factibilidad de implementación de este sistema en la comunidad, comprobando en primera instancia, la existencia de abastecimiento de agua potable, existencia y tipo de alcantarillado, y los requerimientos de población.

a. Existencia de Servicio de Agua Potable

La matriz 1 evalúa la existencia de agua potable en la comunidad donde se seleccionará la tecnología de tratamiento de aguas residuales. Siendo inherentemente preferible que la misma cuente con este servicio. Además se debe considerar, que una población que no esté dotada de agua potable difícilmente podrá priorizar la proyección un sistema de depuración de aguas residuales.

Matriz 1. Cobertura de Agua potable

SERVICIO DE AGUAS

POTABLE

TECNOLOGÍA

Infiltración rápida

IR

Infiltración lenta

IL

Escorrentía superficial

ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Tiene servicio A A A A A

No tiene Servicio Na Na Na Na Na

Cobertura Parcial Mo Mo Mo Mo Mo

Fuente: El Autor



La valoración de cada ítem de la matriz 1, está en función de la cobertura del sistema de agua potable en el sector de estudio, para lo cual se usará la calificación siguiente para cada uno.

Apto (A) Moderado (Mo) No apto (Na)

PUNTUACIÓN 5 3 1

b. Existencia y Tipo de Alcantarillado La necesidad inherente de planear un sistema de tratamiento de aguas residuales, es que la

población cuente con un sistema de alcantarillado que evacue todas las aguas residuales y la lleve a un punto de descarga donde se pueda depurarlas.

Ahora bien, es preferible que la comunidad cuente con un sistema de alcantarillado sanitario

separado, que solo transporte las aguas residuales urbanas. Pero si bien es cierto, muchas de nuestras ciudades todavía cuentan con un alcantarillado mixto, o en el peor de los casos combinado, lo cual se vería reflejado en un aumento de caudal por aguas servidas + aguas lluvias que sobredimensionarían la depuradora, implicando mayores costos de construcción y mantenimiento. Entonces, se sugiere que siempre se construya alcantarillados separados.

Matriz 2. Existencia y tipo de alcantarillado

ALCANTARILLADO

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Alcantarilladlo separado S S S S S

Alcantarillado Mixto N N N N N

Alcantarillado Combinado C C C C C

Fuente: El Autor

La estimación de cada variable de la matriz 2, dependerá del tipo de sistema de alcantarillado

con el que cuente la zona de estudio, para lo cual se usará la calificación siguiente:

Simple (S) Normal (N) Complejo (C)

PUNTUACIÓN 5 3 1

c. Población Recomendada La población es uno de los factores que delimitan la selección de una tecnología de depuración

de aguas residuales, debido a que no todos los tratamientos son adecuados para todas las poblaciones. Para nuestro estudio, se ha definido una población menor a 5000 habitantes para comparar las cinco tecnologías propuestas.



En la matriz 3, se presentan los tratamientos más adecuados para cada intervalo de población. Por tanto se deberá preseleccionar todas las tecnologías que se adapten al número de habitantes de su comunidad, dándole la valoración que se muestra en la tabla de puntuación.

Es importante mencionar que todos los tratamientos propuestos, producto de esta

investigación, son aplicables a comunidades menores a 5000 habitantes.

Matriz 3. Población

NÚMERO DE HABITANTES

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

500 A A A A A

1000 A A A A A

1500 A A A A A

2000 A A A A A

2500 A A A A A

3000 A A Mo A A

4000 Mo Mo Mo A A

5000 Mo Mo Mo A A

Fuente: El Autor

Dependiendo del número de habitantes que tenga la comunidad se le asignará la puntuación

de acuerdo a lo que se detalla a continuación:

Apto (A) Moderado (Mo) No Apto (Na)

PUNTUACIÓN 5 3 1

3.2.3 Características del Terreno

Las características generales del terreno, tales como área disponible para la tecnología, y

profundidad del nivel freático, son consideradas las principales variables de decisión, limitando la implementación de un sistema natural de tratamiento de aguas residuales. Además, el peso aplicado a este apartado también depende de las características físicas como pendiente y topografía, para evitar un incremento en los costes de construcción, operación y mantenimiento.

− La superficie de terreno necesaria en m2/hab, es el área necesaria para implantar una tecnología

natural de tratamiento de aguas residuales. Se la determina con la siguiente ecuación:



(hab)habitantesdeNúmero)(motratamientdisponibleArea/hab)(mnecesariaSuperficie

22 =

− La profundidad a la que se encuentre el nivel freático es un factor importante y delimitante en la selección un tratamiento natural de depuración, porque de ello dependerá que no se contaminen las aguas subterráneas con el agua residual a ser tratada.

− La topografía y pendiente del terreno, son dos parámetros que se deben considerar a la hora de

escoger el sitio para implantar el sistema de depuración de aguas residuales, porque condicionan la posible erosión y la velocidad con la que el agua fluirá en el terreno. En la tabla 3 puede encontrar la descripción topográfica según la pendiente del terreno.

Tabla 3. Descripción de la topografía según la pendiente del terreno

PENDIENTE DEL TERRENO TOPOGRAFÍA <5% Suave

5 – 10 % Moderado 10 - 20% Pronunciado

>20% Muy Pronunciado

Fuente: Adaptado de Romero R., 1999

Matriz 4. Características Del terreno

VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Superficie necesaria (m2/hab) 2 - 20 8 – 20 2,5 -6 2,5 - 9 1,5 – 7

Profundidad del nivel freático (m) > 3,0 1 – 1,5 No crítico No crítico No crítico

Pendiente de terreno (%) 3 - 10 5 – 20 3 – 8 < 5 < 5

Relieve (Adimensional) Moderado Pronunciado Moderado Suave Suave

Fuente: El Autor

La mayor valoración de cada una de las variables de las características del terreno designado para la construcción de la depuradora, se le asignará a la que más se adapte a las condiciones de la zona de estudio. Así, secuencialmente se tiene:

Muy Pronunciado Pronunciado Moderado Suave

PUNTUACIÓN 5 4 3 1



3.2.4 Características del agua residual La caracterización de las aguas residuales consiste en conocer su composición, definiendo las

concentraciones de los diferentes contaminantes y por consiguiente el origen del agua residual de la localidad.

− El origen del agua residual puede ser industrial y doméstico o una combinación de los dos, definida por las actividades a las que cada población de dedique. Esta investigación está encaminada a trabajar con aguas residuales puramente domésticas.

− El volumen del afluente por unidad de tiempo que llega a la depuradora, conocido como caudal, es un dato fundamental para diseñar y proyectar el sistema. El caudal está en función del nivel de vida de la población, hábitos en el uso del agua, dotación de agua potable, existencia de redes diferentes de alcantarillado, etc. Por tanto, es necesario que se conozca el caudal, emprendiendo campañas de aforo o calculándolo de forma teórica.

− La temperatura del agua residual es un parámetro importante, porque condiciona el desarrollo de una fauna bacteriana y una flora autóctona, ejerciendo una acción amortiguadora frente a la temperatura ambiente, tanto en verano como en invierno en cualquier tipo de tratamiento biológico.

En la matriz 5 se presentan las características del agua residual referentes a origen, caudal y

temperatura.

Matriz 5. Características del agua residual

VARIABLES

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Origen (Adimensional) Doméstico Doméstico Doméstico Doméstico Doméstico

Caudal (l/s) 6 - 9 3.5 – 5 6 – 14 7 - 10 4 – 7

Temperatura de agua residual (°C) 28 - 33 17 – 26 18 – 22 17 - 21 22 – 26

Fuente: El Autor

Para asignar la puntuación a cada variable, se considera el mayor valor para la tecnología cuyas características se adapten al agua residual del sector en estudio.

Apto Moderado No apto

PUNTUACIÓN 5 3 1

En la tabla 4 se muestra la composición típica de un agua residual urbana, obtenida del estudio de caracterización de ésta investigación, en ella se muestra las concentraciones en intervalos de cada parámetro analizado. Además, se ha considerado los límites permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce y la calidad admisible para uso agrícola, establecidos por el Ministerio de Medio Ambiente del Ecuador, Norma de Calidad Ambiental y de descarga de efluentes: Recurso Agua, a fin de conocer las características que el efluente debe cumplir después del tratamiento aplicado.



Tabla 4. Composición del agua residual doméstica

VARIABLE UNIDAD AFLUENTE

NORMATIVA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES DEL MINISTERIO DE

MEDIO AMBIENTE ECUADOR 2002: RECURSO AGUA

CRITERIOS DE CALIDAD ADMISIBLE PARA AGUAS DE USO

AGRÍCOLA

LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE DESCARGA A UN

CUERPO DE AGUA DULCE

PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS

pH Adimensional 7 – 10 - -

Sólidos Disueltos mg/l 50 – 1000 - -

Sólidos Totales mg/l 200 – 1200 3000 1600

Sólidos en Suspensión mg/l 50 – 350 100

Nitrógeno total mg/l 20 - 90 15

Nitrógeno de Nitrato mg/l 1 – 5 -

Nitrógeno de Nitrito mg/l 0,1 – 1 - -

Fósforo total mg/l 1– 10 - 10

Alcalinidad mg/l 50– 500 - -

Carbono Orgánico Total mg/l 100 – 300 - -

Grasas mg/l 40 – 150 0,3 0.3

DBO5 mg/l 100 – 400 - 100

DQO mg/l 200 – 1000 - 250

Boro mg/l 0,1- 2 1 2

PARÁMETROS BACTERIOLÓGICOS

Coliformes Totales ufc/100ml 4.87E+07-

- -

Coliformes Fecales ufc/100ml 2.83E+07-

- Remoción > al 99,9%

Echerichia Coli ufc/100ml 2.92E+07-

- -

METALES PESADOS

Cobre mg/l < 2 2.0 1.0

Hierro mg/l 0.5 – 5 5.0 10

Plomo mg/l 0.01 – 0.5 0.05 0.2

Manganeso mg/l 0.05 – 2 0.2 2

Zinc mg/l 0.01 – 8 2.0 5

PESTICIDAS

Organoclorados totales mg/l < 0.14 0.2 0.05

Organofosforados totales mg/l < 0.28 0.1 0.1

Fuente: El Autor

Nota.- Para caracterizar el agua residual se lo puede hacer en función de los parámetros básicos, como son: pH, DBO5, DQO, Sólidos totales, N, P, Carbono Orgánico Total.



Por tanto, en base a los resultados presentados en la tablas 3 y 4, podemos afirmar que el agua residual analizada proveniente de poblaciones urbanas y rurales menores a 5000 habitantes se encuentra dentro de los límites de agua típica urbana y no tiene contaminación de vertidos industriales, por tanto es apta para ser tratada mediante la utilización de los métodos naturales de depuración.

3.2.5 Características del Suelo El tipo de suelo, textura, velocidad de infiltración, y grado de permeabilidad, se evalúan en una

siguiente etapa de este proceso de selección. Estos parámetros se han escogido para evaluar si el suelo destinado al tratamiento, cumple con las condiciones que cada tecnología demanda para su óptimo funcionamiento. En la matriz 6 se pueden encontrar las características específicas.

− El tipo de suelo se define en función de las características físicas como granulometría, limites de

Atterberg y contenido de humedad que posee un suelo, a través de la clasificación por los métodos SUCS Norma ASTM D 2487.

− La textura del suelo (Tabla 5) está relacionada con el tamaño de las partículas del suelo, siendo importante porque determina dos propiedades fundamentales del suelo como depurador: la capacidad de drenaje y retención del agua en el suelo. La textura se puede determinar utilizando un triángulo textural, Norma ASTM D422.

Tabla 5. Descripción de los suelos según su textura

TIPO DE SUELO CLASE DE TEXTURA Arenoso Gruesa

Margoso Media

Arcilloso Fina Fuente: Romero R., 1999

− La velocidad de infiltración (Norma ASTM D2434) es el flujo de agua máximo que puede absorber un suelo a través de su superficie cuando ésta se mantiene en contacto con el agua. Condiciona la selección de un tratamiento de infiltración directa sobre el terreno o la utilización de otros métodos naturales.

− La permeabilidad (Tabla 6) depende del tamaño de los poros y su conectividad determinando si el suelo posee una alta, moderada o baja permeabilidad. Generalmente los suelos con alta permeabilidad son los idóneos para tratamiento de infiltración en el terreno, mientras que los suelos impermeables o de baja permeabilidad obligan a la selección de humedales u otro método que no implique el paso del agua a través del suelo.

Tabla 6. Descripción de permeabilidad para suelos no saturados

PERMEABILIDAD (mm/h) CLASE <5 Baja

5 – 51 Moderada >51 Alta

Fuente: Romero R., 1999



Matriz 6. Características del suelo

VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Tipo de suelo (Adimensional) Arenoso Margoso Limosos y

arcillosos Arcillosos

impermeable Arcillosos

impermeable

Textura (Adimensional) Gruesa Media Fina Fina Fina

Velocidad de infiltración (mm/h) > 51 5 - 51 < 5 < 5 < 5

Permeabilidad (Adimensional)

Permeabilidad alta

Permeabilidad moderada

Permeabilidad baja

Permeabilidad baja

Permeabilidad baja

Fuente: El Autor

En la matriz 6 podrá encontrar las características que el suelo debe cumplir por cada tecnología, usted podrá dar un valor de 5 puntos a la tecnología que más se adapte a sus condiciones en función de cada variable, 3 puntos a aquella que se adapte sin ser un valor óptimo y 1 punto a la que quede fuera de sus requerimientos.


PUNTUACIÓN 5 3 1

3.2.6 Características climatológicas

La matriz 7 muestra los intervalos de las condiciones climáticas para cada sistema de tratamiento. − La temperatura ambiente influirá directamente en las reacciones bioquímicas, crecimiento de los

microorganismos y en la adaptación de la vegetación que se vaya a implementar de ser necesario.

− La evapotranspiración es el proceso que se realiza por transpiración de las plantas y evaporación del agua por efectos de la temperatura.

− Los vientos son de gran importancia durante el proceso de funcionamiento de los plantas de tratamiento, porque influyen en el arrastre de malos olores, por lo gases producidos y además, contribuyen a la oxigenación de las capas superficiales.

− Las precipitaciones de altas frecuencias ocasionarán una excesiva saturación en los suelos, alterando la tasa de aplicación de la red de alcantarillado. Por lo tanto, es conveniente considerar la precipitación media más alta del mes de invierno.



Matriz 7. Características climáticas

VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Temperatura (°C) 26 – 28 23- 24 18- 20 17 – 18 24 – 25 Evapotranspiración (mm/mes) 130- 150 94- 100 60 – 63 39 – 67 100 – 109

Vientos (m/s) 3 – 6 4,2 - 4,9 4 – 5 1 – 3 3 – 4 Precipitación (mm/mes) 22 – 267 45 - 218 64 - 325 73 - 224 61 – 313

Fuente: El Autor

La puntuación asignada a cada ítem de la matriz está en función de las características climáticas especificas de cada lugar. Asignándole, la mayor puntuación a la que más se ajuste a su caso con la valoración siguiente:


PUNTUACIÓN 5 3 1

3.2.7 Aspectos tecnológicos a. Eficiencia de los sistemas de tratamiento

La eficiencia de un tratamiento se mide en función de las condiciones establecidas por la Legislación Ambiental que regula la calidad que debe tener el efluente de un sistema de tratamiento, previa descarga en un cuerpo receptor de agua dulce o su reutilización para uso agrícola.

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales con aplicación en el terreno como IR, IL, ES,

HFL y HSS, alcanzan los niveles más altos de rendimientos en la depuración, debiendo indicar la necesidad de un pre-tratamiento. b. Pre-tratamiento

El pre-tratamiento básico de las aguas residuales es un proceso mecánico, que consta de:

− Rejillas, para detener los desechos de mayor tamaño como palos, piedras, trapos, etc. − Desarenador para remover las arenas, tierras, virutas, etc. − Desengrasador para eliminar los aceites y las grasas presentes en el agua residual. En la matriz 8 se presentan los rangos de remoción de cada una de las unidades de pre-tratamiento.



Matriz 8. Eficiencia de las unidades de pre-tratamiento

VARIABLE PRE-TRATAMIENTO

Remoción de SST (%) 5 – 10 Remoción de DBO (%) 3 – 5 Grasas (%) 95 - 100

Fuente: El Autor

c. Tecnologías de depuración natural de aguas residuales

En la matriz 9 se resumen los porcentajes de remoción que alcanzan el pre-tratamiento + el tratamiento, es decir, nos permiten establecer la eficiencia total de la planta depuradora, en función de lo cual estableceremos si cumplimos con la normativa para el vertimiento al cauce natural o con fines de reuso para riego.

Matriz 9. Remoción de los parámetros básicos

VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Remoción de SST (%) 85 – 90 50 – 70 70 – 75 60 – 90 65 – 70 Remoción de DBO (%) 80 – 90 63 – 80 85 – 90 60 – 70 70 – 80 Remoción de DQO (%) 60 - 70 10 – 90 80 – 85 50 – 90 60 – 80 Remoción nitrógeno Total (%) 80 – 85 52 – 90 80 – 85 >70 >80 Remoción de fósforo total (%) 50 – 93 40 – 80 80 – 85 6 – 15 <20 Remoción de coliformes fecales (%) > 99 > 99 > 99 > 99 > 99

Fuente: El Autor

La puntuación de cada variable de esta matriz, depende del porcentaje de remoción que se necesite en función de la Normativa del Ministerio de Medio Ambiente del Ecuador-2002 para cada indicador de contaminación. La valoración estará en función de la tabla siguiente:

> 90 50-90 <50

PUNTUACIÓN 5 3 1



d. Impacto Ambiental

Los proyectos de tratamiento de aguas residuales se deben diseñar y construir con el propósito de conservar el medio ambiente y proteger la salud de los habitantes de una determinada región. Por ello, la implantación de una planta de tratamiento requiere un estudio ambiental donde se analice cada uno de los factores (agua, aire, suelo, salud, etc.) que se verán afectados con esta infraestructura sanitaria y se diseñe el plan de mitigación correspondiente. Adicionalmente, se debe hacer una buena operación y mantenimiento de la planta de tal forma que garantice su funcionamiento óptimo y como consecuencia no produzca contaminación.

− El suelo como medio depurador elimina los contaminantes del agua residual. Sin embargo, la descontaminación del agua por métodos naturales, puede producir efectos o impactos indeseables sobre el suelo, que deben ser analizados y mitigados de ser necesario, lo cual va a ser valorado en función de la afectación.

− El aire es uno de los medios que puede ser contaminado por la presencia de una planta de tratamiento que no funcione adecuadamente, al producirse malos olores generan una contaminación ambiental ocasionando efectos sobre la salud humana como irritaciones oculares, dolores de cabeza y dificultades respiratorias. Entonces, para evitar efectos relacionados con la salud es recomendable ubicar el sistema de tratamiento en sitios retirados y en lugares donde las corrientes de los vientos no afecten esta situación, y, que se debe cumplir con el mantenimiento correspondiente de acuerdo a lo que se recomienda en el manual de O&M.

− El funcionamiento inadecuado de una planta de tratamiento generan inconvenientes en el proceso de depuración como atascamiento del agua residual, malos olores, etc. Debido a estas causas puede existir una producción de mosquitos, moscas, bichos, etc. que son portadores de enfermedades para el hombre.

− Las aguas residuales domésticas tienen un alto grado de contaminación de nutrientes y pesticidas, que son depurados de acuerdo a las características del suelo y el tipo de vegetación, con el fin de mantener la calidad del agua subterránea. Caso contrario, si el diseño del sistema natural no es eficiente se correrá el riesgo de contaminación de las mismas.

− La integración con el entorno, evalúa la parte estética y el carácter paisajístico de la planta, que no debe afectar el entorno natural sino más bien producir un efecto agradable para el ser humano. Por lo que al momento de implantarla se debe tener especial cuidado de no afectar el paisaje, y, en caso de hacerlo tomar las medidas correctoras.

− Cuando existe proliferación de mosquitos, éstos son portadores de virus mortales para el hombre y de fácil contagio por lo que se pueden producir epidemias en la población, por lo tanto, es necesario evaluar dichos efectos para la correspondiente mitigación.

En la Matriz 10 se presenta la incidencia de las tecnologías de depuración en los principales

factores que se verán afectados con el diseño y construcción de ésta, los cuales han sido valorados en función de la afectación de cada uno al medio.



Matriz 10. Impacto ambiental sobre el entorno

VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Suelo A A A Me Me

Geomorfología del suelo A A A Me Me

Contaminación del suelo A A A Me Me

Contaminación de agua Me Me Me B B

Recarga cuerpo receptor y riego A A A A A

Contaminación del aire Me Me Me Me Me

Generación de olores Me Me Me A A

Proliferación de vectores Me Me Me A A

Polvo Me Me Me A A

Ruido B B B B B

Árboles Me Me A A A

Arbustos Me Me A A A

Hierbas Me Me A A A

Cultivos Me Me A A A

Pájaros (aves) Me Me Me A A

Animales terrestres Me Me Me A A

Paisaje Me Me Me A A

Agricultura A A A A A

Ganadería A A A A A

Empleo Me Me Me Me Me

Servicios básicos Me Me Me Me Me

Fuente: El Autor

Para la valoración de este criterio de selección se deberá tener conocimiento del entorno del sitio de implantación de la depuradora, dando la calificación en función de los indicadores de contaminación para cada variable, según la tabla que a continuación se presenta:

Alto (A) Medio(Me) Bajo (B) PUNTUACIÓN 1 3 5

e. Requerimiento De Obra Civil

Los sistemas de tratamiento naturales comparados con los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales son los que menor requerimiento de obra civil necesitan. En la matriz 11 se presentan las variables escogidas para valorar este parámetro, tales como: movimiento de tierras, construcción de instalaciones, necesidad de equipo.



− El movimiento de tierras en la construcción de un sistema de tratamiento de aguas residuales, se

ve influenciada por las características del terreno tales como pendiente y topografía. Por lo tanto, se debe respetar en lo posible los intervalos de pendientes para cada sistema de tratamiento, evitando elevar los costos por excesivos movimientos de tierras.

− En lo referente a la construcción de las instalaciones, la aplicación de los tratamientos naturales, evita costos elevados en su construcción. Por tanto, la obra civil se ve reflejada usualmente en el pre-tratamiento.

− La ventaja de los sistemas naturales se basa en no recurrir a equipos especiales para ninguna fase del tratamiento, utilizándose únicamente herramienta manual durante el mantenimiento.

Matriz 11. Tecnologías de tratamiento y su necesidad de obra civil

VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo Superficial

HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Movimiento de tierra (Adimensional) N N P P P

Construcción de instalaciones (Adimensional)

P P P P P

Necesidad de equipo (Adimensional) P P P P P

Fuente: El Autor

La valoración de cada variable está en función del requerimiento que se tenga que hacer en función de la adecuación del sitio donde se implantará la depuradora, para lo cual se usará la calificación siguiente:

Poco (P) Normal (N) Mucho (M)

PUNTUACIÓN 5 3 1

f. Operación y mantenimiento (O&M)

Bajo este criterio se agrupan conceptos relacionados con el funcionamiento de la planta de depuración para garantizar que la depuradora cumpla con su tiempo de vida útil y lo haga en óptimas condiciones.

En la matriz 12 se presenta para cada tecnología, dependiendo de su facilidad de operación y

mantenimiento una tabla en la que se indica la puntuación asignada, si el proceso es muy simple, simple o complejo, o, si se necesita de poco o mucho control en los mismos. De esta manera podremos obtener la valoración más alta para el tratamiento que mayor simplicidad represente con respecto al resto.



− La simplicidad en el funcionamiento de los tratamientos naturales en el terreno es una ventaja sobre los sistemas convencionales, porque el tratamiento sigue un proceso natural sin mayor intervención de un operario permanente.

− La O&M de una planta depuradora de aguas residuales por métodos naturales no implica contratación de personal calificado. Sin embargo es necesario, capacitar al personal que se hará cargo de controlar la planta para que su funcionamiento sea ideal.

− El tiempo de control es el lapso necesario para supervisar los procesos de funcionamiento de la planta, para prevenir daños en el sistema y en las unidades como: rejillas, desarenador, desengrasador y campo de tratamiento natural de las aguas.

− La frecuencia de control se refiere a las veces repetitivas que el personal de operación y mantenimiento tendrá que realizar la limpieza de las unidades de la planta.

Matriz 12. Operación y mantenimiento para cada tecnología de tratamiento.

VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de flujo

Subsuperficial HSS

Funcionamiento (Adimensional) S S MS C C Capacitación del personal (Adimensional) S S C S S

Tiempo de control (Adimensional) P P P P P Frecuencia de control (Adimensional) P P P N N

Fuente: El Autor

En esta matriz se valoran las variables que nos permiten determinar la facilidad del proceso de operación y mantenimiento, en función de lo cual se pone la calificación de cada tecnología, de acuerdo a la tabla siguiente:

Muy Simple (MS) Simple (S) Poco (P) Normal (N) Mucho (M) Complejo (C)

PUNTUACIÓN 5 3 5 3 1 1

3.2.8 Costos a. Costos de construcción de la obra Civil

En la matriz 13 se detalla los costos por habitante de cada sistema de tratamiento. Los mismos que establecen los gastos de construcción y puesta en marcha de la depuradora, incluye materiales, mano de obra, equipo menor y transporte.



Matriz 13. Costos de construcción de obra civil para los tratamientos naturales

VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES


HFL

Humedales de flujo Subsuperficial

HSS

Coste por habitante (USD/hab) 35,25 30,01 16,27 29,79 46,50

Fuente: El Autor Para la puntuación de este apartado, se considera el coste por habitante para cada tecnología.

Este valor es referencial, ya que puede variar porque depende de las condiciones propias de cada zona. Sin embargo, para seleccionar la tecnología es una variable importante que debe ser tomada en cuenta, en función de las valoraciones siguientes:

MUY ECONÓMICO (ME) ECONÓMICO (E) POCO ECONÓMICO (PE)

PUNTUACIÓN 5 3 1

b. Costos de Operación y mantenimiento O&M

Los costos de O&M dependen de muchas variables como el tipo de tratamiento, tamaño de la misma, necesidad de personal, frecuencia de mantenimiento, necesidad de sustancias químicas y del programa de capacitación.

Los sistemas naturales de tratamiento son los de menor costo porque no requieren de equipos

ni de reactivos químicos en el proceso, siendo directamente la interacción de los suelos, las plantas y los microorganismos los autores de la depuración.

En la matriz 14 se presentan los costos de O&M para las tecnologías propuestas en la

presente guía.

Matriz 14. Costos mensuales de operación & mantenimiento para los tratamientos naturales

VARIABLE TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES


HFL


HSS

Coste por habitante (USD/hab/anual) 3,68 5,35 1,57 3,27 2,50

Fuente: El Autor

Para valoración de los costos de operación y mantenimiento se deberá considerar el coste por

habitante anual que se presenta para cada tecnología. Sin embargo, es una referencia a la hora de seleccionar la tecnología más económica con el puntaje siguiente:



MUY ECONÓMICO (ME) ECONÓMICO (E) POCO ECONÓMICO (PE) PUNTUACIÓN 5 3 1

3.2.9 Periodo de diseño de las depuradoras

El periodo de diseño de una depuradora es el tiempo de vida útil para el cual se proyecta un determinado sistema de tratamiento, y, en el cual se garantiza que su funcionamiento va a ser óptimo.

Para los sistemas de tratamiento naturales, se han definido diferentes periodos de diseño en

función de las características propias de cada tecnología.

Tabla 7. Período de diseño

VARIABLE

TECNOLOGÍA Infiltración

rápida IR

Infiltración lenta

IL


ES


HFL


HSS

Vidal útil (años) 10 10 10 20 20

Fuente: El Autor

3.3 MATRIZ DE SELECCIÓN FINAL

En este apartado se presenta la matriz de selección final con cada una de las variables analizadas en las matrices de selección, descritas anteriormente.

Matriz 15. Selección final del tratamiento

CRITERIOS VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de Flujo

Subsuperficial HSS

Servicio de agua potable

Tiene servicio No tiene servicio Cobertura Parcial

Existencia y tipo de alcantarillado

Alcantarilladlo separado Alcantarillado Mixto Alcantarillado Combinado

Población Población

Características del terreno

Superficie necesaria Profundidad del nivel freático Pendiente de terreno Relieve

Características del agua residual

Origen Caudal Temperatura de agua residual



CRITERIOS VARIABLE


rápida IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de Flujo

Subsuperficial HSS

Características del suelo

Tipo de suelo Textura Permeabilidad

Características climáticas

Temperatura Evapotranspiración Vientos Precipitación

Remoción de los parámetros

básicos

Remoción de sólidos en suspensión Remoción de DBO Remoción de DQO Remoción nitrógeno Total Remoción de fósforo total Remoción de coliformes fecales

Impacto ambiental sobre el entorno

Suelo Geomorfología del suelo Contaminación del suelo Contaminación de agua Recarga cuerpo receptor y riego Contaminación del aire Generación de olores Proliferación de vectores Polvo Ruido Árboles Arbustos Hierbas Cultivos Pájaros (aves) Animales terrestres Paisaje Agricultura Ganadería Empleo Servicio básico

Tecnología de tratamiento y su

necesidad de obra civil

Movimiento de tierra Construcción de instalaciones Necesidad de equipo

O&M para cada tecnología de tratamiento

Funcionamiento Capacitación del personal Tiempo de control Frecuencia de control

Costos de construcción Costo por habitante de la obra civil

Costos mensual de O&M Costo por habitante anual de O&M SUMATORIA TOTAL

Fuente: El Autor



La asignación de la respectiva puntuación se debe hacer razonada y objetivamente, como se indica preliminarmente en el apartado 2.2. Garantizando que la tecnología seleccionada sea la que más se adapte a las condiciones demográficas, características naturales de terreno, suelo, agua, climatología, costes, operación y mantenimiento.

La tecnología natural de tratamiento de aguas residuales seleccionada para su comunidad,

será la que luego de proceder a sumar cada columna, obtenga la mayor valoración. 3.4 EJEMPLO TIPO

En este apartado, se desarrollará un ejemplo de selección de tecnología, en el cual se irá analizando y valorando cada variable, de manera que se pueda determinar la alternativa de depuración de aguas residuales por un método natural que se adapte a las condiciones requeridas y que sea la mejor opción. 3.4.1 Desarrollo

En la ciudad de Gonzanamá se quiere construir una planta de tratamiento empleando una tecnología económica y eficiente. A continuación se presentan los datos que se considera para la selección del tratamiento.

Número de habitantes (hab.) 1960 Área de tratamiento (m2) 2474 Existencia de servicio de agua potable Cobertura del 100% Existencia y tipo de alcantarillado Alcantarillado separado Caudal del agua residual 10 l/s Origen del agua residual Doméstico Temperatura del agua residual 18 - 25 CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO Profundidad del nivel freático (m) Mayor a 3 Pendiente del terreno (%) Menor al 5 % CARACTERÍSTICAS DEL SUELO Tipo de suelo (Adimensional) Arcilloso, impermeable Velocidad de infiltración (mm/h) 3.25 CARACTERÍSTICAS CLIMÁTICAS Temperatura (°C) 16 Evapotranspiración (mm/mes) 60 Vientos (m/s) 1 Precipitación (mm/mes) 100

Con los datos detallados anteriormente, se obtiene la superficie necesaria con la siguiente

ecuación:



/hab0.97mhab 1960m 1907

(hab) habitantes de Número)(m to tratamiendisponible Área/hab)(m necesaria Superficie 2

222 ===

Matriz 15. Matriz de selección final

CRITERIOS VARIABLE


rápida IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de Flujo

Subsuperficial HSS

Servicio de agua potable

Tiene servicio 5 5 5 5 5 No tiene servicio - - - - - Cobertura Parcial - - - - -

Existencia y tipo de alcantarillado

Alcantarilladlo separado 5 5 5 5 5 Alcantarillado Mixto - - - - - Alcantarillado Combinado - - - - -

Población Población 5 5 5 5 5

Características del terreno

Superficie necesaria 5 1 1 3 3 Profundidad del nivel freático 5 1 1 3 3 Pendiente de terreno 1 1 3 5 5 Relieve 3 1 3 5 5

Características del agua residual

Origen 5 5 5 5 5 Caudal 1 1 5 5 1 Temperatura de agua residual 1 3 3 1 5

Características del suelo

Tipo de suelo 1 1 5 5 1 Textura 1 1 3 5 5 Permeabilidad 1 1 5 5 5

Características climáticas

Temperatura 5 5 5 5 5 Evapotranspiración 5 5 5 5 5 Vientos 5 5 5 5 5 Precipitación 5 5 5 5 5

Remoción de los parámetros básicos

Remoción de sólidos en suspensión 5 5 5 5 5 Remoción de DBO 5 5 5 5 5 Remoción de DQO 3 5 5 3 3 Remoción nitrógeno Total 1 5 5 5 5 Remoción de fósforo total 1 5 5 5 5 Remoción de coliformes fecales 5 5 5 5 5

Impacto ambiental sobre el entorno

Suelo 1 1 1 3 3 Geomorfología del suelo 1 1 1 3 3 Contaminación del suelo 1 1 1 3 3 Contaminación de agua 3 3 3 5 5 Recarga cuerpo receptor y riego 1 1 1 1 1 Contaminación del aire 3 3 3 5 5 Generación de olores 3 3 3 5 5 Proliferación de vectores 3 3 3 5 5



CRITERIOS VARIABLE

TECNOLOGÍA


IR

Infiltración lenta

IL


ES

Humedales de flujo

Superficial HFL

Humedales de Flujo

Subsuperficial HSS

Impacto ambiental sobre

el entorno

Polvo 5 5 5 5 5

Ruido 3 3 5 5 5

Árboles 3 3 5 5 5

Arbustos 3 3 5 5 5

Hierbas 3 3 5 5 5

Cultivos 3 3 3 5 5

Pájaros (aves) 3 3 3 5 5

Animales terrestres 3 3 3 5 5

Paisaje 3 3 5 5 5

Agricultura 1 1 1 1 1

Ganadería 1 1 1 1 1

Empleo 1 3 3 5 1

Servicio básico 3 1 3 3 5

Tecnología de tratamiento y su

necesidad de obra civil

Movimiento de tierra 3 3 5 5 5

Construcción de instalaciones 5 5 5 5 5

Necesidad de equipo 5 5 5 5 5

O&M para cada tecnología de tratamiento

Funcionamiento 3 3 5 5 5

Capacitación del personal 3 3 1 3 3

Tiempo de control 5 5 5 5 5

Frecuencia de control 5 5 5 3 3

Costos de construcción Costo por habitante de la obra civil 1 3 3 5 1

Costos mensual de O&M Costo por habitante anual de O&M 3 1 3 3 5

SUMATORIA TOTAL 165 167 201 221 219

Fuente: El Autor

3.4.2 Conclusión

Después de haber analizado cada uno de los distintos criterios de selección y evaluado cada una sus variables en función de las particularidades propias de la ciudad de Gonzanamá se ha seleccionado como el tratamiento más apropiado y beneficioso los Humedales de Flujo Superficial, debido a que este ha alcanzado la más alta puntuación (221 puntos) en la matriz de selección final.

Con el presente ejemplo se ha pretendido demostrar de forma práctica el proceso de selección

de una tecnología de tratamiento por métodos naturales para una comunidad X, dejando constancia de que la guía de selección es una herramienta útil y sencilla.



4. MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 4.1 INTRODUCCIÓN

Para que un sistema natural de depuración de aguas residuales funcione correctamente y que cumpla con el periodo para el cual fue diseñado, es fundamental que el personal encargado de la operación y mantenimiento esté capacitado para que sepa cómo hacerlo, con qué frecuencia, qué insumos y herramientas necesita, que identifique los procesos que hagan posible el funcionamiento óptimo, eficiente y efectivo de la estación depuradora, sin que se produzcan interrupciones debidas a fallas de cualquiera de los elementos, procesos u operaciones ocasionadas por una deficiente operación y mantenimiento de cada uno de los elementos de la depuradora.

Dentro del manual se ha considerado: Objetivo del manual, funcionamiento de la planta

depuradora tanto de las unidades de pretratamiento que comprenden cajón de llegada, desbaste, desarenador, desengrasador, así como cada uno de los tratamientos naturales objeto de estudio. De la misma manera, se presentan un cuadro resumen de las actividades de operación y mantenimiento para cada una de las unidades que conforma la planta para garantizar el correcto desempeño del sistema. También se hace referencia a la puesta en marcha del sistema, cuidado de la obra civil, responsabilidades de operador, problemas y soluciones.

El manual estará sujeto a procesos operacionales sencillos y de bajo costo que permitan llevar

a cabo el mantenimiento sin problemas de personal y equipo. 4.2 OBJETIVO

Comprender la operación y el mantenimiento de una planta depuradora de aguas residuales urbanas por métodos naturales de manera que se garantice su buen funcionamiento durante todo el periodo para el cual fue diseñada y se asegure la protección del medio ambiente. 4.3 FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DEPURADORA

Su funcionamiento depende primordialmente de su capacidad receptora y de las unidades de tratamiento que posee. Es necesario que la estación depuradora de aguas residuales cuente con estructuras de tratamiento preliminar de llegada, mantenimiento, un pretratamiento dependiendo de la composición de las aguas residuales, y tratamiento natural que comprende el sistema natural propuesto según las características del lugar.

Unidades de pre-tratamiento:

− Cajón de llegada y compuerta − Desbaste − Desarenado − Cámara de grasas



Unidades de tratamientos naturales:

− Infiltración lenta − Infiltración rápida − Flujo superficial − Humedal artificial de flujo superficial (HFL) − Humedal artificial de flujo subsuperficial (HSS) 4.3.1 Unidades de pre-tratamiento a. Cajón de llegada

La función principal de esta estructura es romper la presión al final del emisario principal. Tiene la finalidad de disipar la energía con la que llegan las aguas residuales por el emisario

final y permite uniformizar la velocidad del efluente. Por la importancia que tiene se debe dar mantenimiento si es posible diariamente a fin de que trabaje cumpliendo su función.

Es preciso que un operador revise el cajón, y en caso de ser necesario limpiar los sólidos

grandes con ayuda de un rastrillo, pala y carretilla para luego ser retirados al relleno sanitario municipal o enterrarlos. − Compuertas

Se encuentran en las entradas a los desarenadores, ya que son necesarias para aislar el caudal y dar mantenimiento.

Un operador debe revisar diariamente que no se produzcan fugas o infiltraciones en las

paredes de las compuertas. En caso de haber falla por este motivo el operador debe comunicar al responsable de la planta, para que se tomen las medidas correctoras.

Figura 8.

Estructuras de tratamiento preliminar. Fuente: Carrión E., Betancurt W., 2007



b. Desbaste

El procedimiento más usual consiste en hacer pasar el agua a través de rejas metálicas (Figura 9) paralelas e igualmente espaciadas. Su función consiste en la eliminación de los sólidos de tamaño grande y mediano (trozos de madera, trapos, raíces, etc.) que estén en suspensión o flotando, así como de finos. A medida que los sólidos se van acumulando en las rejas, éstas se van colmatando y el agua encuentra mayor dificultad para atravesarlas. Por tanto, es necesario eliminar los sólidos depositados por lo menos una vez al día.

La limpieza de las rejas (Figura 10) se las hará de forma manual, debiendo efectuarla el

operador, utilizando para ello un rastrillo que encaja entre los barrotes. Es necesario que el operador recoja los sólidos de la limpieza lo antes posible y los entierre o

los lleve diariamente al relleno sanitario municipal, en caso de haberlo, evitando siempre su almacenamiento a la intemperie, para evitar problemas de contaminación.

c. Desarenadores

Los desarenadores eliminan arenas, partículas minerales u otras materias inorgánicas más pesadas que el agua, que tienden a sedimentarse. El desarenador propuesto es de flujo horizontal, formado por dos canales rectangulares a fin de optimizar el funcionamiento de la planta no dejándola fuera de servicio (Figura 11). La limpieza manual (Figura 12) se lleva a cabo semanalmente mediante palas de mano y baldes, eliminando el material sedimentado que inclusive puede contener materia orgánica cuando se producen fluctuaciones de caudal.

Figura 9. Rejilla de Desbaste.

Fuente: Los Autores

Figura 10. Limpieza manual de rejilla de Desbaste. Fuente: Martín G. Isabel y otros, 2006.



Con respecto a la disposición de las arenas si su contenido de materia orgánica está produciendo malos olores ésta debe unirse a los sólidos procedentes de las otras unidades del pre-tratamiento y enterrarse o llevarse al relleno sanitario municipal, mientras que si la arena es más limpia, puede ser aprovechada en rellenos, caminos, lechos de secado de lodos y otros.

d. Cámara de grasas

La separación de grasas de las aguas residuales se verifica en cámaras donde aceites, grasas, espumas, corchos y otros materiales de menor densidad que el agua se van reteniendo en la superficie, mientras que la corriente de agua se desvía hacia el fondo, desde donde pasa a la unidad siguiente de la planta.

La frecuencia en la limpieza de estas cámaras de grasas (Figura 13) debe ajustarse a la

cantidad de materias retenidas, y depende del agua residual propia de cada zona. Las materias retenidas son recogidas con tolvas o baldes diariamente y es conveniente retirar el material acumulado y enterrarlo junto a los sólidos provenientes de las otras etapas del pre-tratamiento.

Figura 13. Extracción manual de grasas en el desengrasador

Fuente: Martín G. Isabel y otros, 2006

Figura 11. Desarenador de doble cámara y rejas.

Fuente: Linares C. Juan C., 2005

Figura 12. Limpieza manual de los desarenadores. Fuente: Martín G. Isabel y otros, 2006.



A continuación se encuentra un cuadro que resume cada una de las actividades a realizar durante la operación y mantenimiento de cada una de las unidades del tratamiento preliminar.

Tabla 8. Cuadro de resumen de las actividades de operación y mantenimiento de las unidades de pre-tratamiento

UNIDAD ACTIVIDADES FRECUENCIA PERSONAL HERRAMIENTAS

Cajón de llegada by-pass compuerta de admisión

Inspección, limpieza de desechos sólidos, escombros, etc. 1 vez / día Operador Rastrillo, pala de

mano, carretilla

Desbaste Inspección, limpieza de sólidos de tamaño grande y mediano (trozos de madera, trapos, raíces, etc.) así como de finos.

1 vez / día Operador Rastrillo, pala de mano, carretilla

Desarenador Inspección y retiro de arenas y otros materiales pesados que se acumulan en el fondo del desarenador.

1 vez / semana Operador Pala de mano,

balde, carretilla

Cámara de grasas

Inspección, limpieza de aceites, grasa, espumas, corchos y otros materiales retenidos en la superficie

1 vez / día Operador Tolvas, baldes, palo largo para limpiar natas de grasas

Fuente: El Autor

4.3.2 Unidades de tratamientos naturales a. Infiltración Rápida (IR)

Este sistema de tratamiento requiere de un pre tratamiento, que consta de cribado, desarenador, desengrasador y un tanque de distribución, en los cuales el operador tendrá que dar un mantenimiento continuo de acuerdo a lo especificado en la tabla 9, para proporcionar un buen funcionamiento del sistema. Luego el agua residual se distribuirá por tuberías perforadas de 110 mm que funcionan por gravedad, asegurando una repartición uniforme sobre cada balsa. Finalmente la recolección del agua tratada se lo hará mediante tuberías de drenaje perforadas de 110mm en forma de espina de pescado de preferencia.

Se debe construir mínimo 4 balsas de una misma área para tener un continuo funcionamiento

de la planta depuradora. EL agua residual se debe aplicar a la primera balsa de infiltración por un tiempo de retención

de 2 días, luego de lo cual el operador deberá cerrar la válvula de paso de caudal e inmediatamente procederá a poner en funcionamiento la segunda balsa de infiltración, permitiendo que el suelo de la primera se recupere durante 2 días. El proceso descrito anteriormente se repite para la tercera y cuarta balsa en la misma secuencia, dando un período total de secado para cada balsa de 6 días, obteniendo una operación continua de la planta durante todo el año.

El operador debe dar mantenimiento al suelo realizando el arado o limpieza de la superficie del

suelo en caso de que éste se colmate o la velocidad de infiltración disminuya, deberá llevar un registro del tiempo de infiltración obligado y el tiempo de secado de cada balsa. Además debe llevar



un control del pH de manera que si se encuentran fuera de los intervalos apropiados pueda regularlos, es decir si el pH del suelo es muy básico adicionarle cal para incrementarlo y si es muy ácido adicionarle yeso para disminuirlo.

El sistema de infiltración rápida puede llegar a depurar del 80 al 90% de DBO5, del 85 al 90%

de sólidos suspendidos totales, del 80 al 85% del nitrógeno total, del 50 al 93% del fósforo total y más del 90% de parámetros bacteriológicos.

Tabla 9. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por IR UNIDAD/PROBLEMA ACTIVIDADES/SOLUCIÓN FRECUENCIA PERSONAL HERRAMIENTAS

Suelo / Erosión causada por la escorrentía superficial

Inspección, aplanamiento de pendientes pronunciadas, arado siguiendo las curvas de nivel, disminución del arado y el rebordeo con pasto

En lluvias esporádicas y épocas de invierno

Operador Pico, pala, barreta, rastrillo

Suelo/Compactación causada por animales de pastoreo cuando el suelo está muy húmedo

Se debe esperar hasta después de la irrigación para permitir el pastoreo de animales.

2 a 3 días después de la irrigación Operador Control de

pastoreo

Suelo/Compactación, acumulación de sólidos y el endurecimiento de la capa superficial del suelo

Arado del terreno una vez esté seco. Excavar a una profundidad de 0.6 a 1.8 m, de manera que se puedan mezclar las capas impermeables del suelo con capas superficiales más permeables

En periodos de secado Operador Pico, pala,

barreta, rastrillo

Suelo / Desbalance químico del suelo. Desequilibrio del pH si se encuentran fuera de los intervalos apropiados.

Recolección de muestras de suelo para análisis de pH. Control del pH, ajustar mediante la adición de cal (para incrementarlo) o de yeso para disminuirlo.

En periodos de secado o verano cuando el pH es muy ácido o el pH es muy básico (menor que 5 0 mayor que 10)

Operador pH-metro de campo, guantes, cal, yeso.

Zanjas / Formación de hielo en climas fríos

Poner la zanja en reposo por un periodo extendido durante la estación cálida, permitiendo el secado de la superficie.

1 vez / trimestre (En periodos de secado o verano)

Operador Control regular en los periodos de secado

Zanjas / colmatación

Retiro de la capa de sólidos que están colmatando las zanjas por material acumulado o arar para remover las capas

Cuando la velocidad de filtración empiece a disminuir (llevar registros de tiempo de infiltración obligado) (En periodos de secado o verano)

Operador Rastrillo, pala, carretilla

Fuente: El Autor



b. Infiltración Lenta (IL)

En el proceso de Infiltración Lenta el agua que sale del pre-tratamiento, en donde son removidos los sólidos suspendidos, arenas y grasas (llevando a cabo una adecuada operación y mantenimiento de las estructuras), pasa a dos tanques de almacenamiento mediante una tubería de 110mm, los cuales nos permitirán almacenar el agua residual de manera provisional por limpieza que el operario lo hará durante cuatro horas dos días a la semana o cuando el área de tratamiento así lo requiera debido a los inconvenientes que se puedan presentar en el sistema de riego por surcos, que es el método adecuado para este tipo de tratamiento. Se debe indicar que cada tanque de almacenamiento es independiente y que normalmente debe estar en funcionamiento uno a la vez a no ser en el caso de limpieza del área de tratamiento en donde se abrirá una compuerta que une a los dos tanques la cual permitirá que el agua residual se almacene en los dos tanques y el operario tenga tiempo suficiente de hacer la limpieza. Cabe recalcar, que cada uno cuenta con una válvula cortadora de 110mm antes y después del mismo y que están conectados a un pozo de revisión que servirá como tanque distribuidor del agua residual antes de ingresar al área de tratamiento. Para la limpieza de un tanque de almacenamiento el operario cerrará la válvula cortadora del mismo y permitirá el ingreso del agua al segundo tanque de almacenamiento, de esta manera se puede mantener el sistema en normal funcionamiento.

El agua residual que sale del pozo de revisión ingresa al área de tratamiento (1.8 ha) dividida

en dos partes iguales, por facilidad de mantenimiento, con una pendiente del 5%. Para este sistema de tratamiento se necesita implantar un tipo de cultivo de forraje o cultivos de árboles que son compatibles con altas tasas de carga hidráulica, alta capacidad para absorber nutrientes, alto consumo de agua y una tolerancia a las condiciones de humedad del suelo. Estas condiciones las cumple la guadua que es una especie botánica de la subfamilia de las gramíneas, cultivo que se adapta fácilmente a las condiciones de clima y suelo de la zona de estudio.

Para a la siembra de la guadua es necesario que el área de tratamiento esté limpia, eliminando

todo tipo de malezas sobre el suelo en donde se la sembrará a una distancia de 5m entre planta y planta ya que al término de su ciclo de vida utilizará un área aproximada de 25 m2 y además el surco debe construirse en el centro de cada guadua.

Los surcos serán de sección triangular (“V”) de 30cm de ancho x 15cm de profundidad

construidos de manera que circule por toda el área de tratamiento. Para la recolección del agua que sale del área de tratamiento se ha previsto un canal de

sección rectangular, que será ubicado al final del área de riego y en la parte más baja lo cual nos permite recoger toda el agua residual depurada que circula por el área de tratamiento que lo llevará hasta un tanque de almacenamiento, para a partir de éste el agua tratada ser utilizada para riego por parte de la comunidad.

Con respecto a la depuración de aguas residuales por la aplicación de este método se alcanza

rendimientos para los sólidos suspendidos totales 50% al 70%, para la DBO5 del 63% al 80%, para el nitrógeno total 52% al 90%, para el fósforo total del 40% al 80% y para los coliformes fecales del 99.99 %.



Tabla 10. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por IL UNIDAD/PROBLEMA ACTIVIDADES/SOLUCIÓN FRECUENCIA PERSONAL HERRAMIENTAS


Inspección, aplanamiento de pendientes pronunciadas, arado siguiendo las curvas de nivel, disminución del arado y el rebordeo con pasto

En lluvias esporádicas y épocas de invierno

Operador Pico, pala, barreta, rastrillo

Suelo / Requerimiento de riego

Se necesita controlar el caudal durante los temporales de invierno

Se necesita un riego constante durante todo el año

Operador Pala

Suelo / Desbalance químico del suelo. Desequilibrio del pH y sodio intercambiable se encuentran fuera de los intervalos apropiados.

Recolección de muestras de suelo para análisis de pH y Sodio intercambiable. Control del pH, ajustar mediante la adición de cal (para incrementarlo) o de yeso para disminuirlo. Control del sodio intercambiable, reduciéndolo mediante la adición de sulfuro o yeso y un lavado posterior para así remover el sodio desplazado

En periodos de secado o verano

Operador pH-metro de campo, Balde, guantes, cal, yeso.

Suelo / Limpieza

Consiste en mantener totalmente limpio de malezas y obstáculos el contorno de la planta. Durante la limpieza es importante no causarle daño a los retoños de la planta (guadua).

2 veces / año Operador y cinco peones

Pico, pala, barreta, rastrillo

Fuente: El Autor c. Escorrentía Superficial (ES)

En este sistema tras un pre-tratamiento que consiste en la separación de las fracciones sólidas de mayor y menor tamaño, el operador deberá forzar la escorrentía del agua residual sobre dos áreas acondicionadas (en pendiente y vegetación). La alimentación de agua residual se hará mediante tuberías perforadas que funcionan por gravedad o a baja presión, asegurando una distribución uniforme del agua residual sobre cada una de las áreas de influencia, para ser posteriormente recogida en canales colectores de escorrentía. Estos canales tienen una pendiente del 1 %, con el fin de prevenir depósitos de agua.

La aplicación del agua residual se realiza primero utilizando una de las dos áreas de

depuración durante 3 días, posteriormente, al término del ciclo de aplicación en la misma el operador debe cerrar la válvula de paso de caudal e inmediatamente abrir la válvula de la otra área de influencia, permitiendo que el suelo de la primera se recupere durante los tres días de



funcionamiento de la superficie en uso, obteniendo una operación continua de la depuradora las 24 horas del día durante los 365 días del año.

El operador deberá dar mantenimiento al suelo realizando el aplanamiento de pendientes

pronunciadas debido a la erosión causada por la escorrentía superficial. Las consideraciones de O&M incluyen la afinación del ciclo de aplicación, la siega periódica de

la hierba, el mantenimiento de la pendiente y de los canales colectores de escorrentía. Con respecto a la depuración de aguas residuales por la aplicación de este método se alcanza

rendimientos de los sólidos suspendidos totales del 70% al 75%, para la DBO5 del 85 y 90 %, para el nitrógeno total del 80% al 85%, para el fósforo total del 80 al 85% y para los coliformes fecales más del 99 %.

Tabla 11. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por ES

UNIDAD/PROBLEMA ACTIVIDADES/SOLUCIÓN FRECUENCIA PERSONAL HERRAMIENTAS

Tubería de vertido

Control en la apertura y cierre de válvulas en los ciclos de aplicación del vertido en cada una de las áreas de influencia.

1/3 días Operador Calendario programado para la aplicación del vertido

Tubería de vertido / Obstrucción de los orificios producida debido a sólidos depositados por ser la zona inicial de caída de vertido.

Inspección visual, control y retiro de maleza o sólidos que obstruyen la salida del agua residual a la escorrentía.

1/día Operador y Peón Lampa, rastrillo


Inspección, aplanamiento de pendientes pronunciadas y mantenimiento de las mismas, arado siguiendo las curvas de nivel, disminución del arado y el rebordeo con pasto, de modo que el vertido fluya en forma de lámina.

En lluvias esporádicas y

épocas de invierno

Operador y Peón

Pico, pala, barreta, rastrillo

Suelo / Compactación causada por animales de pastoreo cuando el suelo está muy húmedo.

Se debe esperar hasta después de hacer el vertido del agua residual para permitir el pastoreo de animales.

1/día En las horas de reposo del

suelo Operador Control de

pastoreo

Suelo / Vegetación excesiva

Inspección visual, siega periódica de la hierba, siendo una buena medida la extracción de lo cortado.

1/mes Operador y Peón

Machete, pala carretilla

Colectores / Presencia de sólidos provocando depósitos de agua

Inspección visual. Limpieza de los colectores del agua depurada.

1 / semana Operador Pala de mano, carretilla

Fuente: El Autor



d. Humedal artificial de flujo libre o superficial (HFL)

La operación de la depuradora inicia cuando el afluente ingresa al pre-tratamiento donde son removidos los sólidos suspendidos, arenas y grasas, para posteriormente ingresar mediante una tubería PVC de 110 mm hacia un pozo de revisión para distribuir correctamente el caudal hacia 4 balsas de tratamiento. El operador debe revisar semanalmente este pozo verificando que el caudal este distribuyéndose correctamente sin que existan obstrucciones.

Luego, el agua ingresa al humedal por medio de una tubería PVC de 110 mm, repartiendo equitativamente el caudal en dos balsas que funcionan simultáneamente, cuyo tiempo de retención es de aproximadamente 4 días, proceso en el cual el operador debe comprobar que el caudal circule por todas las partes del humedal en el tiempo establecido. Despuésel agua sigue su curso hacia la siguiente fase constituida por dos humedales que luego del tiempo de retención de 4 días se recepta mediante una tubería PVC de 110 mm hacia un tanque de recolección de 6 m3, para ser utilizados para riego por parte de la comunidad.

Además de revisar el proceso de circulación del agua en el tratamiento, el operador debe encargarse de verificar el correcto crecimiento de la vegetación implantada (carrizo) y dar limpieza a cada balsa retirando especies invasoras.

El desempeño de un humedal artificial de flujo libre depende de los criterios de diseño, las características del agua residual y de la operación. La remoción es por lo general del 60% al 70 % para la DBO5, del 60% al 90 % para los sólidos suspendidos totales. La eliminación de nitrógeno es mayor al 70 %, la remoción de fósforo oscila entre el 6 al 15 %. La eliminación de patógenos llega a niveles mayores al 99%.

Tabla 12. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por HFL

UNIDAD/PROBLEMA ACTIVIDADES/SOLUCIÓN FRECUE

NCIA PERSONAL HERRAMIENTAS

Humedal / Inundación del las balsas

Se necesita que el afluente alcance todas las partes del humedal.

1/mes Operador Inspección visual

Humedal / proliferación de roedores

Se necesita eliminar toda clase de roedores que dañen los diques.

1/mes Operador Inspección visual

Humedal / Crecimiento inadecuado de plantas, malos olores.

Verificar el crecimiento saludable de las plantas. Eliminar especies invasoras.

1/semana Operador Inspección visual.

Humedal / Obstrucción de las unidades del sistema

Limpieza del factor causante de la obstrucción. 1/semana Operador

Inspección visual, rastrillos, palas carretillas

Humedal / Proliferación de mosquitos

Los sistemas de vertido a las celdas deberán limpiarse, además evitar estancamientos del afluente.

1/semana Operador Inspección visual. Rastrillos, palas, carretillas

Humedal / Vegetación que se descompone acelerando el proceso de colmatación

Retirar el material que se descompone fácilmente y reemplazarlo en caso de ser necesario.

1/año Operador Inspección visual. Machetes, rastrillos.

Humedal / Control de calidad del efluente

Recolección de muestras. Ensayos físicos, químicos y bacteriológicos del efluente.

1/6 meses Operador Material de muestreo.

Fuente: El Autor



e. Humedal artificial de flujo subsuperficial (HSS) El agua que llegue hasta el humedal debe garantizar la máxima remoción de sólidos y grasas

en los tratamientos preliminares, para esto es necesario una adecuada O&M de las estructuras.

El agua residual ingresa al humedal por medio de una tubería PVC de 160mm de diámetro y 5m de longitud a partir del desengrasador, donde se divide el caudal y se distribuye entre los dos humedales. La tubería de distribución en cada humedal es de 160mm de diámetro y una longitud de 45 m la misma que estará ubicada a 0.75m desde el fondo, cubierta con grava de 2 pulgadas para garantizar una adecuada distribución, previo su ingreso al humedal se ha previsto de dos válvulas de compuerta para que en caso de ser necesario desde este sitio se controle el vertido.

Una vez que ésta comienza a distribuirse dentro del humedal se debe esperar aproximadamente 72 horas para que llegue hasta la tubería de recolección ya que este es el tiempo de retención hidráulica del flujo dentro del medio granular, el sistema de drenaje está compuesto por una tubería principal de 200mm en el centro del humedal a lo largo de toda su longitud la cual recoge toda el agua residual depurada que circula por el humedal y que la conduce hasta un pozo recolector para su posterior distribución, las tuberías laterales de recolección son de tipo perforadas de 160mm de diámetro con una ángulo en planta de 60º las cuales forman un sistema de espina de pescado. Es preciso indicar que a los 42m de longitud, con una pendiente del 2% se tiene una profundidad de 1.75m, donde la carga hidráulica es mayor por lo que la tubería de recolección lateral es de 200mm de diámetro.

En cuanto a la depuración de aguas residuales en el humedal de flujo subsuperficial, se obtuvo los siguientes rendimientos de remoción: DBO5 del 70% al 80%, sólidos suspendidos 65% al 70%, nitrógeno total del 60% al 80%, fósforo total < 20% y coliformes fecales > 99%.

Tabla 13. Actividades de operación y mantenimiento del sistema por HSS UNIDAD/PROBLEMA ACTIVIDADES / SOLUCIÓN FRECUENCIA PERSONAL HERRAMIENTAS

Humedal / Inundación del lecho

Asegurar que los lechos están saturados pero no inundados. 1/día Operador Inspección visual

Humedal / Presencia de sólidos, espumas y grasa que flotan

El lecho debe ser inspeccionado para asegurar que no exista presencia de sólidos.

1/día Operador Inspección visual, tolva para sacar natas de grasas.

Humedal / Crecimiento inadecuado de plantas, malos olores.

Verificar el crecimiento saludable de las plantas, no permitir que las raíces se queden sin agua y vigilar el nivel de agua de modo que se mantenga 5 cm debajo de la superficie del medio granular.

1/semana Operador Inspección visual.

Humedal / Obstrucción de las unidades del sistema

Se comprobará que el agua fluya por todas las unidades del sistema. Limpieza en caso de ser necesario.

1/semana Operador Inspección visual, rastrillos, palas carretillas

Humedal Los sistemas de vertido a las celdas deberán limpiarse 1 a 6/meses Operador Rastrillos, palas,

carretillas

Humedal / vegetación que se descompone acelerando el proceso de colmatación

Siega manual para sacar las partes aéreas que se van secando de las plantas, la siega se debe hacer preferentemente en las cercanías de los taludes. Si la colmatación es severa se debe proceder a sustituir el medio granular.

1/año Operador Machetes, rastrillos.

Fuente: El Autor



4.4 PUESTA EN MARCHA 4.4.1 Cuidado de la obra civil

El mantener la depuradora en buenas condiciones debe ser uno de los objetivos

fundamentales del operador. Al igual que ocurre con cualquier instalación, si no se cuida diariamente y se reparan los desperfectos a medida que se producen, en poco tiempo se deteriora y envejece. En el caso concreto de una planta de tratamiento de aguas residuales, hay que tener especial cuidado ya que su mal funcionamiento trae consigo problemas higiénicos para la población, la aparición de malos olores, proliferación de mosquitos y otros insectos, etc., y, en general afectación al medio ambiente.

Por lo tanto, el operador, debe ser consciente de que su trabajo es muy importante para el

buen funcionamiento de la depuradora, para garantizar la salud de la comunidad, y para asegurar que cumpla con su vida útil, es decir, para el periodo para la cual fue diseñada.

4.4.2 Operador

El operador es el responsable directo del cuidado y funcionamiento del servicio de la planta depuradora de aguas residuales. No necesita ser un técnico, una persona especializada o con conocimientos superiores, ya que el trabajo es sumamente sencillo. De preferencia, deberá contratarse a un miembro de la comunidad que ha laborado en la construcción del sistema de tratamiento, quien luego de ser capacitado estará en condiciones de realizar estas actividades en forma eficiente y con responsabilidad.

a. Responsabilidades del operador − Estar completamente familiarizado con la planta de tratamiento de aguas residuales, para lo cual

debe conocer el proceso de funcionamiento de cada unidad de la depuradora. − Tener en mente que es imposible realizar una buena operación sino existe un buen

mantenimiento. − Estar habituado y ser consciente de la importancia de su trabajo en la conservación del medio

ambiente y de la salud de la población en general. − Es el único responsable ante el departamento del municipio encargado, tanto de los sistemas

como de las instalaciones y equipos. − Presentar mensualmente los controles llevados durante el mes de los trabajos de mantenimiento

y reparación realizados a la entidad Administradora. − El operador debe cumplir con todo lo indicado en los manuales que para el fin le será entregado. − Si llegara a notar algún desperfecto deberá notificar al Municipio, Junta Parroquial, Junta de

Aguas, etc., a fin de que ésta pueda contratar los servicios de personal especializado. − Debe llevar un registro de las actividades diarias realizadas. − El ingreso a la planta de tratamiento debe ser restringido solo a personas autorizadas y con la

vigilancia y responsabilidad de un operador o una autoridad municipal encargada.



b. Medidas higiénicas del operador

La higiene de los operadores que van a desempeñar los trabajos es muy importante para el control de riesgos, a continuación se presenta una serie de instrucciones:

− Prohibir que los trabajadores coman, beban o fumen en las zonas de trabajo en la que exista dicho riesgo.

− Proveer a los trabajadores de prendas de protección apropiadas. − Disponer de baños, cuartos de aseo apropiados y un botiquín adecuado para uso de los

trabajadores que incluyan productos para la limpieza ocular y antisépticos para la piel. − Lavarse bien las manos con agua y jabón antes de comer y después del trabajo.− No tocarse

la nariz, boca u oídos con las manos a menos que estén recién lavadas. La mayoría de las veces la gente contrae las enfermedades cuando tiene gérmenes en las manos y se toca dichas partes del cuerpo.

− Usar guantes impermeables antes de realizar las labores de limpieza. − Disponer de un lugar determinado para el almacenamiento adecuado de los equipos de

protección y verificar que se limpien y se compruebe su funcionamiento, si fuera posible con anterioridad.

− Al salir de la zona de trabajo, se debe quitar la ropa de trabajo y los equipos de protección personal que puedan estar contaminados por agentes biológicos y deberá guardarlos en lugares que no contengan otras prendas.

c. Equipos de trabajo

Para la realización de las diferentes operaciones que se van a realizar en el mantenimiento de la estación depuradora, los operarios necesitan de equipos de trabajo y herramientas manuales que ayuden a evitar riesgos innecesarios, como: picos, palas, rastrillos, planas, llaves, destornilladores, martillos, etc.

El operador estará equipado con: botas de hule, guantes, overol, mascarilla y casco. En su

equipo debe incluir una linterna, para posibles inspecciones nocturnas durante eventos máximos de lluvia. Todo el equipo y suministro debe ser entregado al operador por parte del Municipio a cargo.

4.5 PROBLEMAS Y SOLUCIONES

Pueden presentarse ocasionalmente problemas operativos en el funcionamiento de la planta, que se manifiestan por una serie de síntomas que el operador debe ser capaz de reconocer lo antes posible para tomar las medidas correctoras correspondientes.



Tabla 14. Problemas y soluciones

PROBLEMAS SOLUCIONES

Desajuste en la carga orgánica aplicada en las zanjas de infiltración, tanto por encima como por debajo del intervalo utilizado por el diseño, lo que puede ocasionar presencia de malos olores.

El operador debe chequear el contenido en materia orgánica del agua residual y verificar si se trata de una sobrecarga, o por el contrario de que el agua residual está demasiado diluida.

Desajuste del caudal de entrada Regular el caudal en el pretratamiento para que no incida en la aplicación del caudal al terreno.

Distribución de caudal no uniforme causadas por estructuras de ingreso mal niveladas (fallas constructivas en las estructura de ingreso).

Colocar vertederos rectangulares pequeños o ajustarlos para permitir la distribución uniforme del caudal afluente. Colocar obstáculos como pantallas para ajustar la distribución del caudal afluente.

Obstrucción de compuertas Chequeo por parte del operador.

Obturación en las zanjas de infiltración debido a la presencia de lodos.

Chequear la separación de lodos según los requerimientos de operación de los tanques de sedimentación de lodos.

Atascamiento de las rejas, presentados en épocas de lluvias intensas y en lugares donde no se dimensionan bien los aliviaderos de pluviales.

El operador debe retirar los objetos que están obstaculizando el paso del caudal.

Malos olores provocados por las presencia de materia orgánica en el desarenador, debido a una velocidad de arrastre pequeña.

Adecuar la velocidad de paso y si no es posible aumentar la aireación.

Escapes de arena debido a altas velocidades en el desarenador.

Instalación de unidades que minimicen esta velocidad. Colocación de transición o campanas en la entrada del desarenador.

Presencia de insectos extraños, roedores, pájaros y otros animales.

Realizar servicios de mitigación periódicas hasta la exterminación de los mismos. Mediante insecticidas, eliminar los insectos tratando al máximo de no hacerlo dentro de las unidades de tratamiento, ni que el insecticida vaya a mezclarse con el agua residual que circula entre las unidades

Fuente: El Autor



5. CONCLUSIONES

Luego de haber terminado la presente investigación, podemos concluir:

• Que esta guía es una herramienta para la selección de una tecnología de tratamiento de aguas residuales por métodos naturales para comunidades urbanas y rurales con poblaciones menores a 5000 habitantes.

• Los criterios de selección que se han definido y las variables son: Factores Demográficos (población, existencia de servicios básicos), Características del terreno (superficie, profundidad del nivel freático, pendiente, topografía), Objetivos del tratamiento (expectativas de la calidad del eflluente, nivel de tratamiento), Características del agua residual (Origen, composición, caudal, temperatura), Características del suelo (Tipo, textura, velocidad de infiltración, permeabilidad), Características climatológicas (precipitación, temperatura, evapotranspiración y viento), Aspectos tecnológicos (impacto ambiental, eficiencia del tratamiento, facilidad de operación y mantenimiento), y, Costes (construcción, operación y mantenimiento).

• El diagrama de flujo que se ha diseñado para el proceso, así como, las matrices de

selección son simples, amigables y facilitan la toma de decisiones a la hora de seleccionar el tipo de tratamiento para una determinada comunidad basándose en las condiciones que posea.

• Estos procesos de selección son aplicables solamente para comunidades urbanas y rurales

con poblaciones de hasta 5000 habitantes que tengan una agua residual típicamente urbana, es decir, que no contenga vertidos de origen industrial, ya que si contiene alguna sustancia química adicional se debería hacer el estudio puntual para definir el tratamiento para eliminarl.

• Es fundamental que la caracterización del agua y del suelo estén correstos porque de ellos

depende el buen funcionamiento de los métodos naturales.

• Para que estas depuradoras funcionen correctamente para el tiempo para el cual fueron diseñadas es necesario realizar las labores de mantenimiento de acuerdo a lo que se detalla en el manual.

• Es fundamental el tratamiento de las aguas residuales porque con ello disminuimos la

contaminación de los cauces naturales que aguas abajo son utilizados para consumo humano.



Apéndice 1

ESTUDIO DE ESTACIONES DEPURADORAS PARA LOS CANTONES DE CELICA, GONZANAMA, OLMEDO, ZAPOTILLO Y

PINDAL POR METODOS NATURALES 1.1 INTRODUCCIÓN

El crecimiento poblacional de las cabeceras cantonales, parroquias y barrios de la Provincia de Loja, ha traído consigo un problema de contaminación ocasionado por el vertimiento de aguas residuales sin tratamiento. Por lo cual, la importancia de generar proyectos para atenuar esta problemática, es prioritario, garantizando la descontaminación ambiental y la salud pública.

Para el desarrollo del estudio se ha elegido las ciudades de Celica, Gonzanamá, Olmedo,

Zapotillo y Pindal con 4220, 1960, 794, 2368 y 1688 habitantes respectivamente. En función de sus características de población, temperatura ambiente, factores sociales, aspectos técnicos y financieros, existencia de alcantarillado y ausencia de planta de tratamiento de aguas residuales o sistemas inoperantes.

En este apartado, se presenta el desarrollo de la investigación de campo y gabinete, que

contempla la recolección de muestras de aguas residuales, recolección de muestras para ensayos físico-químicos de suelos, ensayos in situ para determinación de permeabilidad del suelo y determinación de la profundidad del nivel freático, ensayos de laboratorio de aguas residuales y suelos, aplicación de encuestas, análisis de resultados, etc. Por tanto, estas actividades nos han llevado a presentar el estudio socioeconómico sanitario, caracterización físico-química y bacteriológica del agua residual, caracterización climatológica, caracterización físico-química e hidráulica del suelo que constituye el lecho filtrante y consideraciones ambientales de cada zona de estudio.

De esta forma se llega a establecer parámetros para la elaboración de las matrices de

selección de tecnologías, que permitan seleccionar una tecnología de tratamiento de aguas residuales por métodos de aplicación sobre el suelo y métodos acuáticos aplicables a las poblaciones menores a 5000 habitantes.

1.2 ESTUDIO SOCIO- ECONÓMICO SANITARIO DE LAS ZONAS DE ESTUDIO

El estudio socio-económico y sanitario es el punto de partida para conocer las actividades económicas a las que se dedica la población, e identificar el posible origen de algunos contaminantes del agua residual.

El estudio socio- económico sanitario se efectuó aplicando una encuesta en los cinco cantones

de la provincia de Loja, en el que se obtuvo resultados de nivel educativo, servicios básicos (agua potable, cobertura de alcantarillado, tipo de alcantarillado, energía eléctrica, centro de salud), actividad económica, industrias existentes, abastecimiento, eliminación de aguas, disposición de desechos sólidos.



1.3 CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES La caracterización de las aguas residuales es una de las fases más importantes en la

búsqueda de su tratamiento, ya que nos permitirá conocer la composición que presentan las mismas, definiendo las concentraciones de los diferentes contaminantes y por consiguiente el tipo de agua residual de una determinada localidad.

Para la caracterización de las aguas residuales se ha determinado los parámetro más

representativos de su composición, como son los físico-químicos (pH, sólidos totales, sólidos disueltos, sólidos en suspensión, nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal, nitratos, nitritos, fósforo orgánico e inorgánico, cloruros, alcalinidad, grasas, carbono orgánico total, DBO5, DQO, boro, metales pesados, pesticidas clorados y pesticidas organoclorados), parámetros bacteriológicos (coliformes totales, coliformes fecales, Escherichia Coli).

1.3.1 Toma de muestras Para la evaluación de los diferentes parámetros en un agua residual, el primer paso es aplicar

una técnica adecuada de muestreo que asegure resultados representativos del afluente que se desea caracterizar. No existen procedimientos universales de muestreo, debiéndose diseñar programas de muestreo específicamente para cada situación, seleccionando adecuadamente los puntos de muestreo, el tipo y frecuencia de la muestra a tomar.

El programa de muestreo debe considerar los aspectos que se presentan en la tabla1-A.

Tabla 1-A. Aspectos del programa de muestreo

ÍTEMS CARACTERÍSTICAS

Plan de muestreo Número de puntos de muestreo Número de muestras Intervalo de tiempo en la toma de muestras

Características de la muestra Toma de muestra Tipo de muestra Tamaño de la muestra.

Rotulado y cuidado de la muestra

Identificación de cada muestra Registro en el libro de campo

Método de muestreo Técnicas y Equipo de muestreo

Almacenamiento y preservación de la muestra

Clase de recipientes Métodos de preservación Tiempo máximo permitido para almacenamiento

Constituyentes de la muestra Lista de parámetros a ser medidos

Métodos analíticos Lista de métodos y procedimientos a ser usados en el campo y en el laboratorio Límites de detección de los diferentes métodos individuales.

Fuente: El Autor



a. Puntos de muestreo La definición del punto de muestreo empieza con el estudio de los planos de la red de

alcantarillado, localizando las alcantarillas y pozos de la red para así, establecer las estaciones de muestreo en los puntos en los que las características del flujo sean homogéneas, representativas y la velocidad del flujo sea siempre lo suficientemente alta para asegurar que no se depositen los sólidos.

b. Frecuencia de muestreo La frecuencia de muestreo depende de las condiciones locales, pero se recomienda que en

general sea durante dos épocas diferentes (invierno y verano). Con la información obtenida en la investigación de campo, se realizó seis muestreos de agua

residual, uno cada mes, en los seis días de la semana, para conocer la variación de la carga contaminante. La etapa de muestreo comprendió el periodo entre diciembre de 2008 a noviembre de 2009.

c. Tipo de muestras Se ha tomado 13 muestras simples por cada día de muestreo en los puntos definidos

previamente.

d. Intervalo de muestreo Es necesario escoger los intervalos de muestreo de acuerdo con la frecuencia esperada, que

puede variar desde cada 5 minutos hasta 1 hora o más. Otro aspecto para elegir el intervalo de muestreo, es el grado de variación del caudal, para

asegurar que la representatividad de las muestras sea la máxima. En esta investigación las el periodo de muestreo es el comprendido entre las 06h00 y 18h00.

e. Equipo de muestreo En cada muestreo se utilizó:

− Trece botellas de plástico con capacidad de dos litros para la toma de muestras destinadas al análisis físico-químico, esterilizadas con acido sulfúrico.

− Trece botellas ámbar para la recolección de muestras de los ensayos de metales pesados y pesticidas, debidamente lavadas con una solución de permanganato de potasio y ácido sulfúrico.

− Recipientes esterilizados de 250 ml para examen bacteriológico. − Dos muestreadores metálicos para recolectar las muestras. − Equipo de refrigeración apropiado para transporte de las muestras. − Equipo de aforo (Canaleta Parshall, balde-cronómetro). − Cinta para etiquetar las muestras − Equipo de protección (Botas, guantes apropiados, mascarilla y mandil).



f. Procedimiento de muestreo El método de muestreo fue desarrollado siguiendo el procedimiento de la norma Mexicana

NMX-AA-003-1980 para Aguas Residuales-Muestreo, utilizada por el laboratorio de Aguas del Instituto de Química Aplicada (IQA) de la UTPL, al no haber una norma ecuatoriana establecida. El procedimiento es como sigue: − Identificar correctamente cada una de las muestras, indicando: fecha, hora, sitio de toma, origen

del agua, temperatura de la muestra. − Limpiar previamente el lugar de muestreo elegido para eliminar incrustaciones, barro, película

bacteriana, etc., que pueda alterar la muestra. − Homogenizar dos o tres veces el recipiente muestreador con el agua residual antes de efectuar

el muestreo. − Introducir el recipiente muestreador en el pozo y homogenizar la botella donde se coloca la

muestra con el agua residual, para luego llenarla hasta obtener un volumen de 2.5 litros. − No exponer la muestra a la luz y mantenerla a temperatura de 4°C en un tanque de refrigeración

apropiado, hasta ser llevada al laboratorio.

Siguiendo este procedimiento se recolectó las muestras consecutivamente cada hora desde las 06h00 hasta las 18h00 para ensayos físico-químicos y bacteriológicos por cada día de muestreo en cada uno de los cantones. Complementariamente, se midió la temperatura en cada muestra y se efectuó el aforo (medición) de las aguas residuales para determinar el caudal.

Para la toma de muestras correspondientes a los ensayos bacteriológicos se escogió las horas

pico 10h00, 12h00, 15h00, y 18h00, como las representativas de la contaminación por Coliformes totales y Fecales.

g. Aforo de aguas residuales Al proyectar un tratamiento de aguas residuales es fundamental conocer el volumen de vertido

por unidad de tiempo que va a llegar a la instalación. Este caudal depende de la población servida y de las costumbres en relación al uso de agua.

Para la medición de los caudales de las aguas residuales existen varios métodos de aforo,

dependiendo de las condiciones de la zona donde se realice. Por tanto, a continuación se mencionan los que se han utilizado para nuestro estudio: − Método volumétrico.- Este método consiste en el aforo manual de la descarga de agua residual

utilizando un recipiente de volumen conocido y cronómetro. El procedimiento a seguir es tomar un volumen de muestra cualquiera (V) y medir el tiempo transcurrido (t) desde que se introduce a la descarga hasta que se retira de ella

− Canaleta parshall.- La canaleta Parshall es el dispositivo ideal para usar en canales abiertos para monitoreo continuo de caudal, consiste en colocar la canaleta en el canal y realizar mediciones constantes hasta conformar una curva que mediante ecuaciones se pueda calcular el caudal.



h. Temperatura La temperatura de las aguas residuales es un parámetro importante debido a su influencia

tanto sobre el desarrollo de la vida acuática, las velocidades de reacción y el desarrollo de la actividad bacteriana. Por tanto, es importante tener un registro de temperaturas de todas las muestras tomadas.

Figura 1-A.

Toma de muestras de agua residual en campo y análisis en laboratorio Fuente: El Autor

1.3.2 Parámetros físico-químicos y bacteriológicos

En la tabla 2-A se presentan los ensayos físico-químicos y bacteriológicos utilizados para determinar la composición de las aguas residuales de los diferentes sitios de estudio.



Tabla 2-A. Ensayos de caracterización de las aguas residuales con los métodos de ensayo utilizados en el laboratorio del IQA-UTPL

PARÁMETRO UNIDAD MÉTODO EQUIPO UTILIZADO NORMA

PARÁMETROS FÍSICO- QUÍMICOS

pH Adimensional Potenciométrico pH-metro Sólidos disueltos mg/l Gravimétrico Condutimetro Sólidos totales mg/l Gravimétrico Balanza, bureta, etc APHA 2540 B Sólidos en suspensión mg/l Gravimétrico Balanza, bureta, etc. APHA 2540 D Nitrógeno orgánico mg/l Volumétrico Balanza, bureta, etc. AOAC 960.52 Nitrógeno amoniacal mg/l Espectrofotométrico Espectrofotómetro HACH DR 2800 Nitrógeno de nitrito mg/l Espectrofotométrico Espectrofotómetro (DR-2800-DIB) HACH DR 2801 Nitrógeno de nitrato mg/l Espectrofotométrico Espectrofotómetro (DR-2800-DIB) HACH DR 2802 Cloruro mg/l Precipitación (volumétrico) Balanza, bureta, etc. APHA 4500 CL Fósforo orgánico mg/l Espectrofotométrico Espectrofotómetro visible AOAC 973.56 Fósforo inorgánico mg/l Espectrofotométrico Espectrofotómetro visible AOAC 973.56 Alcalinidad mg/l Neutralización (volumétrico) Balanza, bureta, etc. APHA 2320 Grasas mg/l Gravimétrico Balanza, bureta, etc. NMX-AA-005-SCFI-2000 Carbono orgánico mg/l Volumétrico Balanza, bureta, etc. DBO mg/l Espectrofotométrico Espec-Nova-400 MNMA DQO mg/l Espectrofotométrico Espec-Nova-400 MNMA

Boro mg/l Colorimétrico Espectrofotométrico

Espectrofotómetro visible NMX-AA-063-SCFI-2001

METALES PESADOS

Cadmio mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001 Cobre mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001 Cromo mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001 Hierro mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001 Plomo mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001 Manganeso mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001 Mercurio mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001 Níquel mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001 Zinc mg/l Absorción Atómica Espectrofotó. de Abso. Atómica NMX-AA-051-SCFI-2001

PESTICIDAS

Pesticidas Organoclorados y Organofosforados

mg/l Cromatología de gases --- NMX-AA-071-1981


E. Coli ufc/100 ml Standard Methods --- AOAC 978.23 Coliformes Fecales ufc/100 ml Standard Methods --- AOAC 991.15 Coliformes totales ufc/100 ml Standard Methods --- AOAC 991.15

Los ensayos marcados con (*) no están incluidos en el alcance de la acreditación del OAE

Los ensayos marcados con (¿) no están incluidos en el alcance de la acreditación de la A2LA.

Fuente: Los Autores

1.3.3 Resultados de la caracterización físico-química y bacteriológica

Como resultado de la caracterización de aguas residuales, se presentan las máximas concentraciones de los distintos parámetros después del análisis estadístico de los resultados durante el proceso comprendido entre los meses de diciembre de 2008 a noviembre de 2009. Así también, se presentan los límites permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce y los criterios



de calidad admisible para aguas de uso agrícola, establecidos por la normativa ambiental del Ecuador, a fin de conocer las características que el efluente debe cumplir después del tratamiento que se le vaya a aplicar.

Por tanto, en base a los resultados presentados en la tabla 3-A, podemos afirmar que la composición del agua residual analizada proveniente de poblaciones menores a 5000 habitantes se encuentra dentro de los límites permitidos en la normativa, a excepción de grasas, DBO5, DQO, Nitrógeno total, fosforo total, coliformes fecales, y no tienen contaminación de vertidos industriales, por tanto es apta para ser tratada mediante la utilización de métodos naturales.

Tabla 3-A. Composición físico-química y bacteriológica de las aguas residuales

VARIABLE UNIDAD

CABECERAS CANTONALES

NORMATIVA DE CALIDAD AMBIENTAL DEL

MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE ECUADOR

2002: RECURSO AGUA

CELICA GONZANAMÁ OLMEDO ZAPOTILLO PINDAL

CRITERIOS DE CALIDAD

ADMISIBLE PARA AGUAS

DE USO AGRÍCOLA

LÍMITES DE DESCARGA

A UN CUERPO DE

AGUA DULCE

Q Medio l/s 4.42 9.40 2.78 3.63 8,31 - -

Máximo 7.30 11.97 4.80 6.35 20,38 - -

Temperatura °C 19,25 19.13 23.39 30.43 23.88 - < 35

PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS

pH Adimensional 7.73 7.35 7.15 7.31 7.47 -

Sólidos Disueltos mg/l 404.00 121.28 221.57 472.83 279.13 - -

Sólidos Totales mg/l 643.80 349.33 491.20 961.33 676.00 3000 1600

Sólidos en Suspensión mg/l 163.83 82.40 57.60 185.83 110.60 - 100

Nitrógeno Orgánico mg/l 44.84 23.55 20.49 24.53 24.51 - -

Nitrógeno amoniacal mg/l 44.17 27.18 13.47 44.32 26.54 - -

Nitrógeno de Nitrato mg/l 3.59 2.82 1.95 4.13 2.31 - -

Nitrógeno de Nitrito mg/l 0.41 0.21 0.30 0.18 0.76 - -

Cloruro mg/l 80.50 34.10 36.60 30.54 76.90 - -

Fósforo orgánico mg/l 1.70 0.68 0.99 0.75 1.37 - -

Fosforo Inorgánico mg/l 6.59 5.94 3.94 - -

Alcalinidad mg/l 289.33 126.17 185.80 489.16 241.20 - -

Grasas mg/l 60.33 64.00 78.80 71.67 49.80 0,3 0,3

Carbono Orgánico total mg/l 205.73 121.00 116.06 181.22 190.48 - -

DBO mg/l 334.67 139.44 147.08 272.62 238.18 - 100

DQO mg/l 752.33 306.80 318.00 585.67 474.40 - 250

Boro mg/l 0.81 1.27 0.75 1.00 1.11 - -

VARIABLE UNIDAD CABECERAS CANTONALES NORMATIVA DE CALIDAD



AMBIENTAL DEL MINISTERIO DE MEDIO

AMBIENTE ECUADOR 2002: RECURSO AGUA

CELICA GONZANAMÁ OLMEDO ZAPOTILLO PINDAL

CRITERIOS DE CALIDAD

ADMISIBLE PARA AGUAS DE USO

AGRÍCOLA

LÍMITES DE DESCARGA A UN CUERPO

DE AGUA DULCE


Coliformes Totales ufc/100ml 8.37E+07 4.87E+07 6.92E+07 3.35E+08 7.40E+07 - -

Coliformes Fecales ufc/100ml 4.04E+07 2.83E+07 9.00E+07 8.15E+07 5.10E+07 - -

Escherichia. Coli ufc/100ml 3.50E+07 2.92E+07 8.35E+08 4.00E+07 3.59E+07 - -

METALES PESADOS

Cobre mg/l 0.11 0.00 0.006 0.04 0.190 2.0 1.0

Hierro mg/l 1.03 0.80 0.739 0.73 2.013 5.0 10

Plomo mg/l 0.06 0.05 0.018 0.02 0.032 0.05 0.2

Manganeso mg/l 0.06 0.14 0.051 0.05 0.325 0.2 2

Mercurio mg/l 0.00 0.00 0.008 0.02 0.024 0.001 0.005

Zinc mg/l 0.19 0.14 5.89 0.06 0.396 2.0 5

PESTICIDAS ORGANOCLORADOS

Aldrin mg/l 4.79E-03 8.35E-03 8.22E-03 5.17E-03 5.34E-03

0.2 0.05

Alfa HCH mg/l 3.00E-03 7.60E-03 3.32E-03 3.24E-02 9.00E-03

Beta HCH mg/l 2.45E-03 3.20E-03 5.45E-05 1.77E-04 4.05E-03

Delta HCH mg/l 8.59E-04 3.40E-03 - 2.72E-03 4.10E-03

HCH mg/l 4.50E-03 - 2.71E-03 1.50E-04 -

Beta endosulfan mg/l 5.32E-04 - - 1.77E-04 -

Dieldrin mg/l 4.11E-04 9.20E-03 5.12E-04 4.16E-04 3.60E-05

Endrin mg/l 4.93E-04 3.27E-03 2.22E-03 1.23E-03 4.56E-06

Heptacloro mg/l 5.74E-03 1.85E-02 3.57E-05 2.19E-04 4.74E-03

Metoxicloro mg/l 8.07E-04 6.04E-03 1.94E-04 9.55E-03 3.50E-04

Mixer mg/l 8.60E-04 5.95E-03 4.97E-04 2.52E-03 -

2-4 DDE mg/l 1.07E-03 1.66E-02 - - 1.10E-03

2-4 DDT mg/l 3.93E-04 5.80E-03 - 1.31E-05 6.50E-04

4-4 DDE mg/l 9.28E-04 - - - 0.00E-00

4-4 DDT mg/l 5.98E-04 5.30E-03 6.11E-06 2.15E-04 3.37E-03

GAMA HCH mg/l - 7.70E-03 - - -

ALFA ENDOSULFAN mg/l - - 4.41E-05 3.99E-05 -

PESTICIDAS ORGANOFOSFORADOS

Azinfos etil mg/l 2.98E-02 2.99E-03 5.77E-03 1.55E-02 3.43E-03

0.1 0.1

Azinfos metil mg/l 4.36E-02 - 3.31E-03 1.62E-02 5.49E-03

Carbofenotion mg/l 4.60E-03 2.60E-03 3.64E-03 1.87E-03 5.08E-04

Clorpirifos metil mg/l 1.96E-02 3.98E-03 6.93E-03 4.04E-03 6.57E-03

Ethion mg/l 2.14E-03 3.81E-03 2.32E-03 3.60E-03 6.55E-03

Pirazofos mg/l 1.55E-01 - 2.89E-02 3.81E-02 3.46E-02

Pirimifos metil mg/l 3.41E-05 - - - 5.55E-04

Tetraclorvinfos mg/l 3.04E-03 2.84E-04 8.60E-03 1.31E-03 7.64E-04

Fuente: El Autor



1.4 CARACTERIZACIÓN DE SUELO

La eliminación de los componentes dañinos de las aguas residuales urbanas mediante

métodos naturales aplicados sobre el terreno, han sido un medio de depuración adoptado con el fin de reutilizar el agua y el contenido de nutrientes para riego. Por tanto, el suelo debe estar en condiciones de poder receptar la cantidad y el contenido de contaminantes del agua residual, por esta razón se ha realizado la caracterización física, química e hidráulicas del suelo, definiendo el tipo de suelo, textura, componentes químicos, profundidad del nivel freático y capacidad hidráulica (permeabilidad) que permitan establecer si el terreno disponible es apropiado o no, para cumplir con el objetivo propuesto.

1.4.1 Toma de muestras El proceso de muestreo incluye la toma del material que forma el suelo que sea representativa

de manera que tenga en cuenta la variabilidad del mismo, el manejo, transporte y tratamiento de la muestra y, la toma de fracciones para las determinaciones analíticas concretas. Por tanto, el muestreo de un suelo es la etapa previa al análisis y determinación en laboratorio de los parámetros de caracterización física, química e hidráulica.

Con toda la información recopilada es posible definir los puntos de muestreo localizándose con

exactitud e identificándolos perfectamente además de prepararlos. El muestreo realizado se efectuó por estratos hasta llegar al nivel freático, tomando un número de muestras proporcional al área que represente al total.

a. Método de muestreo y número de muestras Para realizar el muestreo de suelos es necesario hacer un reconocimiento de la zona de

estudio para establecer el área de terreno disponible para el tratamiento de las aguas residuales, y las condiciones de la propia zona.

El muestreo será compuesto, mezclando submuestras tomadas en un área determinada para

obtener una sola muestra que represente al total. Pudiéndose tomar las muestras cada 20 metros en zig-zag, cubriendo toda el área de terreno.

El número de muestras a tomar por hectárea de terreno es de 3 a 4 submuestras, y

dependiendo de la homogeneidad del terreno, se puede tomar el mismo número de submuestras hasta para 5 hectáreas.

b. Aspectos de la toma de muestras

En la tabla 4-A se describen algunos aspectos a considerar en el proceso de toma de muestras para ensayos físicos y químicos de suelos.



Tabla 4-A. Aspectos para la toma de muestras de suelos

ITEM MUESTREO ENSAYOS FÍSICOS MUESTREO PARA ENSAYOS QUÍMICOS

Tipo de Muestra Alteradas o Inalteradas Inalterada

Numero de muestras Una por cada estrato de suelo Una por cada estrato de suelo

Tamaño de la muestra Cubo de 20 cm de arista de 2 kg Cubo de 20 cm de arista de 2 kg para suelos finos

Método de muestreo Perforación manual Calicatas Calicatas

Identificación de la muestra

Nombre del propietario o razón social Lugar de toma de muestra Número de muestra Condiciones de Humedad Extensión del terreno Fecha Observaciones

Preservación de la muestra Utilizar fundas plásticas color negro

Colocar una capa de parafina a la muestra y colocarla en fundas plásticas color negro

Norma ASTM D

Fuente: El Autor



Figura 2-A. Toma de muestras en campo y análisis en laboratorio

1.4.2 Parámetros físicos-químicos e hidráulicos

Para cada uno de los parámetros utilizados en la caracterización física, química e hidráulica del suelo se han realizado los ensayos basados en las Normas y métodos que se presentan en la tabla 5-A.



Tabla 5-A. Ensayos físicos, químicos e hidráulicos del suelo con la norma o método de ensayo

ENSAYOS FÍSICOS

ENSAYO NORMA

Límite Líquido ASTM D 4318

Límite plástico ASTM D 4318

Granulometría ASTM D 422

Textura MTC 109 basado en: ASTM D 422 – AASHTO T 88

ENSAYOS QUÍMICOS

pH Relación suelo: Agua 1:2:5

Materia Orgánica y Nitrógeno Total Walkley Black- titulación con sulfato ferroso amoniacal y

Fósforo y Potasio Asimilables Colorimétrico

Calcio, Magnesio y Microelementos

Espectrofotometría de Absorción Atómica

Capacidad de Intercambio Catiónico Extracción con acetato de amonio pH 7, lavado con alcohol

ENSAYOS HIDRÁULICOS

Permeabilidad ASTM D 2434-68

Fuente: El Autor

1.4.3 Resultados de la caracterización física-química e hidráulica La caracterización física del suelo nos orienta a la selección de la tecnología de tratamiento de

las aguas residuales, definiéndose el tipo de suelo en cada zona de estudio, a través de la clasificación del suelo por el método SUCS Norma ASTM D2487. Los resultados se encuentran en la Tabla 6. En el Anexo 1-A encontraremos los resultados de laboratorio de cada ensayo.

Tabla 6-A. Caracterización física del suelo

CANTÓN PROFUNDIDAD (m) LP LL IP W (%) IG

CLASIFICACIÓN TEXTURA

SUCS

CELICA 0 a 0.40 32 54 22 51 16 OH Ac

GONZÁNAMA 0 a 2.10 31 63 32 33 33 CH Ac

OLMEDO 1.60 a 3.80 24 33 9 13 3 GC Fo-Ao-Ac

ZAPOTILLO 0 – 2.50 m 12 24 12 6 - GC Fo-Ao

PINDAL 0 a 2.50 22 44 22 28 14 CH Ac

LP: Límite Plástico; LL: Límite Líquido; IP: índice de Plasticidad; W: Contenido de Humedad; IG:Índice de Grupo; SUCS: Sistema Unificado de Clasificación de suelos.

OH: Arcilla Orgánica; CH: Arcilla de Alta Plasticidad; GC: Grava Arcillosa

Ac: Arcilloso; Fo-Ao-Ac: Franco Arenoso Arcilloso; Fo-Ao: Franco Arenoso.

Fuente: El Autor

La caracterización química del suelo consiste en conocer cuáles son los componentes químicos del suelo como macro y micronutrientes, materia orgánica, y capacidad de intercambio catiónico, de esta manera podremos conocer, si el suelo sobre el que se realizará el tratamiento está contaminado, y las posibles reacciones que se producen en el suelo al descargar el agua residual.



En la tabla 7-A se presentan los resultados de los ensayos de caracterización química del

suelo de la zona en estudio. Los resultados se presentan por cada estrato encontrado hasta llegar al nivel freático o en su defecto hasta 3 metros de profundidad, adecuada para nuestra investigación.

Tabla 7-A. Resultados de los ensayos químicos del suelo

CANTÓN CELICA GONZÁNAMA OLMEDO ZAPOTILLO PINDAL

Variable Unidad 1 M 2M 3M 1 M 2M 3M 1 M 2M 3M 1 M 2M 1 M 2M

Prof

undi

dad

m

0 a

0.40

0.40

a 0

.70

0.70

a 1

.50

0 a

0.70

0.7

a 1.

2

1.2

a 1.

8

0 a

0.60

0.60

a 1

.60

1.60

a 3

.50

0 a

0.30

0.30

a 0

.70

0 a

0.30

0.30

a 0

.70

pH Adimensional 4,08 7,01 6,66 6,44 6,08 6,15 6,07 6,5 6,12 7,93 8,1 7,19 6,89

M.O. % 0.24 0.04 0.03 1.54 0.28 0.33 1.57 0.10 0.64 0.48 0.65 1.57 2.49

N Total % 0.24 0.04 vestg 0.08 0.01 0.02 0.08 vestg 0.03 0.02 0.03 0.08 0.12

P ppm 1.8 vestg 2.1 1.7 1.8 1.7 2.4 vestg vestg 2.8 vestg 11.3 14.9

K cmol/kg 0.25 0.20 0.20 0.25 0.15 0.20 0.15 0.25 0.20 0.20 0.15 0.30 0.20

Ca cmol/kg 11.5 8 9 11.8 8.4 10.65 9.2 2.65 4 9.35 7.85 2.14 14.9

Mg cmol/kg 3.29 3.21 2.8 32.8 7 15.64 3.05 2.30 1.81 2.14 0.91 6 4.03

Fe ppm 113.8 49 53.8 36.7 28.6 32.4 42.8 28.8 26 22.8 13 15.1 53.7

Mn ppm 6 15.8 20.6 7 9.4 9 6 4.5 7.7 2.8 3.5 4.7 4.8

Cu ppm 9.3 5 6.2 4.2 5 5 12.4 5.4 9.4 3.7 3 2.4 6.3

Zn ppm 5.8 2 2.2 2.8 4 3.6 2.6 3.6 2.8 1.6 2.3 2.1 5.7

B ppm 0.16 0.16 0.20 0.18 0.18 0.20 0.25 0.16 0.31 0.29 0.20 0.62 0.20

C.I.C Meq/100 35 30.2 29 26.7 28.3 28.3 21 20.9 17.9 20.4 18 35.2 32

C.E. dS/m 0.22 0.15 0.84 0.14 0.13 0.09 0.25 0.16 0.31 0.26 0.19 0.32 0.17

M.O.: Materia Orgánica; N Total: Nitrógeno Total; P: Fósforo; K: Potasio; Ca: Calcio; Mg: Magnesio; Fe: Hierro; Mn: Manganeso; Cu: Cobre; Zn: Zinc; B: Boro; C.I.C: Capacidad de Intercambio Catiónico; C.E.: Conductividad Eléctrica.

Fuente: El Autor

Mediante la utilización de las tablas 8-A, 9-A, 10-A otorgadas por los laboratorios de suelos de la Agencia Ecuatoriana de aseguramiento de la calidad del Agro AGROCALIDAD- estación Tumbaco y la experiencia de diferentes autores, podemos obtener la caracterización química del suelo conociendo si la concentración de cada parámetro evaluado es alta, media o baja. En la tabla 11-A se presenta dicha caracterización.



Tabla 8-A. Interpretación de los rangos de pH y C.E del suelo (Sierra)

pH (Adimensional) C. E (dS/m)

Acido 5,5 No salinos < 2

Ligeramente ácido 5,6 -6,4 Ligeramente Salinos 2 – 3

Prácticamente Neutro 6,5 – 7,5 Salinos 3– 4

Ligeramente alcalino 7,6 – 8,0 Muy Salinos 4 - 8

Fuente: Laboratorio de Suelos de la Agencia Ecuatoriana de aseguramiento de la calidad del Agro AGROCALIDAD- estación Tumbaco

Tabla 9-A. Interpretación de los rangos de concentraciones de los componentes químicos del suelo (Sierra)

CO

NC

ENTR

AC

IÓN M. O. N P K Ca Mg Fe Mn Cu Zn B

% % ppm cmol/kg cmol/kg cmol/kg ppm ppm ppm ppm ppm

Bajo 0-2 0-0,15 0-10 < 0,2 < 1 < 0,33 0-20 0-5 0-1 0-3 < 1

Medio 2,1-4 0,16-0,3 11-20 0,2-0,38 1,0 -3,0 0,34-0,66 21-40 6-15 1,1 – 4 3.1 – 6 1-2

Alta >4,1 >0,31 >21 > 0,4 > 3 > 0,66 > 41 > 16 > 4,1 >6,1 > 2

M.O.: Materia Orgánica; N Total: Nitrógeno Total; P: Fósforo; K: Potasio; Ca: Calcio; Mg: Magnesio; Fe: Hierro; Mn: Manganeso; Cu: Cobre; Zn: Zinc; B: Boro

Fuente: Laboratorio de Suelos de la Agencia Ecuatoriana de aseguramiento de la calidad del Agro AGROCALIDAD- estación Tumbaco

Tabla 10-A. Interpretación de los rangos de CIC

CIC (Meq/100)

Adsorción limitada (Suelos Arenosos) 1 - 10

Adsorción moderada (Marga Limosa) 12 -20

Adsorción alta (Arcillas y Suelos Orgánicos)

>20

Fuente: Romero R., (1999)

La tabla 11-A contiene los resultados de la caracterización química del suelo, en función de los parámetros analizados anteriormente.



Tabla 11-A. Caracterización química del suelo


VARIABLE UNIDAD

Profundidad m 0 - 1,50 0 - 1,80 0 – 3,50 0 - 0.70 0 - 0.70

pH Adimensional Prácticamente neutro

Ligeramente ácido

Ligeramente ácido Alcalino Prácticamente

neutron

M.O. % Bajo Bajo Bajo Bajo Medio

N Total % Bajo Bajo bajo bajo Bajo

P ppm Bajo Bajo Bajo Bajo Medio

K cmol/kg Medio Medio Medio Bajo Medio

Ca cmol/kg Alta Alta Alta Alta Alta

Mg cmol/kg Alta Alta Alta Alta Alta

Fe ppm Alta Media Media Baja Alta

Mn ppm Media Media Media Baja Baja

Cu ppm Alta Alta Alta Media Alta

Zn ppm Baja Baja baja baja Media

B ppm Baja Baja Baja Baja Baja

C.I.C Meq/100 Adsorción Alta Adsorción Alta Adsorción Moderada

Adsorción Moderada

Adsorción Alta

C.E. dS/m No Salinos No Salinos No salinos No salinos No salinos

M.O.: Materia Orgánica; N Total: Nitrógeno Total; P: Fósforo; K: Potasio; Ca: Calcio; Mg: Magnesio; Fe: Hierro; Mn: Manganeso; Cu: Cobre; Zn: Zinc; B: Boro; C.I.C: Capacidad de Intercambio Catiónico;

C.E.: Conductividad Eléctrica.

Fuente: El Autor

La caracterización hidráulica consistió en realizar ensayos de permeabilidad para medir la capacidad de infiltración que tiene el suelo, tanto en campo como en laboratorio. Así como también, la determinación de la profundidad del nivel freático que influye en la elección de la alternativa de tratamiento. En la tabla 12-A se presenta la caracterización hidráulica del suelo.

Tabla 12-A. Caracterización hidráulica del suelo


PARÁMETRO UNIDAD

Permeabilidad en Laboratorio mm/h

9,72 E-03 Suelos

prácticamente impermeable

4,61 E-02 Suelo


2,14 E-03 Suelo

permeabilidad moderada

3,6 E-03 Suelo

permeabilidad alta

5,22 E-07 Suelo


Velocidad de infiltración mm/h 4,1 3,25 19,8 585 1,01

Profundidad del nivel freático m 2 >3 3,8 3 >3

Fuente: El Autor



1.5 CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA

Dentro de los factores climáticos que influyen en la eficiencia del proceso depurador de aguas residuales domésticas, se estudian fundamentalmente: precipitaciones, temperatura, vientos y evapotranspiración, y balance hídrico.

La información referente a registros de datos climatológicos se encuentra disponible en el

Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) del Ecuador, para las estaciones climatológicas cercanas a nuestras zonas de estudio. Con lo cual empleando métodos hidrológicos y estadísticos se podrá llegar a obtener precipitaciones medias mensuales, temperaturas medias mensuales, velocidad del viento media mensual, intensidad del viento, evapotranspiración media mensual.

Para la zona de estudio, en los cantones de Zapotillo, Celica y Gonzanamá, se cuenta con

estaciones del INAMHI por lo que se han tomado directamente los datos de precipitación, temperatura, velocidad de viento y se ha trabajado con datos historiados de 30 años.

En cambio, en los cantones de Olmedo y Pindal al no disponer de estaciones meteorológicas

del INAMHI, se han tomado las estaciones más cercanas en las que las características climatológicas sean similares, y en base a estos datos historiados se han generado los datos de precipitación utilizando el método de Inverse Distance Weight. Para determinar la temperatura se ha trabajado con el método estadístico de regresión lineal relacionando las variables altitud-temperatura. Para encontrar los valores de la velocidad del viento, utilizando este mismo método se relacionaron la temperatura encontrada con el viento.

En cuanto a la evapotranspiración se ha calculado empleando el método de Thornwhite, para

todas las zonas de estudio.

1.5.1 Precipitación

La precipitación es un aporte más a la balsa de infiltración, por ello es necesario contar con una descripción, tanto de las precipitaciones máximas, mínimas y medias mensuales, para cada año tipo, como de su distribución mensual.

La generación de datos de Precipitación se realiza por el método Inverse Distance Weigth, cuya metodología de cálculo permite partir con datos de precipitación en estaciones aledañas a la de interés. (Aparicio, 1992).

Como procedimiento de cálculo se indica el siguiente:

− Contar con los datos de precipitación mensual de las estaciones base. (Serie de datos meteorológicos de precipitación mensual de las estaciones base)

− Determinar la distancia comprendida entre la estación en estudio, mediante las coordenadas geográficas.

− Aplicar el Teorema del Método Inverse Distance Weight (Distancia Inversa al Cuadrado).

23

22

21

23

322

221

1

mx

d1

d1

d1

dPm

dPm

dPm

P++

++=



Donde:

*Pm1, Pm2, Pm3: Precipitación media de la estación en cada mes.

*d1, d2, d3: Distancia desde cada estación a la estación base.

*Pmx: Precipitación mensual en la estación base.

Los datos en las estaciones meteorológicas base deben corresponder al mismo periodo de tiempo, y los datos que genera pertenecen a este mismo periodo.

1.5.2 Temperatura

Los datos de temperatura son de vital importancia, ya que afectan directamente en todos los procesos, así pues condiciona la actividad microbiana, y en los sistemas donde se utilice vegetación, la elección de las mismas.

Para determinar los datos de Temperatura, con los valores medios de temperatura en cada

estación, se realiza una regresión lineal (Método de Mínimos Cuadrados). Considerando como variable independiente a la elevación por la relación directa, existente entre la elevación de un lugar y su temperatura. Al aplicar este método, se obtendrá una estimación de la temperatura por mes al año.

Procedimiento de cálculo:

− Para el cálculo, los valores en “x” están dados por la elevación de cada estación y los valores en “y” por la temperatura media.

− Con estos datos preliminares se procedió a determinar la ecuación de regresión lineal para cada mes, considerando también la elevación en la zona de estudio.

− El procedimiento de cálculo es en base al método de Mínimos Cuadrados, cuyos teoremas se exponen a continuación.

Donde:

x= Elevación en cada estación.

y= Temperatura media en cada estación.

n= Número de datos.

SCxy, SCy= Desviación Estándar.

=YX , Media aritmética.

Los valores de βo y β1, son propios para cada mes, por lo tanto la ecuación de regresión final cambia para cada mes, y el valor de “x” en esta ecuación, corresponde a la elevación en la zona de estudio.

( )

( )( )∑ ∑∑∑ ∑

−=

−=

NYX

XYSCxy

NX

XSCx2

2

NX

X

NY

Y

∑

∑

=

=

X*βYβSCx

SCxyβ

10

1

ˆˆ

ˆ

−=

=

x1βoβy Lineal Regresión de Ecuación ˆˆ +=⇒



a

ITj10Ka1.6Vj

=

1.5.3 Vientos El viento es un factor climatológico muy importante que junto a la temperatura influye en la

posible generación de malos olores desde la planta de tratamiento a las viviendas más cercanas. Por tanto, en lo posible habrá que evitar situar las balsas en lugares azotados por el viento. En el caso, poco frecuente, de aplicar el agua mediante aspersores es necesario evitar que el viento pueda arrastrar partículas de agua hacia la población o zonas de cultivo de consumo directo.

Para determinar los datos de la velocidad del viento, se utilizó el Método de Mínimos

Cuadrados, mediante el cual se obtendrá una estimación de la velocidad del viento por cada mes al año.

Para el cálculo, los valores de “x” están dados por la Temperatura del cantón y de las estaciones base y los valores en “y” por la velocidad del viento en las estaciones base.

1.5.4 Evapotranspiración

Es un factor relevante para el diseño, proporcionando la información necesaria para conocer la pérdida de agua en la superficie cubierta completamente de vegetación. La evapotranspiración está constituida por las pérdidas totales, es decir: evaporación de la superficie evaporante (del suelo y agua) más la de transpiración de las plantas.

La evapotranspiración es necesaria para realizar el balance total de agua en las balsas,

aunque se pueden emplear métodos empíricos, el más común en el Ecuador es el de Thornthwaite (Aparicio, 2000), usado en este estudio. En este caso son necesarios los datos de temperatura media mensual para realizar su cálculo. Se determina el uso consuntivo mensual como una función de las temperaturas medias mensuales mediante la fórmula:

Donde:

Vj: Uso consuntivo en cada mes (cm) Tj: Temperatura media en el mes (ºC) Ka: Constante que depende de la latitud y el mes del año. a, I: Constantes.

Tabla: Valores de Ka. Latitud

(grados) Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic.

0 1.04 0.94 1.04 1.01 1.04 1.01 1.04 1.04 1.01 1.04 1.01 1.01

10 1.00 0.91 1.03 1.03 1.08 1.06 1.08 1.07 1.02 1.02 0.98 0.99

20 0.95 0.9 1.03 1.05 1.13 1.11 1.14 1.11 1.02 1 0.93 0.91

30 0.9 0.87 1.03 1.08 1.18 1.17 1.2 1.14 1.03 0.98 0.89 0.88

35 0.87 0.85 1.03 1.09 1.21 1.21 1.23 1.16 1.03 0.97 0.86 0.85

40 0.84 0.83 1.03 1.11 1.24 1.25 1.27 1.18 1.04 0.96 0.83 0.81

45 0.8 0.81 1.02 1.13 1.28 1.29 1.31 1.21 1.04 0.94 0.79 0.75

50 0.74 0.78 1.02 1.15 1.33 1.26 1.37 1.25 1.06 0.92 0.76 0.7

Fuente: Fundamentos de Hidrología de Superficie, Aparicio, 1992.



Para el cálculo de I y a, tenemos:

I = ΣiJ

a = 3.48

1.5.5 Balance Hídrico

La evapotranspiración potencial (ETP) se determina a partir de la temperatura media mensual, corregida según la duración del día; y el exceso o déficit se calcula a partir del balance de vapor de agua, considerando la humedad, que junto con la ETP permite definir los tipos de clima.

Para calcular el Balance Hídrico se debe considerar los siguientes parámetros (CONAMA, 2006):

− Precipitación media mensual del periodo de análisis. − Variación de reservas de humedad en el suelo para determinar el aporte o pérdida de

humedad. − Reserva de agua disponible que indica la cantidad de agua existente en el suelo. − Evaporación efectiva que corresponde al agua evaporada. − Déficit, cantidad de agua necesaria para este proceso. − Excedente, diferencia entre la evapotranspiración y la reserva en el suelo.

A continuación se presenta el proceso de cálculo del Balance Hídrico, CONAMA, 2006:

− Determinación de la Reserva:

( ) ( ) RmaxETPPRR siETPPRR ii1iiii1ii <++<⇒++= −−

( ) RmáxETPPR siRmáxR ii1ii >++⇒= −

( ) 0ETPPR si0R ii1ii <++⇒= − Donde:

Pi = Precipitacion en el mes en que se analiza Ri = Reserva en el mes en que se analiza ETPi = Evapotranspiración en el mes en que se analiza

− Variación de reserva:

1iii VRRVR −−= Donde:

VRi = Variación de la reserva en el mes en que se analiza Ri = Reserva en el mes en que se analiza

514.1

5

=

TjiJ

492.010*17910*77110*675 42739 ++−= −−− IIIa



− Evapotranspiración real:

HúmedoETPETPR ii →=

SecoVRPETPR iii →+= Donde:

ETPRi = Evapotranspiración real en el mes en que se analiza ETPi = Evapotranspiración en el mes en que se analiza Pi = Precipitación en el mes en que se analiza VRi = Variación de la reserva en el mes en que se analiza

− Déficit de agua:

iETPRETPD ii −= Donde:

ETPRi = Evapotranspiración real en el mes en que se analiza ETPi = Evapotranspiración en el mes en que se analiza Di = Déficit de agua en el mes en que se analiza

− Exceso de agua:

[ ]iiii VRETPPEx −−= Si ( ) 0ETPP ii >−

0Exi = Si ( ) 0ETPP ii <−

Donde: Exi = Exceso de agua en el mes en que se analiza Pi = Precipitación en el mes en que se analiza ETPi = Evapotranspiración en el mes en que se analiza VRi = Variacion de la reserva en el mes en que se analiza

La evolución de cada uno de los factores climatológicos se analizó tanto para período de invierno como de verano, considerando las variaciones que se ocasionan en por los cambios estacionales. Los resultados de la caracterización climatológica de cada una de las zonas en estudio se encuentran en la tabla 13-A.



Tabla 13-A. Caracterización climática de las zonas de estudio

Prec

ipita

ción

mm

/mes

63.7

- 32

4.7

3.7

- 28.

0

72.7

- 22

4.0

14.1

- 90

.2

45.1

- 21

8.1

6.3

- 40.

1

22.4

- 26

6.8

0 - 8

.9

60.5

- 31

3.2

3.0

- 22.

0

Tem

pera

tura

°C

19.1

- 19

.5

18.2

- 19

.8

16.5

- 17

.2

17.0

- 17

.2

22.6

- 23

.1

23.0

- 23

.4

26.3

- 27

.5

24.2

- 26

.1

23.7

- 24

.5

22.3

- 23

.8

Vien

to

m/s

2.9

- 4.3

4.2

- 4.9

0.9

- 1.2

1.1

- 2.6

2.9

- 4.3

4.2

- 4.9

2.2

- 5.7

3.0

- 6.3

3.4

- 3.5

3.2

- 3.4

Evap

otra

nspi

raci

ón

mm

/mes

52.3

- 62

.2

59.9

- 62

.6

57.5

- 66

.2

39.4

- 66

.8

83.7

- 95

.8

94.3

- 10

0.1

130.

0 - 1

51.0

102.

1 - 1

27.6

100

- 109

. 3

87.6

- 97

.9

Déf

icit

o se

quía

mm

/mes

0

0 - 5

6.2

0

0 - 4

1.1

0 - 1

1.0

17.1

- 52

.7

0 - 1

23.2

77.4

- 12

7.4

0

30.1

- 43

.9

Exce

so d

e ag

ua

mm

/mes

0 - 2

64.4

0

0 - 1

60.4

0

0 - 1

15.8

0

0 - 2

4.6

0

0 - 1

33.2

0

VAR

IAB

LE

UN

IDA

DES

dici

embr

e-m

ayo

juni

o-no

viem

bre

dici

embr

e-m

ayo

juni

o-no

viem

bre

dici

embr

e-m

ayo

juni

o-no

viem

bre

dici

embr

e-m

ayo

juni

o-no

viem

bre

dici

embr

e-m

ayo

juni

o-no

viem

bre

Invi

erno

Vera

no

Invi

erno

Vera

no

Invi

erno

Vera

no

Invi

erno

Vera

no

Invi

erno

Vera

no

CEL

ICA

GO

NZA

NA

MÁ

OLM

EDO

ZAPO

TILL

O

PIN

DA

L

C A N T Ó N

Fuente: El Autor

1.6 IMPACTO AMBIENTAL

El estudio ambiental es un proceso de estudio sistemático que predice las consecuencias ambientales. Su objetivo consiste en asegurar que se prevea e identifique los riesgos potenciales, así como financiar e incorporar dentro del plan de desarrollo del proyecto las medidas necesarias para evitar, mitigar o compensar daños ambientales.



Por lo tanto, el estudio de impacto ambiental es un instrumento importante en la toma de decisiones, ya que permite alcanzar anticipadamente un conocimiento amplio e integrado de los impactos o incidencias ambientales derivadas de la realización del proyecto y producido por acciones humanas.

Para determinar el impacto ambiental que produce la ejecución de este tipo de proyectos se ha elegido el método de Leopold, ya que es un método muy utilizado para determinar la magnitud e importancia de los impactos ambientales tanto positiva como negativamente.

1.6.1 Método Leopold El modelo propuesto por Leopold consiste en un cuadro de doble entrada (matriz). En las

columnas se consideran las acciones humanas que pueden alterar el sistema, y en las filas los parámetros ambientales que pueden ser afectados.

Los valores de magnitud que se medirán tendrán un rango de 1 al 10, donde el 1 representa la magnitud de menor impacto y el 10 corresponde a magnitud de mayor impacto. Si la magnitud del impacto es positiva se emplea el signo positivo y si el impacto es negativo se emplea el signo negativo. El valor de importancia también se los considera en una escala del 1 al 10, siempre se tomara a la importancia como absoluto o positivo. A partir de estos procedimientos se calculan los promedios positivos y negativos así como la agregación de los impactos, y se cuantificará la acción más beneficiosa y la más dañina.

Los valores de la magnitud e importancia que se asignen a los impactos identificados responden a valores prefijados como los dados en la tabla 14-A asignados por Leopold para mayor facilidad de valoración.

Tabla 14-A. Valoración de la matriz de Leopold

MAGNITUD IMPORTANCIA

Calificación Intensidad Afectación Calificación Duración Influencia

1 Baja Baja 1 Temporal Puntual

2 Baja Media 2 Media Puntual

3 Baja Alta 3 Permanente Puntual

4 Media Baja 4 Temporal Local

5 Media Media 5 Media Local

6 Media Alta 6 Permanente Local

7 Alta Baja 7 Temporal Regional

8 Alta Media 8 Media Regional

9 Alta Alta 9 Permanente Regional

10 Muy Alta Alta 10 Permanente Nacional

Fuente: Martínez, Delgado, 1998.



1.6.2 Área de influencia a. Medio Físico − Caracterización de la zona.- Es el conocimiento del área donde será implantada la planta de

tratamiento obteniendo las características topográficas del terreno, características del suelo y tipo de vegetación.

− Clima.- Se analiza las estaciones climáticas: verano e invierno. Así como las características de temperatura, viento y evapotranspiración.

− Calidad del aire.- Debido a la ausencia de industrias en cada zona de estudio, se concluye que no existen gases tóxicos al ambiente.

− Ruido.- Si la circulación de vehículos es constantes en la planta de tratamiento se considerará la cantidad de ruido en cada zona de estudio.

b. Medio Biótico − Flora.- Los productos que se siembran en la localidad son esencialmente guineo, maíz, frejol y a

menor escala las hortalizas, frutas y otros productos que sirven para consumo interno de cada ciudad.

− Fauna.- La población de cada ciudad generalmente se dedica a la ganadería, crianza de cerdos y aves de corral que sirven de alimento a la parte interna de la ciudad. También existe una gran cantidad de caballos, mulas y asnos que sirven para el trabajo doméstico, como para arado de tierras, transporte de alimentos y personas.

c. Factores culturales − Paisaje.- Durante la construcción de la planta de tratamiento se deberá tomar en cuenta las

medidas necesarias para tratar de no afectar a este factor. Una vez termine la construcción del proyecto, se mejora la imagen del sector de manera que contribuya con la estética del lugar.

− Empleo.- Este aspecto es importante en aspecto económico de la sociedad, ya que la ejecución de estos proyectos incrementa la tasa de empleo en las comunidades.

1.6.3 Acciones y factores ambientales que afectan en la construcción y operación de las plantas de tratamiento

a. Acciones que se tomaran en cuenta en la etapa de construcción

y operación de las plantas de tratamiento

Para el método de Leopold es necesario que se identifiquen las acciones que se llevaran a cabo en la ejecución de la planta de tratamiento y que pueden afectar al medio ambiente. Se detallan en la tabla 15-A:



Tabla 15-A. Descripción de las acciones

DISEÑO Levantamiento topográfico

CONSTRUCCIÓN

Desborde y limpieza Excavación a maquinaria Desalojo del material Transporte del material Ruido y vibraciones Construcción de obras de concreto Implantación de vegetación en balsas

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Inadecuado mantenimiento del sistema Fallas operacionales en el sistema Integración del usuario Mantenimiento adecuado del sistema Reutilización del efluente

ABANDONO Cambio de paisaje Desarrollo de la zona


b. Factores ambientales que pueden ser afectados

De acuerdo a las características de la zona de estudio para la planta de tratamiento se debe considerar los siguientes factores ambientales que pueden ser afectados en la ejecución del proyecto.

Tabla 16-A. Factores ambientales

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS

Tierra Suelos Geomorfología Contaminación del suelo

Agua Descontaminación del agua Recarga cuerpo receptor y riego

Aire

Contaminación del aire Olores Proliferación de vectores Polvo Ruido

CONDICIONES BIOLÓGICAS Flora

Árboles Arbustos Hierbas Cultivos

Fauna Pájaros (aves) Animales terrestres

FACTORES CULTURALES

Uso territorial

Paisaje Agricultura Ganadería

Nivel cultural

Empleo Servicio básico




El nivel de afección de los parámetros ambientales se muestra en las siguientes matrices,

diseñadas con el propósito de medir la magnitud positiva o negativas del impacto ambiental que están produciendo las actividades que se realizan en la ejecución del proyecto.

En la matriz 1-A se tiene la identificación y valoración de los impactos ambientales para los

métodos naturales acuáticos. En la matriz 2-A se tiene la identificación y valoración de los impactos ambientales para los

métodos naturales de infiltración directa en el terreno.



Mat

riz 1

-A. I

dent

ificac

ión y

valor

ación

de im

pacto

s am

bient

ales p

ara m

étod

os ac

uátic

os



Mat

riz 2

-A Id

entif

icació

n y va

lorac

ión de

impa

ctos a

mbie

ntale

s par

a mét

odos

de in

filtra

ción e

n el t

erre

no



1.6.4 Análisis de resultados − De acuerdo a los resultados obtenidos en las matrices, se puede observar que los componentes

ambientales más afectados en la etapa de construcción son:

• El aire en lo referente a su contaminación, olores en un porcentaje medio, polvo y ruido. • La fauna, agricultura y ganadería desarrolladas en el sitio de influencia, tienen una afectación

media. − Los tratamientos naturales de aguas residuales domésticas se diseñan con el propósito de

proteger el ambiente y la salud, por lo tanto, su impacto ambiental es positivo. − Los impactos negativos más importantes de una planta de tratamiento son la presencia de malos

olores y mosquitos. Con frecuencia están ligados a problemas de operación o falta de mantenimiento. Por lo tanto, se requiere un programa regular de control e inspección y de medidas para mitigar estos impactos negativos.

− Es evidente que en la etapa de construcción se produzca la mayor cantidad de impactos negativos sobre el ambiente, entorno y paisaje de la zona. Sin embargo, las afecciones producidas son de carácter transitorio. Así, la población se verá afectada especialmente cuando se realicen las obras físicas como: movimiento de tierras, extracción y transporte de materiales hacia la zona.

− En el proceso de operación y mantenimiento de la planta existirá un alto porcentaje de impactos positivos, que serán beneficiosos para la población en un alto aspecto económico.

− La generación de empleo será un impacto de carácter positivo ya que evidentemente ayuda en gran medida al aspecto económico de la localidad.

− Los impactos positivos son mejorar la calidad de agua, mejora la agricultura y el empleo aumenta.

1.6.5 Medidas de mitigación que se deben tomar en cuenta en la

ejecución del proyecto a. Construcción − “Los impactos que se pueden producir durante esta fase, afectará al suelo, a la vegetación y la

fauna, paisaje y la atmósfera, por tanto hay que tomar una serie de medidas para evitarlos o minimizarlos” (Moreno Merino, 2003).

− Los materiales de construcción y los residuos producidos durante esta fase deben ser colocados en lugares donde no produzcan ningún impacto, ya sea paisajístico o cualquier otro tipo.

− “La pérdida de calidad del aire debido a la presencia de partículas en suspensión como consecuencia del viento y los movimientos de tierras se puede mitigar rociando con agua de la superficie” (Moreno Merino, 2003).

− Al finalizar las obras se deben retirar todos los residuos producidos. − Para evitar el impacto paisajístico, es necesario conseguir que las instalaciones respeten la

mayor parte de los arboles existente. − Es recomendable dar un tratamiento paisajístico al proyecto mediante la colocación de pantallas

vegetales y el ajardinamiento.



b. Operación & Mantenimiento − Evitar la colmatación del lecho de infiltración debido a la deposición de las partículas en

suspensión del agua residual vertida. − “El aporte de nutrientes en forma rápida de nitrógeno, fósforo y potasio mejora la aptitud agrícola

del suelo sobre el que se vierte el agua residual” (Moreno Merino, 2003). Por lo tanto, el reuso del agua es bastante adecuada para riego al tener gran riqueza en nutrientes fácilmente asimilables por las plantas.

− Puede darse efectos sobre la salud humana en algunos casos, sobre todo si no se controla la presencia de insectos que puede proliferar en agua estancada.

− “La producción de malos olores provienen principalmente de la presencia de sulfuro de hidrógeno en el agua residual a su llegada de la planta” (Moreno Merino, 2003).

− Se debe garantizar las buenas condiciones de realización del proceso, así como el cuidado de las instalaciones y el buen manejo de las mismas, lo cual implica el proporciona la formación adecuada al personal encargado del mantenimiento.

− Si existe un buen manejo de la instalación se conseguirá una mayor eficacia del proceso como un menor deterioro y por tanto una disminución de los problemas higiénico-sanitarios.

− Evitar la contaminación de cuerpos de agua superficiales debido al vertimiento directo de las aguas residuales en ríos, lagos, quebradas, etc. De esta manera se reduce significativamente algunos problemas de contaminación ambiental.

− Conservar el suelo por enriquecimiento con humos y prevenir la erosión del suelo. − Recuperar y mejorar las zonas contaminadas mediante riego y la fertilización de bosques o

espacios verdes. c. Abandono − “Una vez finalizado el periodo de vida útil de la instalación, en el suelo quedarán retenidos toda

una serie de compuestos aportados por el agua residual urbana, estos pueden movilizarse al dejar de verterse el agua y variar las condiciones físico-químicas del medio, así como pasar el agua subterránea” (Moreno Merino, 2003). Entonces, para evitar que el agua subterránea sea contaminada, es necesario realizar muestreos periódicos. La duración de estos muestreos será diferente en cada caso porque dependerá del tipo de suelo y el comportamiento de los contaminantes, así como de la profundidad a la que se encuentra el nivel piezométrico.

− Si el terreno va ser utilizado como parcela agrícola será necesario hacer un análisis del suelo para ver en qué condiciones se encuentra para ser utilizado como suelo agrícola.

− Si el suelo no se va utilizar como agrícola se debe revegetar la zona con vegetación natural. 1.7 DISEÑO DE LAS TECNOLOGÍAS

En este apartado se presentan los parámetros de diseño, el procedimiento de cálculo y las dimensiones de cada una de las plantas depuradoras correspondientes a los tratamientos naturales propuestos con anterioridad, como respaldo de los planos que se encuentran en el Anexo 2-A.

1.7.1 Infiltración rápida (IR)

En la tabla 17-A se presentan los parámetros de diseño del cantón Zapotillo en lo referente a población, periodo de diseño, Caudal de diseño, composición del agua residual, temperatura del agua residual, características del suelo y el terreno, parámetros climatológicos como precipitación y



evapotranspiración. Estos datos permiten realizar el respectivo diseño tanto del pretratamiento como del tratamiento natural.

Tabla 17-A. Parámetros de diseño IR

DATOS DE DISEÑO

Descripción Unidad Valor Población de diseño hab 2683 Período de diseño años 10 Caudal máximo diario l/s 8,12 Caudal medio diario l/s 5,17 Dotación media futura l/ hab/día 145 Coeficiente de retorno - 0.8

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL URBANA DBO5 mg/l 272.6 SST mg/l 131.5 DQO mg/l 585.7 Grasas mg/l 71.7 pH - 7.31 Sólidos disueltos mg/l 472.8 Sólidos totales mg/l 961.3 Nitrógeno Orgánico mg/l 24.5 Nitrógeno Amoniacal mg/l 44.52 Nitrógeno de nitrato mg/l 4.1 Nitrógeno de nitrito mg/l 0.18 Fósforo Orgánico mg/l 0.74 Cloruro mg/l 30.5 Fósforo Inorgánico mg/l 5.94 C.O.T. mg/l 181.2 Temperatura máxima OC 31.2

CARACTERÍSTICAS DEL SUELO Permeabilidad mm/h 0.366 Porosidad % 60 Densidad total % 1.588 pH - 8.0 Materia Orgánica % 0.55 Nitrógeno total % 0.03 Fósforo ppm 2.8 Nivel freático m 1.7

CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS Evapotranspiración mm/mes 28.1 Precipitación mm/mes 60.5 Temperatura OC 22-27 Viento Km/h 4.03

Fuente: El Autor El procedimiento de cálculo para el pretratamiento y el sistema de infiltración rápida se

presenta en el Anexo Nro. 1-A. Así también en la tabla 18-A se tiene las dimensiones de cada unidad del sistema depurador.



Tabla 18-A. Dimensiones del tratamiento de IR

PRETRATAMIENTO INFILTRACIÓN RÁPIDA C

AN

AL

DE

LLEG

AD

A Ancho del canal m 0,7

TRA

TAM

IEN

TO

Área total ha 2,85 Calado del canal a caudal máximo m 0,008 Número de balsas u 4

Calado del canal a caudal medio m 0,006 Área de cada balsa m2 7130,8

Altura del canal m 0,4 Altura de la fosa m 2 Longitud del canal m 0,9 Altura de la berna m 2,3

Ancho del canal m 1,2 Período de aplicación días 2,0

CA

NA

L D

E C

RIB

AD

O

Ancho del canal en la zona de rejillas m 0,01 Período de secado días 6,0

Anchura de las barras m 0,1 Diámetro de la tubería mm 110

Separación útil entre barras m 0,25 Área por habitante m2/hab 9,4

Longitud m 2,5 Sistema de distribución

Tubería perforada

Ancho del canal de entrada m 0,007

TAN

QU

E D

E A

LMA

CEN

AM

IEN

TO

Base m 2,0

Número de barras u 28 Longitud m 4,0

DES

AR

ENA

DO

R Ancho m 1,8 Altura m 0,8

Altura de sedimentación m 0,2 Fuente: El Autor

Altura de cada cámara m 1,0 Altura total m 1,2 Longitud total m 3,5

DES

ENG

RA

SAD

OR

Base m 2,0

Longitud m 3,0

Altura m 1,4

1.7.2 Infiltración lenta (IL)

Los datos de entrada para el diseño del pretratamiento y tratamiento por infiltración lenta se presentan en la tabla 19-A. Estos datos hacen referencia a población, periodo de diseño, Caudal de diseño, composición del agua residual, temperatura del agua residual, características del suelo y el terreno, parámetros climatológicos como precipitación y evapotranspiración.



Tabla 19-A. Parámetros de diseño IL

DATOS DE DISEÑO

Descripción Unidades Valor

Población de diseño hab 841

Período de diseño años 10

Caudal máximo diario l/s 3.55

Caudal medio diario l/s 2.22

Dotación media futura l/ hab/día 100

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL URBANA

DBO5 mg/l 137.7

SST mg/l 58.5

DQO mg/l 300.3

Grasas mg/l 70.3

Sólidos disueltos mg/l 205.1

Sólidos totales mg/l 465.3

Nitrógeno Orgánico mg/l 18.2

Nitrógeno Amoniacal mg/l 13.1

Nitrógeno de nitrato mg/l 1.65

Nitrógeno de nitrito mg/l 0.26

Fósforo Orgánico mg/l 1.03

Fósforo Inorgánico mg/l 2.48

Temperatura máxima OC 22.6

CARACTERÍSTICAS DEL SUELO

Permeabilidad mm/h 10.2

Densidad total % 2.06

pH adimensional 6.23

Materia Orgánica % 0.75

Nitrógeno total % 0.05

Fósforo ppm 2.4

Nivel freático m 3.8

CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS

Evapotranspiración mm/mes 94.2

Precipitación mm/mes 73.5

Temperatura OC 23.0

Viento m/s 3.9

Las dimensiones de la planta de tratamiento por la tecnología de infiltración lenta se muestran en la tabla 20-A, en ella se detalla las dimensiones de cada unidad del sistema de acuerdo al plano de la tecnología indicada, presentado en el Anexo Nro. 2-A.



Tabla 20-A. Dimensiones de IL

PRETRATAMIENTO INFILTRACIÓN LENTA C

AJÓ

N D

E LL

EGA

DA

Ancho de cajón m 0,8

ITR

ATA

MIE

NTO

Área total ha 1,8 Longitud del canal m 0,8 Altura de surco m 0,1

5 Altura del canal m 0,8 Período de

aplicación días 7

CA

NA

L D

E EN

TRA

DA

Ancho del canal m 0,3 Área por habitante

m2/hab

21,5

Calado del canal a caudal máximo m 0,016 Sistema de

distribución Surco

s

Calado del canal a caudal medio m 1,2

TAN

QU

E D

E A

LMA

CEN

AM

IEN

TO

Base m 2,5

Altura del canal m 0,5 Longitud m 4

Longitud del canal m 1,1 Altura m 1

CA

NA

L D

E C

RIB

AD

O Ancho del canal de

entrada m 0,4 Fuente: El Autor

Ancho de las barras m 0,1 Separación útil entre barras m 0,25 Longitud m 1,0 Ancho del canal de entrada m 0,30 Número de barras u 11

DES

AR

ENA

DO

R Ancho del desarenador m 0,9

Altura m 0,3 Altura de sedimentación m 0,2 Altura total del desarenador m 0,5 Longitud total del desarenador m 2,0

DES

ENG

RA

SAD

OR

Base m 1,0

Longitud m 2,0

Altura m 1,0

1.7.3 Escorrentía superficial (ES)

El diseño del pretratamiento y tratamiento biológico de la planta depuradora de aguas

residuales por la tecnología de Escorrentía Superficial se ha realizado en base a los resultados de los estudios realizados en el cantón Celica. Por tanto en la tabla 21-A se presentan los parámetros de diseño referentes a población, periodo de diseño, caudal de diseño, composición del agua residual, temperatura del agua residual, características del suelo y el terreno, parámetros climatológicos como precipitación y evapotranspiración.



Tabla 21-A. Parámetros de diseño ES DATOS DE DISEÑO

Descripción Unidades Valor Población de diseño hab 4984 Caudal máximo diario l/s 8,66 Caudal medio diario l/s 6,42 Dotación media futura l/ hab/día 100 Coeficiente de retorno 0.8

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL URBANA DBO5 mg/l 334,67 SS mg/l 163,83 DQO mg/l 752,33 Grasas mg/l 60,33 pH Adimensional 7.73 Sólidos disueltos mg/l 404 Sólidos totales mg/l 726,50 Nitrógeno Orgánico mg/l 44,84 Nitrógeno Amoniacal mg/l 44,17 Nitrógeno de nitrato mg/l 3,59 Nitrógeno de nitrito mg/l 0,41 Cloruro mg/l 80,50 Fósforo Orgánico mg/l 1.70 Fósforo Inorgánico mg/l 31.50 C.O.T. mg/l 205.73 Temperatura máxima OC 19.68

CARACTERÍSTICAS DEL SUELO Permeabilidad mm/h 0.414 Densidad total % 1.609 pH Adimensional 6.0 Materia Orgánica % 1.85 Nitrógeno total % 0.14 Fósforo ppm 1.9 Nivel freático m >2.5

CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS Evapotranspiración mm/mes 122.8 Precipitación mm/mes 102.6 Temperatura OC 15 Viento Km/h 14.3

Fuente: El Autor

Los resultados del diseño de la planta depuradora por escorrentía superficial se detallan en la tabla 22-A, así mismo, podrá encontrar el plano de este sistema en el Anexo Nro. 2-A.



Tabla 22-A. Dimensiones de ES PRETRATAMIENTO ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

CA

JON

DE

LLEG

AD

A

Ancho m 0,6

TRA

TAM

IEN

TO

Área total ha 1,8 Largo m 0,6 Ancho de vertido ha 0,9 Altura m 0,6 Largo de vertido ha 0,9 Distancia a la pantalla m 0,2 Número de balsas u 2,0

Altura de la pantalla m 0,4 Período de aplicación días 3

Ancho de la pantalla m 0,4 Período de secado días 3

CA

NA

L D

E EN

TRA

DA

Ancho m 0,3 Diámetro de la tubería mm 110

Altura m 0,4 Área por habitante m2/hab 3,6

Longitud m 1,0 Sistema de distribución

Tubería perforada

CA

NA

L D

E C

RIB

AD

O

Separación entre barrotes m 0,25

DES

ENG

RA

SAD

OR

Base m 2,0

Ancho de los barrotes m 0,15 Longitud m 3,0

Ancho en zona de rejillas m 0,5 Altura m 1,0

Número de barras u 12 Fuente: El Autor Longitud de las rejillas m 0,60 Altura m 0,4 Longitud del canal m 1,0

DES

AR

ENA

DO

R

Ancho del canal m 0,4

Altura del canal m 0,4 Longitud del canal m 1,0 Diámetro de la tubería mm 110

DES

ENG

RA

SAD

OR

Base m 1.2

Longitud m 2

Altura m 1.0

1.7.4 Humedales de flujo superficial (HFL)

El diseño del tratamiento y en consideración las características de población, periodo de diseño, caudal de diseño, composición del agua residual, temperatura del agua residual, características del suelo y el terreno, pretratamiento de la planta depuradora de aguas residuales seleccionado para la ciudad de Gonzanamá, tomando parámetros climatológicos como precipitación y evapotranspiración, es un sistema por humedales de flujo superficial. Los parámetros de diseño se presentan en la tabla 23-A.



Tabla 23-A. Parámetros de diseño HFS

DATOS DE DISEÑO

Descripción Unidad Valor


Índice de crecimiento % 1

Período de diseño años 20

Caudal máximo diario l/s 10

Caudal medio diario l/s 7



DBO5 mg/l 140

SST mg/l 349.3

Grasas mg/l 64

Nitrógeno total mg/l 50.73

Fósforo mg/l 2.56

Temperatura máxima OC 25

Temperatura mínima OC 18.4



Textura Adimensional Fina

Tipo de suelo Adimensional Arcilloso

pH Adimensional Ligeramente ácido

Materia Orgánica Adimensional Bajo

Nitrógeno total Adimensional Bajo

Fósforo Adimensional Bajo

Nivel freático m >3


Evapotranspiración mm/mes 57.5 – 66.8

Precipitación mm/

70 - 224

Temperatura OC 16 – 17.5

Viento m/s 1 – 2.55

Fuente: El Autor

Los resultados del diseño de la planta depuradora aplicando un humedal de flujo superficial

se muestran en la tabla 24-A, así mismo, podrá encontrar el plano de este sistema en el Anexo Nro. 2-A.



Tabla 24-A. Dimensiones de HFS

PRETRATAMIENTO HUMEDAL DE FLUJO SUPERFICIAL C

AN

AL

DE

ENTR

AD

A


TRA

TAM

IEN

TO

Área tota ha 0,62 Calado del canal a caudal máximo m 0,023 Número de balsas u 4

Calado del canal a caudal medio m 0,018 Área de cada balsa m2 1555

Altura del canal m 0,4 Profundidad m 0,7 Longitud del canal m 1,0 Ancho m 30

CA

NA

L D

E C

RIB

ADO

Ancho del canal de entrada m 0,45 Largo m 52 Ancho de las barras m 0,10 Período de retención días 4

Separación útil entre barras m 0,25 Diámetro de la tubería mm 110

Longitud m 0,5 Área por habitante m2/ hab 2,5

Número de barras u 12 Sistema de distribución

Tubería PVC

DES

AR

ENA

DO

R Ancho del desarenador m 0,4 Fuente: El Autor

Altura m 0,4 Altura de sedimentación m 0,2 Longitud total del desarenador m 5,0

DES

ENG

RA

SAD

OR

Base m 0,9

Longitud m 2,0 Altura m 1,0

1.7.5 Humedales de flujo subsuperficial (HSS)

En la tabla 25-A se presentan los parámetros de diseño del cantón Pindal en lo referente a población, periodo de diseño, caudal de diseño, composición del agua residual, temperatura del agua residual, características del suelo y el terreno, parámetros climatológicos como precipitación y evapotranspiración. Estos datos permiten realizar el respectivo diseño tanto del pretratamiento como del tratamiento natural.

El procedimiento de cálculo de este tratamiento se presenta en el Anexo Nro. 1-A.



Tabla 25-A. Parámetros de diseño HSS

DATOS DE DISEÑO

Descripción Unidades


Caudal máximo diario l/s 9.72

Caudal medio diario l/s 5,16


Coeficiente de retorno 0.8


DBO5 mg/l 238.18

SS mg/l 110.60

DQO mg/l 474.40

Grasas mg/l 49.80

pH Adimensional 7.43

Sólidos disueltos mg/l 279.13

Sólidos totales mg/l 676

Nitrógeno Orgánico mg/l 24.51

Nitrógeno Amoniacal mg/l 26.54

Nitrógeno de nitrato mg/l 2.31

Nitrógeno de nitrito mg/l 0.76

Cloruro mg/l 76.90

Fósforo Orgánico mg/l 1.37

Fósforo Inorgánico mg/l 3.94

C.O.T. mg/l 190.48

Temperatura máxima OC 23.8



Porosidad % 60

Densidad total % 1.725

Ph Adimensional 7.19

Materia Orgánica % 2.49

Nitrógeno total % 0.12

Fósforo ppm 14.9

Nivel freático m › 3

CLIMA

Evapotranspiración mm/

99.3

Precipitación mm/

61.50

Temperatura OC 24.5

Viento Km/h 12.24

Fuente: El Autor



Los resultados del diseño de la planta depuradora aplicando un humedal de flujo superficial se muestran en la tabla 26-A, así mismo, podrá encontrar el plano de este sistema en el Anexo No 2-A.

Tabla 26-A. Dimensiones de HSS

PRETRATAMIENTO HUMEDAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL C

AJÓ

N D

E LL

EGA

DA

Ancho m 0,45

TRA

TAM

IEN

TO

Área total ha 4,17 Longitud m 0,5 Número de

balsas u 2,00

Altura m 0,5 Área de cada balsa m2 2086,4

Tiempo de caída s 0,18 Profundidad m 0,9

CA

NA

L D

E EN

TRA

DA Ancho m 0,45 Ancho m 47

Altura m 0,5 Largo m 42 Longitud m 0,7 Período de

retención días 3

CA

NA

L D

E C

RIB

ADO

Ancho m 0,60 Diámetro de la tubería mm 200

Ancho de las barras m 0,10 Área por habitante m2/hab 2,0

Separación útil entre barras m 0,25 Sistema de

distribución Tubería

perforada

Longitud m 0,60 Fuente: El Autor Número de barras u 16

DES

AR

ENA

DO

R Ancho m 0,8

Altura de sedimentación m 0,2

Altura total m 0,5 Longitud total m 5,0

DES

ENG

RA

SAD

OR Base m 2,0

Longitud m 3,0

Altura m 1,5





Anexo 1-A

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE LAS TECNOLOGÍAS

En este apartado se presenta el procedimiento de cálculo de cada uno de los tratamientos naturales propuestos en este estudio, a fin de que el proyectista tenga una herramienta para conocer cuál fue el proceso para llegar a obtener las dimensiones de cada unidad de tratamiento del sistema depurador. 1. INFILTRACIÓN RÁPIDA

En el Anexo 2-A, página 167 se encuentra el plano de Implantación del Sistema de Infiltración

Rápida.

− Caudal de diseño

Para obtener el caudal con el que se diseñara la planta de tratamiento se debe considerar los siguientes parámetros, estos primeros cálculos se realizo en base a la normativa de la Subsecretaria de Saneamiento Ambiental SSA (Ecuador):

- Dotación de agua potable: 145 l/hab/día (Dato obtenido en el Municipio de Zapotillo) - Coeficiente de retorno: 0.8 INEN Sección 4.3.6 - Población Actual: 2364 hab. - Población Futura de Diseño: 3033 obtenida con los métodos geométricos, aritméticos y

exponencial con un índice de crecimiento de 2.6 a diez años. Caudal de aguas residuales domésticas

(Eq: 1A-1) Donde:

QD = Caudal doméstico (l/s) P = Población futura (hab.)

D = Dotación (l/hab/día) R = Coeficiente de retorno (60 - 80%)

86400P(D)(R)QD =

4.07L/s=Q86400

0.8)3033(145)(=Q

D

D



Caudal medio diario

(Eq: 1A-2)

Donde: QI: Caudal Industrial = 0 l/s por lo que no existen industrias Q C: caudal comercial =0.4 l/S hab. Q INS: caudal institucional= 0.5 l/S hab. Q INF: caudal por infiltraciones = 0.2 l/S hab.

Caudal máximo horario

Se determina un factor de mayoración de acuerdo a la población futura según Flores:

(Eq: 1A-3)

(Eq: 1A-4)

Comparación de caudales

Comparación de caudales

Caudales de aforo (l/s) Caudales calculados (l/s)

Max 6.35 8.12

Medio 5.12 5.17

− Diseño del pretratamiento (Ver Anexo 2-A, pág. 168) a. Cajón de entrada

Es necesario realizar un cajón de entrada para romper la presión de llegada, uniformizar velocidades, como unidad de rebose (vertedero) e inspecciones.

Datos utilizados:

- Caudal de Diseño Q= 0.0081 m³/s - Pendiente del cajón de entrada S = 0.5‰ (asumida) - Coeficiente de rugosidad n = 0.013 (hormigón)

Para el dimensionamiento del cajón de llegada las fórmulas usadas son:

1.573033

3.5P3.5F 0.10.1 ===

( ) ( ) lt/s 8.12 = lt/s 5.171.57=QmdF=QMH

INFINSCID QQQQQQmd ++++=5.17L/sQmd =



Las siguientes ecuaciones, fueron tomadas del Manual de Depuración URALITA

(Eq: 1A-5)

Donde: K= Constante de velocidad Q= Caudal (m3/s) n= Coeficiente de rugosidad de Mannig b=ancho del canal de llegada (m) S=pendiente del canal (%)

(Eq: 1A-6)

Donde: d=tirante de agua en el canal (m) b= ancho del canal de llegada (m) K= Constante de velocidad

La velocidad debe mantenerse entre los siguientes límites (0.7 – 2.0 m/s). Según Sviatoslav Krochin y según el Manual de Depuración Uralita, recomienda las siguientes velocidades:

V > 0.6 m/s (A Caudal Medio Qmed.) V < 3.0 m/s (A Caudal Máximo Qmáx.)

El ancho del cajón según el Manual de Uralita debe ser:

0.3 ≤ [b (m)] ≤ 0.7 b = 0.70 m (impuesto)

Aplicando las ecuaciones 1A-5 y 1A-6, tenemos: Luego: Pero b = 0.7 m, luego:

d = 0.7 x 0.0113 d = 0.79 m

Luego, se debe comprobar que la velocidad del flujo no exceda los límites recomendados:

(Eq: 1A-7) Donde:

n= Coeficiente de rugosidad de Mannig R=Radio hidráulico del canal (m) S=pendiente del canal (%)

1/28/3Sbn Q

=K

0.74232K1.66240bd=

1/22/3 SRn1V =

( )( )

0.0012=K 0.050.7

0.013 0.0081=K 1/28/3

742.0)0012.0(66.1=bd



Considerando que se tiene:

R =0.0077m S =0.5% Utilizando el Caudal Medio: 0.0052 m3/s, se determina el tirante de agua, aplicando las ecuaciones 1A-6 y 1A-7, como se indica a continuación: Entonces: Pero b = 0.7 m, luego

d = 0.7 x 0.0084 d = 0.59 cm

Para determinar la altura total del canal, se recomienda tomar una altura de seguridad hs=0.20m, tal que: hT ≥ 0.40m

BLhhh sT ++= (Eq: 1A-8)

Donde:

hs= altura de seguridad. (0.20 m) h = corresponde al tirante de agua para el caudal medio. (m) BL= es el borde libre por seguridad. (0.10 m)

h = 0.40 m L = 0.90 m

El resumen de los datos del canal de entrada al pre tratamiento es:

- Ancho del canal = 0.7 m - Calado del canal a Caudal Máximo = 0.79 cm - Calado del canal a Caudal Medio = 0.59 cm - Altura del canal = 0.4 m - Longitud del canal = 0.9 m - Altura del canal = 1.19 m

sm0.6V

x(0.05)x(0.0077)0.013

1V 1/22/3

=

=

( )( )

0.0008=K 0.05 0.7

0.013 0.0052=K 1/28/3

0.0084=bd

) 0.0008 ( 1.66=bd 0.742



b. Rejas

Con el fin de proteger las operaciones posteriores de pre tratamiento, se propone la operación de cribado para la cual se utilizará una rejilla de limpieza manual, con una inclinación de 45º

Las rejas se ubicarán con

limpieza a favor de la corriente, por lo tanto:

Vr (Qmed.) > 0.6 m/s. Vr (Qmed.) < 1.0 m/s. (limpieza a favor de la corriente)

El parámetro fundamental en la comprobación de rejillas es la velocidad de paso del agua entre los barrotes, la cual debe mantenerse entre 0.40 m/s y 0.75 m/s (basado en el caudal medio).

Diseño: El proceso de diseño de las cribas o rejillas se realizo en base al recomendado por el Manual de Depuración URALITA, 2002.

El ancho en la zona de rejillas vendrá dado por:

(Eq: 1A-9)

Donde: a (mm) = Anchura de las barras. b (mm) = Ancho del canal en zona de rejillas. c (mm) = Ancho del canal de entrada. s (mm) = Separación útil entre barras.

El número de barras vendrá dado por:

(Eq: 1A-10) De los datos tenemos:

a = 10 mm (Impuesto) c = 700.0 mm (Del cajón de entrada) s = 25 mm (Impuesto) b = 970 mm b = 1000 mm (Adoptado)

sasbn

+−

=

( ) s+ a+s sc

=b



Ahora, el número de barras será:

n = 27.86 u n = 28.0 u (Adoptado) L = 2.50 m (Adoptado)

Dimensiones de la Rejilla:

Base: b= 1 mm Numero de Barras n = 28 u Anchura de las Barras a = 10 mm Separación útil de las Barras s = 25 mm Longitud L = 2.5 m Ancho del Canal de Entrada c = 0.7 m

c. Transición Canal de Cribado - Desarenador

(Eq: 1A-11)

Donde: b1 = ancho del desarenador: 1.8 m b2 = ancho del canal de rejillas: 1.00 m a = ángulo de transición: 12.50 º L = longitud de transición: 1.80 m

d. Desarenador

En toda planta de tratamiento es indispensable proteger las unidades aguas abajo contra la acumulación de arena. (Normativa de la SSA -Ecuador)

m 1.80 =L) α ( 2tang

b2b1=L



Se eligió un desarenador de flujo horizontal, para el cual se debe controlar y mantener la velocidad de flujo alrededor de 0.3 m/s (+/- 20%) según recomendaciones de la SSA(Ecuador).

El valor seleccionado para el presente diseño es:

V =0.3 m/s.

Se considera un tiempo de retención de 30 s y se realizará una limpieza cada 15 días. - Numero de Desarenadores = 2 - Caudal máximo de Ingreso: Qmáx = 8.11944 l/s = 29.23 m3/h - Diámetro de las partículas a sedimentar: d = 0.5 mm - Capacidad de sedimentación C =3 m3/m2.h

Área necesaria:

(Eq: 1A-12)

Para una relación aproximada de 1:3 Ancho = 1.80 m impuesto Largo = 3.4 m Alto = 1.00 m

Si se considera la condición dada para los desarenadores de flujo horizontal en el Manual de Depuración URALITA:

Altura de sedimentación (hs) de 0.20 m (Norma SSA-Ecuador). Por tanto, la altura total será:

Altura Total, en base a la ecuación 1A-8:

Volumen del agua: (Eq: 1A-13)

Donde: Tiempo: tiempo que pasa el volumen del agua por el desarenador = 15 días Qmed = 446.6 m³/día. Volumen: 6700.32 m3

24m 7 . 9=A3

3 2 . 9 2=A

Sed CapQmax

=A

51 <<hb

58,11 <<

1.20mh t =

tiempoVolumenQ =

( ) tiempo Q=Volumen



La cantidad de arena recogida por el desarenador, según Petia Mijaylova Nacheva, pág. 81, varía de 75 a 90 lts por cada 1000 m³ de AR. Se tomó un valor de 80 lts/1000 m³ (AR).

V arena =80 lt por cada 1000 m³ de AR Volumen de sedimentos:

(Eq: 1A-14)

Según la SSA-Ecuador, a la longitud Ld se debe incrementar entre el 30 - 50%. Se adoptó 30%.

Entonces:

(Eq: 1A-15) Dimensiones del Desarenador:

Ancho del desarenador b = 1.80 m Altura hl = 1.00 m Altura de sedimentación hs = 0.20 m Altura total del desarenador ht = 1.20 m Longitud total del desarenador Ld = 3.50 m

e. Desengrasador

El sistema más empleado para eliminar las grasas consta de dos fases:

a.- La emulsión de las grasas en el arenero mediante aireación, permitiendo su ascenso a la superficie con una velocidad que puede estimarse entre 3 y 4 mm/seg.

b.- Separación de grasas residuales en las balsas de decantación, procediendo a su retiro con el uso de rasquetas superficiales

La cantidad de grasa incorporada es muy variable, pero para aguas residuales urbanas podemos considerar las siguientes cifras y parámetros: Datos: - Carga Hidráulica = 4 l/(m2 x s) Recomendada - El área se determina para el caudal máximo horario - Para desengrasadores rectangulares, la relación largo / ancho es: 1.8 a 1.0; se adopto 1.5

ado)3.5m(adopt=Ld3.48m=Ld

30% × 3.4=Ld30% × Largo=Ld

3sr

sr

arenasr

0.54mV

80/10000006700.32V/1000000VolVolV

=

×=×=



El siguiente proceso de diseño, se realiza en base al Manual de depuración URALITA, 2002.

Área Requerida:

(Eq: 1A-16) Sabemos que:

(Eq: 1A-17) Hemos considerado que: Entonces:

(Eq: 1A-18) Ahora, sustituyendo l, en la ecuación 1A-17, tenemos:

Despejando b: Por lo tanto: Despejando:

(Eq: 1A-19)

Donde: - Q máxd = Caudal máximo de diseño (m3/h) - V = Volumen (m3) - Tr = Tiempo de retención (min)

Ahora:

h= 1.40 metros: adoptado por acumulación temporal de lodos.

lbA ×=

5.1=bl

bl ×= 5.1

(adoptado) m 2=b6m 1 . 1=b

1.5A

=b

3m=L2×1.5=Lb×1.5=L

AQCarga maxd

hidraulica =

3

rmaxd

m 3 4 . 2=V

T×Q=V

h×A=V

0m 2 . 1=hAV

=h




Dimensiones del Desengrasador:

Base b= 2.00 m Longitud L= 3 m Altura h= 1.4 m

f. Tanque de Distribución

Consiste en amortiguar las variaciones de caudal para lograr un caudal aproximadamente constante, controla los problemas operacionales causados por las variaciones de caudal. Además de mejorar la tratabilidad del agua residual es un estabilizador de pH.

Cálculo del Tanque de Distribución:

Cálculo tanque de distribución

Intervalo Periodo (1)

Q (l/s) (2)

Q (m3/s) (3)

Flujo Acumulado (m3) (4)

1 0-6 2.404 0.002 8.656

2 6-7 3.500 0.003 21.254

3 7-8 4.401 0.004 37.098

4 8-9 3.796 0.003 50.763

5 9-10 3.161 0.003 62.142

6 10-11 3.170 0.003 73.554

7 11-12 3.312 0.003 85.479

8 12-13 4.514 0.004 101.729

9 13-14 4.381 0.004 117.502

10 14-15 2.769 0.002 127.469

11 15-16 3.256 0.003 139.192

12 16-17 4.034 0.004 153.714

13 17-18 4.080 0.004 168.402

Fuente: Metcalf y Eddy, Ingeniería de Aguas Residuales, volumen 2.

Donde: - Columna (1), (2) y (3) son datos - (4)n = (2)n x (3600) + (4)n-1 - (5)n = (2)n x (3)n x (3.6)

Diagrama de masa para la determinación del volumen



Cálculo tanque de distribución

Intervalo

Período Q (m3/s) Vap. (m3) (8)

Vpp.

-6 -7 -9 1 0-6 0.002 8.656 0.901

2 06-jul 0.003 12.598 0.545

3 07-ago 0.004 15.844 3.435

4 08-sep 0.003 13.664 4.146

5 09-oct 0.003 11.378 2.571

6 10-nov 0.003 11.411 1.029

7 11-dic 0.003 11.924 -4.00E-14

8 dic-13 0.004 16.25 3.296

9 13-14 0.004 15.772 6.114

10 14-15 0.002 9.967 3.127

11 15-16 0.003 11.723 1.896

12 16-17 0.004 14.522 3.465 13 17-18 0.004 14.687 5.199

Fuente: Metcalf y Eddy, Ingeniería de Aguas Residuales, volumen 2.

Donde: - Columna 6: Los cálculos se inician a partir del período en el cual el tanque de distribución está

vacío. El período inicial se obtiene del diagrama de masa. - Columna 7: El volumen afluente durante el período (Vap.), se calcula por la siguiente expresión

(Eq: 1A-20)

- Columna 8: El valor en el tanque de distribución al final de cada período se obtiene por la siguiente expresión:

(Eq: 1A-21)

Donde: V = Volumen en el tanque al final del período. Vpp. = Volumen en el tanque al final del período previo. Vap. = Volumen afluente durante el período. Vep. = Volumen efluente durante el período.

Dimensiones del tanque de distribución

RESUMEN DE DISEÑO Parámetro Valor Unidad

V diseño 6.1 m3 Factor seguridad 1.05 Adimensional B 2 m L 4 m H 0.8 m VFs 6.405 m3

3600 ) columna (valor=V

(Q)x(3600)=V

2p a

p a

p e p a p p V V+ V=V +




− Tratamiento infiltración rápida (Ver Anexo 2-A, pág. 167)

Datos - Caudal: 8.12 l/s = 1.8 mgal/d - Tiempo de retención: 1 día - DBO: 272.62mg/l - Nitrógeno Total: 68.86mg/l - Permeabilidad: 0.015 pulg/h - Velocidad de Infiltración: 58.51cm/h El diseño que se presenta a continuación, se basa al indicado en el texto de Crites R.,

Tchobanoglous, G., 2000. a. Tasa de carga hidráulica

Se considera un factor de diseño de 6% de acuerdo a la tabla 10.25 de Crites tomando en cuenta que el procedimiento de prueba

(Eq: 1A-22)

b. Comparación: Carga hidráulica vs Carga de nitrógeno aceptable

(Eq: 1A-23) c. Carga de DBO (lb/d)

(Eq: 1A-24) d. Área Necesaria

Para sistemas municipales se recomienda una carga orgánica máxima de 300 lb/ac.d.

Por lo tanto:

(Eq: 1A-25) e. Ciclos Operación (Ra)

El ciclo de carga hidráulica consiste en un periodo de aplicación (inundación) seguido por un

periodo de sequia (reposo).

(Eq: 1A-26)

ño0.657pie/a=w L(1/2) ) dadpermeabili ( ) 365 ( ) 4 2 ( 6%=w L

( )

d*0.33lb/ac=n LD

pulg/pie) 2 1 ( Fd C Lw=n L

lb/d 2 5 . 4092=DBO Carga) DBO ( Q 8.34=DBO Carga

a h 3.1=Ac a 7.7094=A

300DBO Carga

=A

28.08cm/h=Rad6740.35mm/=Ra

(d)aplicación de Periodod)operativo( ciclo Duracion

x365(d/año)

Lw(mm/año)=Ra



2

g

2y =t

f. Comprobación Ra vs Velocidad de infiltración

Para evitar la acumulación de agua y la escorrentía superficial, este valor debería ser inferior a la velocidad de infiltración media o a la conductividad hidráulica vertical efectiva de la columna de suelo. (Moreno L, 2003).

V = 28.08 cm/h < 58.51 cm/h Ok.

Sin embargo para minimizar la compactación del estrato superficial y evitar posibles efectos secundarios (crecimiento de algas y precipitación química), la altura del agua acumulada en las balsas no debe superar los 0.30 a 0.45 m. (Metcalf y Eddy, 1999). g. Número de Balsas

El número de balsas depende de la topografía del lugar, del ciclo de carga hidráulica y del flujo

de agua residual. Por el ciclo operativo adoptado se ha considerado realizar 4 balsas en las que cada una tendrá uno a dos días de aplicación y seis de secado.

h. Área de cada Balsa

(Eq: 1A-27) 2. INFILTRACIÓN LENTA

En el Anexo 2-A, página 173 se encuentra el plano de Implantación del Sistema de Infiltración

Lenta.

− Diseño del pretratamiento: (Ver Anexo 2-A, pag. 175) a. Cajón de llegada

Debido al caudal de diseño y a las aguas lluvias se cree conveniente colocar un cajón de 0.80 m de ancho por 0.80 m de largo y una altura de 0.80m que tendrá una pantalla rompe-presión. Longitud del chorro en el cajón de llegada:

Velocidad = 0.30 m/s – 0.60 m/s Velocidad= 0.45 m/s adoptado y = 30 cm = 0.30 m (según Normas) g = 9.81 m/s²

(Eq: 1A-28)

= (2 x 0.30 m / 9.81 m/s²) 1/2 = 0.25 s

2p

p

7799.7m=ANumFosa

Area=A




De aquí que la distancia a la pantalla esta dada por:

x = 0.45 m/s ( 0.25 s) x = 0.11 m x = distancia de la pantalla rompe presión en el cajón de llegada.

Sin embargo adopta x= 20cm Por lo tanto, la pantalla rompe presión se colocará a una distancia de 20 cm.

Altura de la pantalla = 0.50 m (adoptado)

Longitud de transición al canal de entrada:

b1 = ancho del cajón de llegada = 0.80 m. b2 = ancho de canal de entrada = 0.30 m. L = longitud de transición, de acuerdo a ecuación 1A-11. L = 1.10 m

b. Canal de entrada

Para el diseño del canal de entrada, considerando los siguientes parámetros:

a. Pendiente adoptada: S = 2 % [S ≥ 0.5 % Manual de Depuración URALITA]. b. Caudal medio de diseño = 2.22 lt/ = 0.00222 m3/s c. Caudal máximo de diseño = 3.55 lt/ = 0.00355 m3/s d. Según Krochin, la velocidad debe estar entre (0.70 - 2.0) m/s e. Según el Manual de Depuración Uralita, las velocidades recomendadas son:

V ≥ 0.60 m/s ( a caudal medio )

V < 3.00 m/s ( a caudal máximo )

f. El canal se construirá de hormigón, por tanto: n = 0.013 g. Altura de resguardo: h > 0.40 m, se adopta h = 0.45 m h. El ancho del canal según el Manual de Uralita debe ser: 0.30 ≤ [b (m)] ≤ 0.70

Con la finalidad de controlar la velocidad de llegada al pre-tratamiento, se adopta la pendiente

de 2 % y por la misma razón, se elige un canal de sección rectangular de ancho b = 0.30 m, cuyas fórmulas a emplearse son: Chequeo de Velocidad a Caudal Máximo: De acuerdo a las ecuaciones 1A-5, 1A-6, 1A-7 tenemos:

K = 0.00808 d = 1.60 cm v = 0.70 m/s



Se debe también chequear la velocidad para caudal medio:

De acuerdo a las ecuaciones 1A-5, 1A-6, 1A-7 tenemos:

K = 0.00506 d = 1.24 cm. v = 0.60 m/s

Considerando la altura de seguridad o franco, la altura total se calcula en base a la ecuación 1A-8:

h t = 0.50 m

El resumen de los datos del canal de entrada al pre-tratamiento es:

Ancho del canal= 0.30 m Calado del canal a caudal máximo= 1.63 cm Calado del canal a caudal medio= 1.24 cm Altura del canal= 0.50 m Longitud del canal= 1.10 m

c. Canal de cribado y rejas de desbaste

Con la finalidad de evitar alteraciones en el funcionamiento de las unidades de tratamiento se diseño cribas con rejillas de 10mm de espesor y espaciamiento de 25mm. De tal manera se impida la posible entrada de papeles, ramas pequeñas, etc. Datos:

a= 45° Angulo de inclinación s= 2.50 cm Separación entre barras a= 1.00 cm Espesor de barras e= 2.50 cm Profundidad de la barra S= 2.50 cm Pendiente La velocidad del caudal medio será:

0.60 m/s < V p (Q m.) < 1.00 m/s

Aplicando las ecuaciones 1A-9 y 1A-10, tenemos:

b= 419.90 mm N= 11.28 b=42 m N= 11 unidades

Chequeo de velocidades: De acuerdo a las ecuaciones 1A-5, 1A-6, 1A-7 tenemos:

K= 0.00375 d= 0.014 m

V= 0.6 m/s

0.60 m/s ≤ 0.60 m/s < 3.0 m/s Si cumple




Pérdida de carga en barras De donde:

F Tipo de Barra 2.42 Rectangular con cara recta 1.67 Rectangular con cara recta y semicircular 1.79 Circular

F= 2.42 adoptado V= 0.60 m/s

(Eq: 1A-29) Donde:

F=factor de fricción e=Espaciamiento entre barras (m) V=Velocidad (m/s) s=Diámetro de barras (m) φ=Ángulo de inclinación de rejilla (o)

hf= 0.03 m hf= 3 cm

En la práctica, para diseño, se adopta por lo menos una pérdida de 15 cm

Área del canal

(Eq: 1A-30)

A= 0.006 m2 Altura de la lámina de agua

(Eq: 1A-31)

h= 0.15m h= 0.50 m adoptado

Senφ 2gV

seF=h

234

f

° 5 4Sen x 1 8 9.×2

0 6 0. x 0.0250.025 x 2 4 2.=h

234

f

vQ

=A máx

0m/s 6 0.0.00355

=A

bA=h

0 4 . 00.006

=h



Longitud de la rejilla

(Eq: 1A-32)

L= 0.71m L= 1.00 m adoptado

Chequeo de velocidades: antes de las barras: Para caudal máximo: De acuerdo a las ecuaciones 1A-5, 1A-6, 1A-7 tenemos:

K= 0.00375 d=0.0139 m V= 0.60 m/s

0.60 m/s ≤ 0.60 m/s < 3.0 m/s Si cumple Para caudal medio: De acuerdo a las ecuaciones 1A-5, 1A-6, 1A-7 tenemos:

K= 0.00235 d= 0.0105m V=0.50 m/s

Por tanto: 0.60 m/s < 0.50 m/s < 3.0 m/s No cumple Se chequea con d =1.4 cm y tenemos V= 0.60 m/s por lo tanto si cumple.

d. Compuerta en canal de entrada

Se requiere compuerta al final del cajón de entrada, además, como el volumen de material retenido en la rejilla es manejable manualmente mediante rastrillado, es suficiente la construcción de un canal con cribado.

Las dimensiones finales de las Cribas son:

Ancho 0.40 m Longitud 1.00 m Altura 0.50 m Numero de barras 11 u Diámetro de barras 10 mm Espaciamiento 25 mm Longitud de barras 0.50 m Numero de cribas 1 u

senθh

=L

5 4 sen0.50

=L




Volumen retenido:

El volumen de materias sólidas retenidas para aberturas de 25 mm, oscila entre 5 y 10 l/hab/año, adoptando un valor de 8 l/hab/año, tenemos:

Vr = 8 l/hab/año x Pf x 1 año / 8760 h (Eq: 1A-33)

Vr= 8 l/hab/año x 841/8760h = 0.77 l/h. Longitud de transición al desarenador:

De acuerdo a la ecuación 1A-11, donde:

b1 = ancho del desarenador 0.4 m (Adoptado) b2 = ancho del canal de cribado 0.40 m e = espesor del muro central 0.10 m (Adoptado) a = ángulo de transición 12.5 ° (Adoptado) L = Longitud 1.1 m

e. Desarenador Tabla: Parámetros para un desarenador horizontal

Características Valor

Valor Intervalo Tiempo de retención (s) 45-90 60 Velocidad Horizontal (m/s). 0.20-0.40 0.3

Velocidad de sedimentación para eliminación de:

Malla 65 (m/min.) 0.95-1.25 1.15 Malla 100 (m/min.) 0.60-0.90 0.75

Pérdida de carga en la sección de control como porcentaje

De la profundidad del canal (%). 30-40 36

incremento por turbulencia en la entrada y salida 2*dm-0.5*l Fuente: Metcalf y Eddy, Ingeniería de Aguas Residuales, volumen 2.

Si el peso específico de la arena es < 2.65 debe usarse velocidades menores a 13. Como el mecanismo de remoción será a gravedad, se eligió un desarenador de flujo horizontal

cuyo diseño nos permita:

a) Remover partículas de diámetro medio Ø m ≥ 0.20 mm b) Controlar y mantener la velocidad de flujo entre: 0.24 m/s ≤ v f ≤ 0.36 m/s



Según tabla anterior se adopta una velocidad recomendad de 0.3m/s Datos:

Qm= 2.22lt/s = 0.00222m³/s = 7.99 m³/h Qmax.d. =3.55 lt/s = 0.00355 m³/s= 12.77 m³/h Limpieza del desarenador: 7 días Tiempo de retención: 30 s

El área transversal se determina en base a la ecuación 1A-30:

A= 0.012m²

Ancho del desarenador adoptado:

ha= 0.077 m ha= 7.70 cm ha= 0.20 m adoptado

Entonces:

b= 0.40 m La altura de sedimentación hs según las Norma de la SSA-Ecuador de 0.20 m

hs= 0.20m

Altura total de desarenador, de acuerdo a la ecuación 1A-8: ht=0.50m adaptado por uniformidad de secciones

Volumen de agua residual que pasa al desarenador a los 7 días, en base a la ecuación 1A-13:

Volumen AR = 1342.3 m³ cada 7 días

La cantidad de arena recogida por el desarenador, , varía de 75 a 90 lt por cada 1000 m³ de agua residual, en base a la ecuación 1A-14:

Vsr= 0.107 m3

Longitud del desarenador

(Eq: 1A-34)

Según la norma de la SSA (Ecuador), a la longitud se debe incrementar entre el 30% y 50%

Se adopta el 50%, entonces:

Ld= 2.00 m

h x 2 =b

b x hV

= Ls

sr d




Según la misma norma de la SSA-Ecuador, la relación entre el largo y la altura de agua debe

ser como mínimo 25, entonces:

ha= 0.77m valor real calculado Ld= 2.00m

Entonces:

Cumple Sí ⇒ 26.29 = 77 . 000 . 2

Dimensiones finales del desarenador

Ancho 0.4 m Longitud 2.0 m Altura 0.5 m Espesor del muro central 0.1 m Ancho del desarenador doble cámara 0.9 m

Chequeo de la sección, en base a la ecuación 1A-30:

A= 0.080 m²

L= 2.00m

Periodo de retención útil, de acuerdo al manual de Uralita, 2002:

Periodo de retención= 45.43 > 30s Si cumple

Al final de la cámara se construirá un vertedero en donde la velocidad de salida debe ser máxima del orden de 1 m/seg para causar menos turbulencias en el vertedero y mínimo arrastre de materiales en suspensión. Aplicando la ecuación del caudal en vertederos, se comprueba la velocidad: (1A-36)

En donde: Q= caudal de salida = 0.00355 m³/s C= Coeficiente del vertedero = 2 adoptado L= Longitud del vertedero = b=0.40m adoptado H= Cara de agua sobre la cresta del vertedero

H= 0.017 m H= 2.70 cm H= 0.20 m

25 = h

L

a

d

d máx Qútil Volumen

= retención de Periodo

32

L C

Q =H



Compuertas de entrada y salida

Para poder realizar la limpieza de sedimentos, se construirán dos canales desarenadores de iguales dimensiones, asumiendo que una de las unidades estará fuera de operación, y se colocarán compuertas de entrada y salida para evitar la corriente de retorno; las características geométricas de las compuertas son:

Ancho de compuerta= 0.50 m Altura de compuerta= 0.60 m

Longitud de transición al desarenador

b1 = ancho del desarenador = 0.40 m b2 = ancho del canal de enlace = 0.40 m e = espesor del muro central = 0.10 m a = ángulo de transición = 12.5º L = Longitud de transición, en base a ecuación 1A-11 L= 1.10 m

Diseño del canal de entrada al desarenador

Según el Manual de Uralita: El canal de entrada se diseñara con las siguientes características

Sección: Rectangular Ancho: (0.3 ≤ B ≥ 0.70) m Pendiente: ≥ 0.5% Capacidad: Caudal máximo de entrada Altura máxima útil: 0.7 m Velocidad a caudal medio: ≥ 0.60 m Velocidad a caudal máximo: < 3m/s

Datos: Pendiente S= 2% Caudal medio=0.00222 lt/s Caudal máximo=0.00355 lt/s Ancho B= 0.40 m Rugosidad n= 0.013

Para caudal máximo: De acuerdo a las ecuaciones 1A-5, 1A-6, 1A-7 tenemos:

K= 0.00375 d=0.014m

V= 0.6 m/s

Entonces: 0.60 m/s ≤ 0.60 m/s < 3.0 m/s Si cumple




Para caudal medio: De acuerdo a las ecuaciones 1A-5, 1A-6, 1A-7 tenemos:

K= 0.00235

d= 0.0105 m V= 0.50 m/s

Por tanto: 0.60 m/s < 0.42 m/s < 3.0 m/s No cumple

Tomando d =1.4 cm y tenemos

V= 0.60 m/s por lo tanto si cumple.

Resumen de los datos de entrada al desengrasador Ancho del canal 0.40 m Calado del canal a caudal máximo 1.5 cm Calado del canal a caudal medio 1.5 cm Altura del canal 0.50 m Longitud del canal 1.00 m

f. Desengrasador

El sistema más empleado para eliminar las grasas consta de dos fases:

a) La emulsión de las grasas en el arenero mediante aireación, permitiendo su ascenso a la superficie con una velocidad que puede estimarse entre 3 y 4 mm/seg.

b) Separación de grasas residuales en las balsas de decantación, procediendo a su retiro con el uso de rasquetas superficiales.

La cantidad de grasa incorporada es muy variable, pero para aguas rurales podemos

considerar las siguientes cifras y parámetros: Datos:

Cantidad de grasa = 70.33 mg/lt según análisis de aguas residuales Para caudales de hasta 20 lt/seg: T r = 3 min La carga superficial recomendada es de 4 lt/(m2 *s)

El área se determina para el caudal máximo horario.

Para desengrasadores rectangulares, la relación largo/ancho es 1.8 a 1, se adopta el valor de 1.2

El fondo debe ser inclinado hacia la salida para evitar la acumulación de arena.

Superficie del Desengrasador, en base a ecuación 1A-16:

A=0.90 m²



En base a la ecuación 1A-18: b= 0.86 m b= 1.00 m Adoptado Ahora:

l= 1.00m l=2.00 m Adoptado

Volumen del Desengrasador, en base a ecuación 1A-20:

V= 638.3.0 lt V= 0.64 m³

Altura del Desengrasador:

(1A-37)

h= 0.72 m h= 1.00 m Adoptado por acumulación temporal de lodos

En resumen las dimensiones del desengrasador son:

b= 1.00 m L= 2.00 m h= 1.00 m

Se proyectarán además dos pantallas deflectoras a la entrada y salida de la unidad con el

propósito de uniformizar el flujo y retener las grasas. Las distancias a cada pantalla se las asume de la siguiente manera:

Pantalla 1: D= 0.5 m distancia horizontal a la pantalla e= 0.1 m espesor H= 0.5 m altura de la pantalla h= 0.6 m altura desde el piso hasta el inicio de la pantalla

Pantalla 2: D= 1.1 m distancia horizontal a la pantalla e= 0.1 m espesor H= 0.7 m altura de la pantalla h= 0.4 m altura desde el piso hasta el inicio de la pantalla

b × 1.2=l

AV

=h




La cara sobre la cresta del vertedero, se determina en base a la ecuación 1A-36:

H= 0.017 m H= 2.70 cm H= 1.00 m Por facilidad para trampas de grasas

g. Tanque de almacenamiento o igualación a. Se Necesita todos los datos para el cálculo que se muestran en la tabla

Tabla Datos para el cálculo de dimensiones del tanque de almacenamiento

Intervalo (1)

Período (2)

Q (L/s) (3)

Q (m3/s) (4)

Flujo Acumulado (m3) (5)

1 0-6 2.35 0.00235 8.46 2 6-7 2.53 0.00253 17.568 3 7-8 2.59 0.00259 26.898 4 8-9 2.72 0.00272 36.678 5 9-10 2.79 0.00279 46.728 6 10-11 3.13 0.00313 58.008 7 11-12 3.31 0.00331 69.918 9 13-14 3.21 0.00321 95.328 10 14-15 2.85 0.00285 105.588 11 15-16 2.03 0.00203 112.878 12 16-17 2.15 0.00215 120.618 13 17-18 2.54 0.00254 129.768

1. Intervalo 2. Periodo de aforo 3. Caudal aforado promedio de todos los muestreos en l/s 4. Caudal aforado en m3/s 5. Caudal aforado acumulado

b. Obtenemos el diagrama de masa para el cálculo del volumen que se muestra en la figura

Figura: Diagrama de masas para el cálculo del volumen.

0

50

100

150

0 2 4 6 8 10 12 14

Fluj

o Ac

umul

ado

m3

Tiempo H

Diagrama de masas Cálculo del Volumen



c. Seguimos el siguiente procedimiento:

1. Una vez obtenidos los caudales acumulados se construye la gráfica Intervalo Vs. Caudal

acumulado (figura). 2. Posteriormente se traza una recta entre el primer con el último punto. 3. A continuación se toma como punto de inicio de intervalo el primer punto de la curva que

esté por debajo de la recta que unimos anteriormente. 4. Repetimos el procedimiento de la tabla anterior empezando desde el punto encontrado en el

ítem anterior.

Tabla: Cálculo del volumen para tanque de almacenamiento

Intervalo Periodo Q (m3/s) Vap (m3) Vap. Acumulado (m3/s)

1 0-6 0.002350 8.46 1.728 2 6-7 0.002530 9.108 0.854 3 7-8 0.002592 9.33 0.202 4 8-9 0.002717 9.78 0.000 5 9-10 0.002792 10.05 0.068 6 10-11 0.003133 11.28 1.366 7 11-12 0.003308 11.91 3.294 8 12-13 0.003850 13.86 7.171 9 13-14 0.003208 11.55 8.739 10 14-15 0.002850 10.26 9.017 11 15-16 0.002025 7.29 6.325 12 16-17 0.002150 7.74 4.083 13 17-18 0.002542 9.15 3.251

Para obtener las dimensiones del tanque de almacenamiento se debe tomar el mayor caudal

acumulado Por lo tanto:

Caudal acumulado= 9.017 m³/s Caudal acumulado adoptado= 10 m³/s

Ahora:

H= altura H= 1.00 m adoptado

Relación largo-ancho= 1.5, aplicando la ecuación 1A-18:

2a × 1.5 = A

a × L =Aa × 1.5 = L




Entonces: A=2.58 m A= 2.50 m Adoptado L= 3.75m L=4.00m Adoptado

Selección del cultivo

Para el tratamiento del presente estudio se requiere de la implantación de un tipo de cultivo que en base a lo investigado por Crites (2000) nos corresponde un tipo de cultivo 1 ya que son cultivos de forraje o cultivos de árboles que son compatibles con altas tasas de carga hidráulica, alta capacidad para absorber nutrientes, alto consumo de agua y una tolerancia a las condiciones de humedad del suelo. Otras características de gran importancia son la tolerancia a los constituyentes del agua residual (tales como SDT, cloro, boro) y poca exigencia en el manejo del cultivo.

Para el diseño se ha considerado conveniente cultivar Caña Guadúa. El ciclo de vida promedio es de 11 años aproximadamente. Esto varía de acuerdo a la calidad del sitio, sanidad general y del manejo silvicultural. La guadua alcanza su altura máxima en 6 meses (estado renuevo), pasa 1,5 años en estado juvenil, y de 8 a 9 años en estado maduro, aproximadamente un año en estado seco, hasta que muere. (Castaño, 2002).

El ciclo de aprovechamiento es de tres años, desde la etapa de renuevo hasta la maduración

óptima de la madera lista para el corte. Por todos los parámetros antes expuestos es conveniente el cultivo de guadua para el

tratamiento estudiado.

Área de tratamiento

Para el cálculo del tratamiento de aguas residuales por infiltración lenta en el terreno hay que

considerar algunos parámetros de diseño, a continuación se detalla el cálculo del área requerida, de acuerdo al diseño de Romero Rojas Jairo Alberto, 2000. Área requerida:

Caudal máximo= 306.37 m³/día Caudal medio= 191.76 m³/día DBO= 300.33 mg/l Nitrógeno total= 31.36 mg/l K= 10.21 mm/h permeabilidad del suelo Cultivo = Guadua Concentración permisible de nitrógeno en el percolado = 10mg/l (concentración permisible en el agua subterránea o acuífero según normas de agua potable) Porcentaje de pérdida de nitrógeno f= 0.5 (Adoptada de Tabla) Técnica a aplicarse en el tratamiento: Irrigación por surcos.



Tabla: Factores de pérdida de nitrógeno para sistemas de tasa lenta

Factores de pérdida de nitrógeno para sistemas de tasa lenta

Tipo de agua residual Factor f

Clima cálido Clima frío

Agua residual de concentración alta 0.80 0.50

Efluente primario municipal 0.50 0.25

Efluente secundario 0.25 0.15-0.20

Efluente terciario 0.15 0.10

Fuente: Romero Rojas Jairo Alberto, Tratamiento de aguas residuales, pag.924

F= factor de ajuste de permeabilidad igual a 0.04 en suelos de gran variabilidad y hasta 0.10 en suelos con permeabilidad alta uniforme. F= 0.07 Adoptado

Tabla: Datos Hidrológicos para diseño

Mes Precipitación

media (mm/mes)

Evapotranspiración media mm/mes

¹Kc Guadua

²Evapotranspiracion del cultivo mm/mes

Enero 105.07 94.06 0.40 37.62

Febrero 182.15 83.66 0.40 33.46

Marzo 218.10 91.24 0.60 54.75

Abril 142.11 91.08 0.80 72.87

Mayo 45.07 95.82 0.80 76.66

Junio 10.93 94.50 1.00 94.50

Julio 6.32 97.31 1.00 97.31

Agosto 7.78 100.14 1.00 100.14

Septiembre 14.95 97.71 1.00 97.71

Octubre 40.13 98.03 1.00 98.03

Noviembre 37.49 94.29 1.00 94.29

Diciembre 71.32 93.38 1.00 93.38

Total= 881.43 1131.23 950.72




El Kc de un cultivo empieza en un valor de 0.4 y va creciendo dependiendo del mismo. Datos empíricos de la guadua por el momento no existen pero podemos asemejar valores de Kc para la guadua según su comportamiento en el desarrollo como un cultivo frutal por el requerimiento de agua de este cultivo para su completo desarrollo. Es igual a la evapotranspiración media por el coeficiente Kc del cultivo en este caso de la guadua.

Cálculo

1.- Cálculo de la tasa de percolación mensual de diseño según la ecuación

(Eq: 1A-38) Donde:

P= Percolación de diseño, mm/mes F= factor de ajuste de permeabilidad K= permeabilidad en la capa limitante del suelo (mm/h)

Entonces: P= (24 x 10.21 x 0.07 x 30) mm/mes P= 514.36 mm/mes P= 6172.30 mm/año

2.- Cálculo de la carga hidráulica con base en la permeabilidad del suelo

(Eq: 1A-39) Donde:

CH=carga hidráulica con base en la permeabilidad del suelo, mm/mes ET=evapotranspiración, mm/mes P=percolación, mm/mes PR=precipitación, mm/mes

Los cálculos se incluyen en la siguiente tabla cuya columna 6 muestra los valores de la carga hidráulica mensual con base en percolación (CH). En la columna 7 se incluyen los valores de la carga hidráulica total aplicada.

Tabla Carga Hidráulica

Mes ET mm/mes P mm/mes

Total perdidas mm/mes

PR mm/mes CH mm/mes

CH total aplicada. mm/mes

(1) (2) (3) (4)=(2)+(3) (5) (6)=(4)-(5) (7)=(5)+(6) Enero 37.62 514.36 551.98 105.07 446.91 551.98

Febrero 33.46 514.36 547.82 182.15 365.67 547.82 Marzo 54.75 514.36 569.11 218.10 351.00 569.11 Abril 72.87 514.36 587.23 142.11 445.12 587.23 Mayo 76.66 514.36 591.02 45.07 545.95 591.02 Junio 94.50 514.36 608.86 10.93 597.93 608.86 Julio 97.31 514.36 611.67 6.32 605.35 611.67

Agosto 100.14 514.36 614.50 7.78 606.72 614.50 Septiembre 97.71 514.36 612.07 14.95 597.12 612.07

Octubre 98.03 514.36 612.39 40.13 572.26 612.39 Noviembre 94.29 514.36 608.65 37.49 571.15 608.65 Diciembre 93.38 514.36 607.74 71.32 536.41 607.74

Total= 950.72 6172.30 7123.02 881.43 6241.60 7123.02

K F 24=P

R P +P+T E=CH



La carga hidráulica de diseño es la carga hidráulica por percolación, entonces:

CHd= 6241.6 mm/año CHd= 6.24 m/ año

3.- Área requerida

CHdQ A =

(Eq: 1A-40)

Donde: A: Area requerida (m2) Q: caudal anual( m3/año)

CHd: tasa de carga hidráulica de agua residual (m/año)

Entonces: A= 17915.9 m2 A= 1.79 ha.

Obteniendo así un promedio de 21.3 m2 por habitantes.




3. ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

En el Anexo 2-A, página 179 se encuentra el plano de Implantación del Sistema de Escorrentía Superficial.

− Diseño del pretratamiento (ver anexo 2-A, pág. 181)

a. Cajón de entrada

El fondo de este cajón está a 10 cm más bajo que el nivel de llegada del emisario (10 a 15cm según recomendaciones de la SSA -Ecuador.

Ancho de cajón (m) 0,6

Largo de Cajón (m) 0,6

Altura del cajón de llegada (m) 0,6

Distancia de la pantalla rompe presión adoptada (m) 0,2

Altura de la pantalla (m) 0,4

Ancho de la pantalla (m) 0,4

Espesor de la pantalla (m) 0,1

El canal de entrada se diseña con las siguientes características:

Sección: Rectangular Ancho del canal (m): 0,3 ≤ B ≤ 0,7 Pendiente del canal: ≥ 0,5% Capacidad del canal: Qmáx de entrada a pretratamiento Altura máxima útil (m): 0,7 Altura de resguardo (m): > 0,4 Velocidad a Qmed (m/s): > 0,6 Velocidad a Qmáx (m/s): < 3,0 Modelo de cálculo de velocidad: v = 73R2/3S1/2 Caudal Máximo= 8,66 l/s = 0,00866 m3/s = 31,18 m3/h Caudal Medio= 6,42 l/s = 0,00642 m3/s = 23,11 m3/h Pendiente = 0.02 m/m Coeficiente de Rugosidad de Manning (n)= 0.013 Ancho Adoptado = 0.30m Altura del Canal= 0.40 m

Según Staviatoslav Krochin para el dimensionamiento del canal de llegada al pretratamiento se elige transportar agua mediante un canal rectangular.

Por lo tanto el procedimiento que sigue a continuación se debe realizar para cada caudal, con

la finalidad de evitar velocidades muy altas que causen erosión en el canal o velocidades muy bajas que favorezcan la sedimentación, las siguientes fórmulas son para canales rectangulares:



De acuerdo a las ecuaciones 1A-5, 1A-6, 1A-7 tenemos para:

S= 0.02 m/m n= 0.013 b=0.30 m

Para Caudal Máximo:

Qmáx= 0.0087 m3/s k=0.0197 d=0.027m R= 0.023 m V= 0.88 m/s

Para Caudal Medio:

Qmed= 0.0064 m3/s k=0.0146 d=0.022m R= 0.019 m V= 0.77 m/s

Se recomienda una altura de seguridad ≥ 0,40 m, pero dadas las características de diseño se

adopta 0,40 m

Resumen de los datos de entrada al pretratamiento

Ancho del canal 0,30 m

Calado del canal a caudal máximo 3,00 cm

Calado del canal a caudal medio 2,50 cm

Altura del canal 0,40 m

Longitud del canal 1,00 m

Desnivel del canal 2,00 cm

b. Longitud de transición al canal de entrada.

En base a ecuación 1A-11:

c. Diseño de las Rejas de Desbaste.

De acuerdo con la normativa de la SSA-Ecuador, es preferible diseñar cribas de limpieza manual, de acuerdo a las recomendaciones que se indican a continuación: - Se utilizarán barras de sección circular de 10 mm de diámetro. - El espaciamiento entre barras varía entre 25 mm y 50 mm. Para un mejor rendimiento, se elige

adoptar un espaciamiento de 25mm. - Las dimensiones y espaciamiento entre barras deben mantener la velocidad del canal entre 0,4

m/s y 0,75 m/s, para los caudales mínimo y medio. Entre 0.70 m/s y 2,50 m/s para el caudal máximo.

0.70m ≈ 0.68m=2(tan12.5)

0.30 - 0.60=L




El ancho en la zona de rejillas vendrá dado por la ecuación 1A-9:

( ) 50m . 0 = 45m . 0=025 . 0+01 . 0+025 . 0×0.0250.30=b

El número de barras vendrá dado por la ecuación 1A-10:

Tabla: Pérdidas de Energía en la Rejilla (Según Kirshmer):

b Tipo de Barra

2.42 Rectangular con cara recta

1.67 Rectangular con cara recta y semicircular

1.79 Circular

Fuente: Manual de depuración Uralita, 2002

Por lo tanto, para nuestro diseño b=1.79 Pérdida de energía, en base a la ecuación 1A-29:

( ) 0.010m=(sen(60)) × 0.03 ×0.0250.01× 1.79=hf

34

Pérdidas en la rejilla (Según EX – IEOS (Ecuador): Hmín=0.15m), por lo que adopto H=0.15m. Área de la Rejilla: en base a la ecuación 1A-30:

20.013m0.6410008.70

A ==

Tirante de agua en la rejilla: en base a la ecuación 1A-31:

0.026m0.400.013y ==

Altura de la rejilla: en base a la ecuación 1A-8:

Hrej= y + BL + H Hrej = 0.026 + 0.10 + 0.20

Hrej = 0.325m

La altura calculada para la rejilla, es muy baja por lo que se considera adoptar una altura de 0.40m.

12=0.025+0.010.0250.50=b N



Longitud de la Rejilla; en base a la ecuación 1A-32:

Según la norma de la SSA (Ecuador) la velocidad en la rejilla a Qmed debe estar entre 0,4 y

0,75 m/s las siguientes fórmulas son para canales rectangulares:

Aplicando las ecuaciones 1A-5; 1A-6; 1A-7 indicadas anteriormente, tenemos para:

S= 0.02 m/m n= 0.013 b=0.50 m


Qmáx= 0.0087 m3/s k=0.0051 d=0.016m R= 0.015 m V= 0.67 m/s

Para Caudal Medio:

Qmed= 0.0064 m3/s k=0.0037 d=0.013m R= 0.012 m V= 0.59 m/s

Resumen de los datos de desbaste

Ancho del canal en la zona de rejilla 0,50 m



Número de barras 12 u

Ancho de los barrotes de las rejillas 15 mm

Separación útil entre barrotes 25 mm


Velocidad a paso medio de caudal 0,70 m/s

Velocidad a paso máximo de caudal 0,79 m/s

d. Longitud de transición al canal de desbaste En base a ecuación 1A-11, tenemos:

0.60m(60)sen

0.40L ===

0.45m=2(tan12.5)

0.30 - 0.50=L




e. Diseño del desarenador

Información típica de desarenadores de flujo horizontal

Características Valor Intervalo

Tiempo de retención (s) 45-90 60

Velocidad Horizontal (m/s). 0.20-0.40 0.3

Velocidad de sedimentación para eliminación de:

Malla 65 (m/min) 0.95-1.25 1.15

Malla 100 (m/min) 0.60-0.90 0.75

Pérdida de carga en la sección de control como porcentaje

De la profundidad del canal (%). 30-40 36

Incremento por turbulencia en la entrada y salida 2*Dm-0.5*L

Fuente: Metcalf y Eddy, pág.(523 Vol. 2)

Por lo tanto, para el diseño se adoptó:

Tiempo de Retención = 60 s Velocidad Horizontal (VH)= 0.30 m/s Diámetro (ø )= 0.20mm Velocidad de sedimentación=0.27 m/s Peso específico de arenas (Cs)= 2,65 gr/cm3 Periodo de Limpieza = 7 días

Área del Desarenador, en base a la ecuación 1A-30:

20.03m0.30

0.0087A ==

Relación B = 2h (recomendada por norma de la SSA-Ecuador), en la ecuación 1A-18:

m 2 1 . 0=2

0.03=

2A

=h

Se adopta h=0.20m Ancho del Desarenador:

b= 2 h = 2 (0.20) = 0.40 m

Altura de sedimentación hs de 0,20m (Norma SSA-Ecuador), Por tanto, la altura total será la ecuación 1A-8:

ht = 0.20 + 0.20 = 0.40m



Si observa la condición dada para desarenadores de flujo horizontal en el MANUAL DE

URALITA, se tiene que:

La anchura de la sección y la altura útil debe estar comprendida

5hb1 <<

K O 2 = 0.200.40 =

hb

→

Volumen de agua que pasa por el desarenador a los 7 días, en base a la ecuaciín 1A-13:

3m 3882.816 ) 7 ( ×100086400 ×7 9 . 8 =Vol =

Volumen de sólidos a retenerse La cantidad de arena recogida por el desarenador, según Petia Mijaylova Nacheva pag. 81, varía de 75 a 90 lts por cada 1000 m³ de AR. Se tomó un valor de 80 lts/1000 m³ (AR), en base a la ecuación 1A-14:

3m 1 3 . 0=

1000000) 80 ( 3882.816=arena Vol

Longitud del desarenador: Según ela norma de la SSA (Ecuador), a la longitud Ld se debe

incrementar entre el 30 - 50% . Se adoptó 40%, ecuaciones 1A-34 y 1A-15:

3.90m= ) 0.40 ( 0.20

0.31=Ld

m.= +.Lu= 05100

04193

Según la norma de la SSA (Ecuador), la relación mínima entre el largo y la altura de agua debe ser como mínimo 25.

Cumple ⇒ 25 ≥ 27

25 ≥ 0.20

5

25 ≥ t H

L

Chequeo: Volumen útil = Ld(h)(B) = 0,43 m3

Periodo de retención: en base a la ecuación 1A-35 :

50s=0.00897

0.47=

QVútil

=r T




Resumen de los datos del desarenador

Ancho del desarenador 0,40 m

Ancho del desarenador doble cámara 1,00 m

Altura libre de agua, útil 0,20 m

Altura de sedimentación 0,20 m

Altura total del desarenador 0,40 m

Longitud total del desarenador 5 m

Volumen de sólidos retenidos 0,31 m3

Volumen útil del desarenador 0,43 m3

Periodo de retención 50 s

f. Longitud de transición al canal de entrada al Desengrasador En base a ecuación 1A-11:

g. Diseño del canal de entrada al Desengrasador Según la norma de la SSA (Ecuador) la velocidad en la rejilla a Qmed debe estar entre 0,4 y

0,75 m/s las siguientes fórmulas son para canales rectangulares:

Aplicando las ecuaciones 1A-5; 1A-6; 1A-7 indicadas anteriormente, tenemos para:

S= 0.02 m/m n= 0.013 b=0.40 m


Qmáx= 0.0087 m3/s K=0.0092 d=0.02512m V= 0.85 m/s

Para Caudal Medio:

Qmed= 0.0064 m3/s K=0.068 d=0.02083m V= 0.76 m/s

Se recomienda una altura de seguridad ≥ 0,40 m, pero dadas las características de diseño se

adopta 0,40 m

1.35m=2(tan12.5)

0.40 - 1.0==L



Resumen de los datos de entrada al Desengrasador

Ancho del canal 0,40 m

Calado del canal a caudal máximo 2,50 cm

Calado del canal a caudal medio 2,10 cm




e. Desengrasador

Las cantidades de grasas incorporadas en las aguas residuales son muy variables, pero para aguas urbanas, puede considerarse unas cifras de 24 g/hab/día, o bien 28 % de los sólidos en suspensión.

El desengrasador se diseña en base de los siguientes datos:

Sólidos en Suspensión = 163,83 mg/l Cantidad de grasas = 45,87 mg/l Carga hidraúlica = 4 l/(s x m2) Según: Norma de la SSA-Ecuador. Periodo de Retención = 4 mín (En las unidades de pequeño tamaño)

Superficie del Desengrasador: En base a ecuación 1A-41:

22.17m=4

8.97=

S CQ

=A

Se adopta una relación largo/ancho de 1.5, por lo tanto el ancho del desengrasador será de:

1.20m=1.5

2.17=

1.5A

=b

Longitud del Desengrasador: En base a ecuación 1A-18:

1.80m=1.5(1.20)=1.5(b)=L

Se adopta una longitud de 2.0 m Volumen del Desengrasador: En base a ecuación 1A-19:

Vol = Qmáx (Tr) = 0.00897 (4(60)) = 2.08 m3




Altura del Desengrasador: En base a ecuación 1A-37:

1.0m =

2.172.08

=AV

=h

Resumen de los datos del desengrasador

Ancho del desengrasador 1,20 m

Longitud del desengrasador 2,00 m

Altura del desengrasador 1,00 m

− Tratamiento por Escorrentía Superficial (Ver Anexo 2-A, Pág. 179)

CRITERIO DE DISEÑO Y OPERACIÓN FLUJO SOBRE SUELO

Criterio Definición Valor

Carga hidráulica Caudal medio dividido por el área mojada de la pendiente.

0.6 – 6.7 cm/d 6.3 – 40 cm/semana

Tasa de aplicación Caudal aplicado a la pendiente por unidades de ancho de pendiente. 0.03 – 0.24 m3/mh

Periodo de aplicación Horas diarias de aplicación de agua residual. 5 – 24 h/d

Frecuencia de aplicación Número de días por semana que se aplica agua residual a la pendiente. 5 – 7 d/semana

Fuente: Guía de Tratamiento Nicaraguense

Donde: A = área de la pendiente, ha

V= pérdida o ganancia neta en almacenamiento debida a precipitación, evaporación y percolación, m3/año

Q = caudal medio diario, m3/d D = número de días de operación, d/año CH = carga hidráulica de diseño, cm/d

Pendiente del Terreno = 12 % Tasa de Aplicación= 0,240 m3/h m P= 12 h/d S = 45 m

dcm

6.4=5 4

(12) × (0.240) × 100=

SP × T × 100

=CH (Eq:1A-42)

Q= 554.69 m3/d D= 182 d/año P=24 h/d

0.90ha=24)(24)10(182)(0.

)(45)365(554.69=

10DTP365QS

=A (Eq:1A-43)



4. HUMEDAL DE FLUJO SUPERFICIAL

En el Anexo 2-A, página 185 se encuentra el plano de Implantación del Sistema de Humedales Artificiales de Flujo Superficial. Caudales de diseño

De acuerdo a las normas vigentes (INEN, TULA, RAS) el caudal de aguas residuales domésticas varía entre el 70% y 80% de la dotación de aguas potable.

La dotación de agua potable para la ciudad de Gonzanamá es de 145 l/hab/día, la misma que

ha sido proporcionada por el Ilustre Municipio del cantón Gonzanamá.

Caudal de aguas residuales domésticas

En base a ecuación 1A-1:

Caudal de aguas ilícitas (Qi)

Para obtener este caudal es necesario determinar el caudal máximo horario (Qmaxh), cuyo

valor en nuestro caso se lo obtuvo mediante aforos realizados en el lugar de estudio (último pozo de recolección de aguas servidas en la red de alcantarillado sanitario). El caudal máximo horario aforado es de 12 l/s.

(Eq:1A-44)

Caudal por infiltraciones (Qinf)

Para su cálculo es necesario tener información de la longitud de tubería utilizada para construir

la red de alcantarillado sanitario de la ciudad. El dato se obtuvo del área de agua potable del municipio de Gonzanamá, cuya longitud es de 8400m.

(Eq:1A-45)

Caudal medio diario (Qmd) El caudal medio diario será, la sumatoria del caudal de aguas domésticas más el caudal de

aguas ilícitas más el caudal por infiltraciones, calculados en los pasos anteriores, en base a ecuación 1A-2:

l/s 1.2=l/s 12 × % 10 =Qmaxh × 10%=Q i

l/s 4 8 . 0=8400m×l/s 0.0001 =tuberia Log.×l/s 0.0001=Q inf

l/s 5.36 = l/s 0.84 + l/s 1.2 + l/s 2 3 . 3=Q+ Q+Q= Q inf iDd m

l/s 2 3 . 3=86400

0 8 . 0 × l/hab/dia 145 × 2474hab=QD




Caudal máximo horario (QMH)

El caudal máximo horario se obtiene multiplicando el caudal medio diario por un factor de mayoración dado por la ecuación de Flores, en base a las ecuaciones 1A-3 y 1A-4:

De tal forma, en la tabla siguiente se presentan los caudales de diseño máximo y medio en l/s,

que serán utilizados para el dimensionamiento de las diferentes unidades de la depuradora.

Caudales de diseño

CAUDAL CAUDALES DE AFORO

(l/s)

CAUDALES CALCULADOS

(l/s)

CAUDALES DE DISEÑO

( l/s) Caudal máximo 12 8.59 10.3 Caudal medio 9.5 5.36 7.4

− Dimensionamiento del pretratamiento (Ver Anexo 2-A, Pág. 187)

a. Canal de entrada

El agua ingresará al tratamiento mediante un canal rectangular que tiene una pendiente del 2% (Manual de depuración Uralita S ≥ 0.5% hasta un 5%), construido de hormigón cuyo coeficiente de rugosidad n es igual a 0.013.

Se adopta un ancho de canal de 0.40m, basándonos en las recomendaciones del Manual de Depuración Uralita ancho de 0.30m hasta 0.70m.

La norma EX-IEOS (Ecuador) recomienda una velocidad en el canal mayor a 0.6 m/s para el caudal medio diario, y una velocidad menor a 2.5 m/s para el caudal máximo horario.

Verificación de velocidad para el caudal máximo:

Las velocidades se verifican de acuerdo a las ecuaciones de Manning como se muestra a continuación, en base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7:

K=0.011 d=0.023m V=0.82 m/s

La velocidad se encuentra dentro de los límites.

l/s 8.59 = l/s 5.36 1.6= Q H M ×

1.62474

3.5F 0.1 ==



Verificación de velocidad para el caudal medio:

En base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7:

K=0.008 d=0.018m V=0.71 m/s


Se recomienda utilizar una altura de seguridad ≥ 0.40m, por lo tanto, las dimensiones del canal serán las que se presentan en la tabla siguiente

Dimensiones del canal de entrada

DESCRIPCIÓN UNIDAD DIMENSIÓN


Calado del canal a caudal máximo m 0,023

Calado del canal a caudal medio m 0,018

Altura del canal m 0,400

Longitud del canal m 1,000

b. Aliviadero de entrada El aliviadero se diseñará de acuerdo al Manual de Depuración Uralita:

(Eq: 1A-46)

Donde el caudal máximo (Qmax), resulta de multiplicar 4 veces el caudal medio diario (Qmd).

El coeficiente de dilución se determina de acuerdo a los siguientes casos:

− De 3 a 4 en aliviaderos previo al pretratamiento − De 2 a 3 en pequeñas plantas con aliviadero

Se adopta un coeficiente de dilución de 3 por las características del pretratamiento. Con los datos obtenidos resolvemos en base a la ecuación 1A-46:

Luego se determina la altura del aliviadero de acuerdo a la ecuación 1A-36:

Por seguridad se adopta una altura del vertedero de 0.2 m.

Qmd × ionCoef.diluc × Qmax = v Q

l/s 0 3 =s /m 0.030= 0.0074 × 4 =Qmd × 4=Q 3max

l/s 7.4=s /m 0.0074= s /m 0.0074× 3 =s /m 0.030 = Q × ionCoef.diluc Q=v Q 333mdmax

m 0.043m 0.50×1.64s/ m 0.0074=H

3

=




c. Paso del caudal al desbaste

El paso del caudal hacia el canal de desbaste se lo realizara mediante una tubería, cuyo cálculo hidráulico se hará con formulas de orificios sumergidos. El diámetro calculado es este proceso servirá para todas las tuberías a lo largo del proceso de tratamiento del agua residual.

La ecuación de velocidad para orificios sumergidos de cresta ancha es la siguiente:

(1A-47)

Donde:

Cv = Coeficiente para orificios sumergidos de cresta ancha = 0.82 H = Lámina de agua sobre el orificio. (m) g = gravedad (m/s2)

Considerando la ecuación 1A-30, en la ecuación 1A-47, tenemos:

Con la ecuación del área de una circunferencia se determina el diámetro de la tubería.

(1A-48)

Por lo tanto optaremos por una tubería de PVC q 110 mm a lo largo del proceso de

tratamiento.

d. Dimensionamiento del canal de desbaste y reja

Este canal es muy importante en cualquier proceso de tratamiento, debido a que retiene un gran porcentaje de sólidos en suspensión y cuerpos voluminosos flotantes.

Con la finalidad de que esta unidad trate de evitar en lo posible la entrada de papeles, ramas

pequeñas y otros sólidos pequeños, se diseñará la reja con barras de 1cm y espaciamiento de 2.5 cm. La operación de la reja será manual con una inclinación de 45 grados.

Diseño: en base a las ecuaciones 1A-9 y 1A-10

Según la norma de la SSA -Ecuador la velocidad para caudal medio, en el canal de desbaste debe estar entre 0.4 m/s a 0.75 m/s.

H × g× 2 × v C=V

2m c 63.38=10000)()9.81)(0.20(2×0.82

0.010=

2gH×v CQ

=A

m c 9=π

4)(63.38=

π 4

=dA

barras 2 12.512.55 4n =

+=

( ) m 0.45 m c 5 4 ≈ m c 1 42.5 12.5 12.5

0 3b ==++

=



Verificación de velocidad para caudal medio

Según la norma de la SSA -Ecuador la velocidad para caudal medio, en el canal de desbaste debe estar entre 0.4 m/s a 0.75 m/s, en base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7:

K=0.006 d=0.016m V=0.67 m/s


Verificación de velocidad para el caudal máximo

K=0.008 d=0.021m V=0.77 m/s


Pérdidas de energía en la rejilla

Valores de ß según Kirshmer

b TIPO DE BARRA

2.42 Rectangular con caras rectas


1.79 Circular

Las pérdidas están dadas de acuerdo a la ecuación 1A-29:

hf=0.015m

Área de la reja, en base a la ecuación 1A-30:

A=0.013m2

Tirante de agua en la rejilla en base a la ecuación 1A-31:

y=0.030m

Longitud del canal antes de la rejilla en base a la ecuación 1A-32:

L=0.42m

Se adopta una longitud de 0.50m




Dimensiones de la Rejas


Ancho del canal de entrada m 0,45

Ancho de las barras m 0,10

Separación útil entre barras m 0,25

Longitud m 0,5

Número de barras u 12

f. Desarenador

La función del desarenador es la de separar gravas, arenas, partículas minerales y cualquier otro tipo de material pesado de tamaño superior a 0.15 mm. Se ha utilizado un desarenador de flujo horizontal, formado por dos canales rectangulares en donde circula el agua controlada a una velocidad comprendida entre 0.20 y 0.40 m/s (Velocidad recomendada por la norma de la SSA-Ecuador.

La retirada de los sólidos sedimentados se la realizará manualmente, cuyo proceso se describe

en el manual de operación y mantenimiento de la planta. La velocidad adoptada para el diseño es de 0.25 m/s, y se trabaja con el caudal máximo

horario. El proceso de cálculo es el siguiente:

Área del desarenador en base a la ecuación 1A-30:

A=0.041m2 Como el canal será rectangular se adopta un ancho de 0.40m

Tirante de agua en base a la ecuación 1A-31:

y=0.15m El Manual de Depuración Uralita recomienda:

b = ancho adoptado en el desarenador El valor cumple con el recomendado. Por lo que la altura total del desarenador se detremina en base a la ecuación 1A-8:

Se adopta una altura de 0.40 m

2.7=0.150.40

=hb

a

0.35m=0.20m+0.15m= T H



3m 0.6=1000000

) 5 4 ( 13343=Arena Vol.

Se considera un tiempo de retención igual a 90 segundos y se realiza una limpieza cada 15

días.

Volumen que pasa por el desarenador (Vol)

La cantidad de arena recogida por el desarenador varía de 7.5 a 90m lt por cada 1000 m3 de

agua residual (Petia Mijaylova Nacheva).

Para el diseño se adopta 45 lt por cada 1000 m3 de agua residual, en base a la ecuación 1A-14:

Longitud del desarenador en base a la ecuación 1A-34:

Ld=3.75m

La norma SSA-Ecuador recomienda incrementar la longitud del desarenador en un rango del 30% al 50%. Por lo que la longitud final del desarenador (Lu) se determina en base a la ecuación 1A-15:

Chequeo de la eficiencia hidráulica del desarenador

Volumen útil del desarenador, en base a ecuación 1A-33:

Periodo de retención

El periodo de retención debe ser menor al adoptado de 90 s, se determina en base a la ecuación

1A-35: Tr=77.71s El tiempo de retención es menor.

Dimensiones del desarenador


Ancho del desarenador m 0,4

Altura m 0,4

Altura de sedimentación m 0,2

Longitud total del desarenador m 5,0

m 5 ≈ 4.3m= ) 3.75 ( 50%=u L

3m 0.8=) 0.40 ( ) 0.40 ( 5=) b ( ) T H ( d L=util V




g. Desengrasador

Para el dimensionamiento del desengrasador, la OMS (Organización Mundial de la Salud), recomienda trabajar con una carga hidráulica de 4 l/s.m2 y un tiempo de retención de 4min en caudales de 10 a 20 l/s.

Área del desengrasador en base a ecuación 1A-41:

A=2.57m2 La longitud del desengrasador, se determina en base a la ecuación 1A-18, adoptando un ancho igual a 0.90m

Para determinar la altura se calcula el volumen del desengrasador, en base a la ecuación 1A-19:

La altura del desengrasador, se determina en base a la ecuación 1A-37:

La pendiente del tanque desengrasador será del 15 % para evitar sedimentación en el mismo.

Dimensiones del desengrasador


Base m 0,9

Longitud m 2,0

Altura m 1,0

Pendiente de fondo % 10

m 2m 1.41.50.90l ≈=×=

3rmax m 2=) 0 6 ( ) 4 ( 0.010=T Q=V

m 12.57

2AVh ===



− Diseño hidráulico y dimensionamiento de los humedales de flujo superficial (Ver Anexo 2-A, Pág. 185)

Los parámetros de descarga están guiados de acuerdo a las normas establecidas por el ministerio del medio ambiente, diseño en base a Lara J., 1998.

Datos de diseño

PARÁMETRO VALOR

DBO afluente 140 mg/l

DBO efluente 100 mg/l

SST afluente 349,33 mg/l

NKT afluente 50,73 mg/l

NKT efluente 15 mg/l

Fósforo afluente 2,56 mg/l

Caudal diseño 0.0074 m3/s = 642.02 m3/día

Vegetación Carrizo

Profundidad 0,70 m

Porosidad 0,65

Temperatura máxima del agua residual 25 °C

Temperatura mínima del agua residual 18,4 °C

Diseño para la remoción de DBO Las ecuaciones para su diseño son las siguientes:

20)T (0 2 T (1.06)K=K (Eq: 1A-49)

1 0 2 0.678d=K (Eq: 1A-50)

Donde: KT= Constante de temperatura a 25o K20= Constante de temperatura a 20o

T=Temperatura del agua d=Constante de diseño de 1.06

Remplazando en las ecuaciones 1A-49 y 1A-50, tenemos:

1 20 525 2 d 0.907= ) 1.06 ( 0.678=K




Área superficial requerida para eliminar la DBO

(Eq: 1A-51)

Q = Caudal de diseño en m3/día Co = Concentración del componente en el afluente en mg/l Ce = Concentración del componente en el efluente en mg/l – Normas de descarga de efluentes KT = Coeficiente de temperatura a 250

y = Profundidad de las balsas n = Coeficiente de porosidad

Tiempo de retención hidráulica

(Eq: 1A-52)

Remoción del % de SST Se determina la carga hidráulica

(Eq: 1A-53) Concentración de SST luego del pasar un área de 523 m2

(Eq: 1A-54)

Con la cantidad de SST en el afluente y la concentración calculada para el efluente se

determina que el % de remoción de SST es del 62 %.

Diseño para la remoción de nitrógeno

(Eq: 1A-55)

K25 = Coeficiente de temperatura a 250

T=Temperatura de diseño

( )) n ( ) y ( KC n l C ln Q

= s A T

eo

horas 9 = dias 0.37=642.02

) 0.65 ( 9 0.70 ( 523=TRH

Q)n ( )y ( sA =TRH

cm/dia 22.69 1=) 100 ( 523

642.02 = ) 100 (

s AQ

=H C

( )( ) mg/l 131.08 = 122.69 × 0.00213+0.1139 349.33=e C

H C0.00213+0.1139 o C= e C

( )( ) 1 20 25

25

20 T 5 2

d 0.276= 1.048 0.2187=K

1.048 0.2187=K

( ) 2m 523) 0.65 ( ) 0.70 ( 0.907

) 100 (n l ) 140 (ln 642.02 = sA =



Área requerida para la nitrificación Con la siguiente ecuación se determina el área requerida para eliminar el nitrógeno, se determina en base a la ecuación 1A-51:

Tiempo de retención hidráulica, se determina en base a la ecuación 1A-52:

Verificación de la remoción del nitrógeno total

La carga hidráulica, se determina en base a la ecuación 1A-53:

Se determina el porcentaje de remoción del nitrógeno con la siguiente ecuación

(Eq: 1A-56)

Con la cantidad de nitrógeno total o Kendall en el afluente y la concentración calculada para el efluente se determina que el % de remoción de nitrógeno es del 81 %.

Diseño para la remoción de fósforo

No se determinara el área de diseño para remoción de fósforo, ya que su concentración en el afluente es menor al límite establecido en la normativa ambiental. Sin embargo, es necesario determinar su porcentaje de remoción en función del área del tratamiento. − Cálculo del porcentaje de remoción del fósforo

Para determinar el porcentaje de remoción del fósforo, se busca un valor de concentración de fósforo en el efluente (Ce), para que el área requerida para su remoción sea igual o aproximada a la de la remoción del nitrógeno, que es con el que se diseñará el humedal.

La ecuación para determinar el área para la remoción del fosforo es la siguiente:

pKCeCan l (Q) b

=SA

Coeficiente Kp = 2.74 cm/día Ca y Ce = Concentración de fósforo en el afluente y efluente (mg/l) b = Coeficiente de conversión = 100

( ) 2m 62190.650.700.907

100 / 140 ln642.02As =××

×=

dias 4.41=642.02

) 0.65 ( ) 0.70 ( 6219=TRH

( )( ) mg/l 9.46 = 1.75 10.32 n l 0.61+ ) 50.73 ( 0.193 = t N

1.75 H C ln 0.61 + o N 0.193 = t N

cm/dia 2 3 . 0 1 = ) 100 ( 6219

642.02=H C




Al realizar la iteraciones respectivas se encuentra que Ce = 1.97 mg/l para que el área sea de 6138 m2, que es aproximada a la necesaria para remover el nitrógeno.

De esta manera con la cantidad de fosforo en el afluente y la del efluente determinada en las iteraciones se calcula que el porcentaje de remoción de fósforo es del 23%.

Dimensionamiento de la balsa

Para hacer más eficiente el proceso de tratamiento y además de ocupar el espacio adecuadamente se ha visto conveniente distribuir el área total del humedal en 4 balsas de igual tamaño. Así el área para cada balsa es de 1555m2, además es recomendable según las normas establecidas por el medio ambiente utilizar una relación largo/ancho de 3 a 1. Al dividir el largo establecido de 52 m por el ancho de 30m se tiene una relación igual a 2, por lo que cumple con los parámetros de la norma.

Dimensiones del HFL


Área total m2 6219

Número de balsas u 4

Área de cada balsa m2 1555

Profundidad m 0,7

Ancho de cada balsa m 30

Largo de cada balsa m 52

Período de retención días 4

Diámetro de la tubería mm 110

Material del sistema de distribución y recolección Tubería PVC

Área por habitante 2.51 m2/hab.

Selección de la vegetación

La vegetación es un factor muy importante de los humedales artificiales. Por tanto, la elección de la especie se hará analizando los requerimientos del hábitat de cada una para escoger la que mayores ventajas presente y preferiblemente sean plantas locales adaptadas a las condiciones del sitio.

En este caso se usará una planta de la familia de las gramíneas denominada Phragmites australis (carrizo) por ser una planta que se adecua a las condiciones de temperatura ambiente, pH del suelo (ligeramente acido) y el agua residual de la zona, además tiene la ventaja de tener un bajo valor alimenticio y por tanto no se ve atacadas por animales como otros tipos de plantas.

( ) 2m 6138=2.74

1.97 / 2.56 n l ) 642.02 ( 100=As



En la tabla siguiente se presentan algunas especies de plantas utilizadas en la depuración de aguas residuales y sus requerimientos de hábitat.

Especies emergentes más utilizadas en la depuración de aguas residuales.

FAMILIA NOMBRE LATINO NOMBRE COMUN TEMPERATURA DESEABLE

RANGO EFECTIVO DE

PH

Ciperáceas Carex sp. - 14 a 32 5 a 7.5

- Scirpus lacustris Junco de laguna 18 a 27 4 a 9

Gramíneas Phragmites australis Carrizo 12 a 23 2 a 8

Juncáceas Juncus sp. Juncos 16 a 26 5 a 7.5

Tifáceas Thypha sp. Eneas 10 a 30 4 a 10 Fuente: Tchobanoglous, 2000.




5. HUMEDAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL

En el Anexo 2-A, página 191 se encuentra el plano de Implantación del Sistema de Humedales Artificiales de Flujo Superficial.

− Caudales de las aguas residuales de la ciudad de Pindal Caudal mínimo horario

Su medida corresponde al menor de los caudales aforados, es de gran importancia ya que

durante el diseño de algunas unidades de tratamiento es necesario conocer la velocidad que se genera con el mínimo de los caudales para evitar la sedimentación, el mínimo caudal horario determinado es de 4.37l/s.

Caudal medio horario Corresponde al caudal cuyo valor cuantitativo corresponde a la media entre los caudales

aforados entre los muestreos efectuados, obteniéndose así un caudal de 7.82 l/s.

Caudal máximo horario Se debe contemplar el caudal máximo horario ya que en base a este se pueden generar

velocidades que afecten el proceso depurador de las unidades de tratamiento, de entre los aforos realizados, este caudal corresponde a 9.28 l/s.

Caudal Medio Teórico Corresponde al caudal calculado en base en el consumo de agua potable de la población

servida. Este caudal se determina considerando algunos factores de mayoración, los cuales se seleccionan de acuerdo con las características propias de cada población. Entre estos, tenemos:

Coeficiente de retorno Este coeficiente tiene en cuenta de que no toda el agua consumida dentro del domicilio es

devuelta al alcantarillado, en razón de sus múltiples usos como riego, lavado de pisos, cocina y otros. Se puede establecer, entonces, que solo un porcentaje del total de agua consumida se devuelve al alcantarillado. Este porcentaje es el llamado “coeficiente de retorno”, el que estadísticamente fluctúa entre 60 y 80%. (Normas de la SSA -Ecuador).

El sistema se diseña considerando una población futura de 2070 habitantes, por lo tanto el caudal medio teórico esta dado por la ecuación 1A-1:

2.5l/s86400

) 2070 ( ) 130 ( 0.80QTEO ==



5.16l/s2

2.507.822

QQQ TEÓRICO hor med

DISEÑO DE MEDIO =+

=+

=

l/s92

10.169.282

QQQ teórico máx aforado máx

DISEÑO DE MÁX 72.=+

=+

=

Caudal Máximo Teórico:

El caudal de diseño de la red de alcantarillado sanitario el mismo que se determina a partir de

factores de mayoración del caudal medio diario obtenido durante los aforos, los cuales se seleccionan de acuerdo con las características propias de cada población. Coeficiente de simultaneidad

Permite determinar las variaciones máximas y mínimas que tiene el caudal de aguas

residuales, en relación con las variaciones de consumo de agua potable; depende fundamentalmente del número de habitantes servidos.

La S.S.A recomienda que a falta de datos tomar un valor de 4, cuando el caudal medio diario

sea inferior a 4 l/s. Se pueden emplear ecuaciones empíricas que determinan el coeficiente de mayoración. Una

de esas ecuaciones es la siguiente:

- Ecuación de Harmon: Para poblaciones entre mil y un millón de habitantes. (Eq:1A-58) De aquí que el caudal máximo teórico está determinado por:

sl

medteo máx 10.166= ) 7.82 ( 1.3= ) Q ( S C=Q (Eq:1A-59)

Caudal de Diseño

Corresponde al caudal con el que se diseñaran todas las unidades de tratamiento de las aguas

residuales de la ciudad de Pindal. El caudal medio de diseño corresponde al promedio entre el caudal medio horario y el caudal

teórico calculado.

(Eq:1A-60)

El caudal máximo de diseño corresponde al promedio entre el caudal máximo aforado y el caudal máximo calculado.

(Eq:1A-61)

1.320704207018

P4P18CS =

++

=

++

=




En resumen, los caudales de diseño son:

Caudal Mínimo= 4.37 l/s

Caudal Medio= 5.16 l/s

Caudal Máximo= 9.72 l/s

Dimensiones de la planta Las dimensiones de la planta de tratamiento, están diseñadas por unidades. El área requerida

para toda la planta se desglosa para cada una de sus unidades:

Unidades de pretratamiento (ver anexo 2-A, pag. 192) Obras de Llegada

Son el conjunto de facilidades ubicadas entre el punto de llegada de la tubería que conduce el caudal a la planta y los procesos de tratamiento preliminar.

a. Cajón de entrada

De acuerdo con la normativa de la SSA-Ecuador, es indispensable construir a la entrada de la planta un cajón de entrada de la tubería y que además puede servir para inspecciones.

Debido al diámetro de llegada del emisario de 200mm hacia la planta, se cree conveniente

colocar un pozo o cajón de 0.45 m de ancho por 0.50 m de largo, que tendrá una pantalla para romper la presión de llegada y uniformizar velocidades.

El fondo de este pozo está 15 cm más bajo que el nivel de llegada del emisario (10– 15 cm

según recomendación de la SSA (Ecuador)).

Tiempo de caída: se diseña en base a la ecuación 1A-28:

t=0.175s

Distancia a la que debe ir la pantalla, considerando que la velocidad de descarga es de 0.53m/s.

0.10m)0.53(0.175V.tX === (Eq:1A-62)

Distancia de la pantalla rompe presión adoptada de 0.35m. Altura de la pantalla de 0.45m. Ancho de la pantalla de 0.30m.



b. Canal de llegada

Ancho del canal de llegada adoptado es de 0.45m. (Según Manual de depuración Uralita: 0.30m<b<0.70m)

Este canal será de sección rectangular, con una pendiente adoptada del 1.2% (S ≥ 0.5% Manual de Depuración URALITA)

Según la normativa de la SSA (Ecuador), recomienda las siguientes velocidades:

- V > 0.6 m/s. (A Caudal Medio Qmed.) - V < 2.5 m/s. (A Caudal Máximo Qmáx.)

El canal se construirá con de hormigón simple, por lo que el coeficiente de rugosidad n de

Manning para canales abiertos es de 0.010

Verificación de Velocidad para Caudal Máximo: Se determina en base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7.

K=0.007 d=0.019m V=1.20 m/s

La velocidad debe mantenerse entre los siguientes límites 0.6 – 3.0 m/s (Manual de depuración

Uralita). La velocidad se encuentra dentro de los límites.

Verificación de Velocidad para Caudal Medio: Se determina en base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7.

K=0.0043 d=0.013m V=0.95m/s


Verificación de Velocidad para Caudal Mínimo:

Se determina en base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7. K=0.0034 d=0.011m V=0.90m/s


La normativa de la SSA(Ecuador), recomienda tomar una altura de seguridad ≥ 0.40 m , se

determina en base a la ecuación 1A-8:

0.50mh0.10.0130.4h

T

T

=++=




Altura del Cajón: 0.50m

Ancho del Cajón: 0.45m

Ancho de la Pantalla: 0.30m

Longitud del Cajón: 0.70m

Vista en corte del Cajón de Llegada

c. Cribas

De acuerdo con la normativa de la SSA (Ecuador), es preferible diseñar cribas de limpieza

manual, de acuerdo a las recomendaciones que se indican a continuación:

- Se utilizarán barras de sección circular de 10 mm de diámetro.

- El espaciamiento entre barras varía entre 25 mm y 50 mm. Para un mejor rendimiento, se elige

adoptar un espaciamiento de 25mm.

- Las dimensiones y espaciamiento entre barras deben mantener la velocidad del canal entre 0,4

m/s y 0,75 m/s, para los caudales: mínimo, medio y entre 0.70 m/s y 2,50 m/s para el caudal

máximo.

La cribas se diseñan en base a las ecuaciones 1A-9, 1A-10 y 1A-11.

b=0.60m Nb=16 L=0.35m

Es así también importante conocer el comportamiento de la velocidad del flujo al pasar por el canal de cribado con la finalidad de evitar problemas de sedimentación o erosión.

Para Caudal Máximo: Se determina en base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7.

K=0.0035 d=0.015m V=0.64m/s

La velocidad debe mantenerse entre los siguientes límites (0.4 – 2.50 m/s).



Chequeo de Velocidad; Para Caudal Medio:

Se determina en base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7.

K=0.002 d=0.01m V=0.50m/s


Para Caudal Mínimo: (Para evitar velocidades que faciliten la sedimentación) Se determina en base a las ecuaciones 1A-5, 1A-6 y 1A-7.

K=0.0015 d=0.01m V=0.43m/s


Tabla : Pérdidas de Energía en la Rejilla (Según Kirshmer):

b Tipo de Barra

2.42 Rectangular con cara recta


1.79 Circular

Fuente: Manual de depuración Uralita

Por lo tanto, para nuestro diseño b=1.79 Pérdida de energía:

0.02m2(9.81)0.64

2gvhv

22

=== (Eq: 1A-63)

Las pérdidas en la rejilla, se determina en base a la ecuación 1A-29:

H=0.010m

Pérdidas en la rejilla (Según EX – IEOS (Ecuador): Hmín=0.15m), por lo que se adopta

H=0.20m.




Área de la Rejilla: se determina en base a la ecuación 1A-30:

A=0.015m2

Tirante de agua en la rejilla: se determina en base a la ecuación 1A-31:

y=0.025m

Altura de la rejilla: se determina en base a la ecuación 1A-8:

Hrej= 0.025 + 0.10 + 0.20 = 0.325m

La altura calculada para la rejilla, es muy baja por lo que se considera adoptar una altura de 0.50m.

Longitud de la Rejilla: se determina en base a la ecuación 1A-32:

L=0.60m Volumen de agua que pasa por la rejilla durante 1 día de operación, la siguiente ecuación resulta de despejar el volumen de la ecuación 1A-13:

3m81.389 (86400) 10009.72QtVol ===

Material cribado retenido según aberturas de cribas

Abertura (mm) Cantidad (a) (l/m3)

20 0.038

25 0.023

30 0.023

40 0.009

Fuente: Normativa SSA-Ecuador (Tabla X.4) Volumen del material retenido durante un día de operación:

( ) ( ) 33

3m

lMT 0.19m

l 10001ml 19.31m 839.810.023Vol αV 3 =

===

(Eq: 1A-64)

En resumen, las dimensiones del canal de cribado son:

Altura del Canal de Cribado: 0.50m Ancho del Canal de Cribado: 0.60m Longitud del Canal de Cribado: 0.70m Inclinación de la Rejilla: 60º Diámetro de los barrotes: 10mm Espaciamiento entre barras: 25mm Número de barras: 16



d. Desarenador

En toda planta de tratamiento es indispensable proteger las unidades aguas abajo contra la acumulación de arena. Se considero diseñar un desarenador de flujo horizontal, para el cual se debe controlar y mantener la velocidad de flujo alrededor de 0.3 m/s (+/- 20%) según recomendaciones de la SSA-Ecuador: 0.24m/s < V < 0.35m/s.

− La velocidad adoptada para el presente diseño es: V = 0.30 m/s. − El diámetro de las partículas a sedimentar es de 0.15mm.

Área del Desarenador: se determina en base a la ecuación 1A-30:

20.032m0.30

0.00972A ==

El desarenador a diseñar es de forma rectangular, con doble cámara para mayor rendimiento y para facilitar las operaciones de operación y mantenimiento, el ancho adoptado para cada cámara del desarenador es de 0.40m, con una pantalla divisoria entre ellos de 0.15m de espesor.

La transición desde la rejilla hasta el desarenador, considera un ancho del desarenador igual a:

Bdes = 2(0.40) + 0.15 = 0.95

Longitud de transición al desarenador: se determina en base a la ecuación 1A-11:

L=0.80m Para determinar el tirante de agua, y durante cálculos posteriores se considera solamente el

ancho de las dos cámaras del desarenador, ignorando el espesor de la pantalla que los divide.

Tirante de Agua: se determina en base a la ecuación 1A-1:

ha=0.04m

Se considera b=0.80m porque si bien es un desarenador, éste es de doble cámara de 0.40m cada una por lo que el ancho total del desarenador es 0.80m.

Altura de sedimentación (hs), de acuerdo con la normativa de la SSA(Ecuador) es de mínimo

0.20m, se determina en base a la ecuación 1A-8:

HT = 0.20 + 0.04

HT » 0.25m

De acuerdo con el Manual de Depuración Uralita, para el diseño de un desarenador, se debe

considerar la siguiente relación:

5hb1 <<

OK30.250.80

hb

⇒== 33.




En la normativa de la SSA-Ecuador, se establece que el tiempo de retención del flujo en el

desarenador va de 30 a 90s, y el periodo de limpieza del mismo de 10 a 30 días. Se considera un tiempo de retención =90s y se realizará su limpieza cada 15días. Volumen máximo de agua que pasa por el Desarenador a los 15 días, para lo cual se despeja

el volumen de la ecuación 1A-13:

( ) 3m12.125971510008640072.9Vol =

=

La cantidad de arena recogida por el desarenador, varía de 7,5 a 90 lts por cada 1000 m³ de AR.

Se adopta que el desarenador recoge 45 lts por cada 1000 m³ de AR. Volumen de Arena Recogida por el Desarenador, se determina en base a la ecuación 1A-14:

( ) 3m57.01000000

4512.25971arena Vol ==

Según la norma de la SSA-Ecuado se debe considerar una tasa de aplicación del desarenador entre 25m/h y 50m/h, por lo que se adopto una tasa de aplicación (Ts) de: 30m/h.

Área superficial del Desarenador: se determina en base a la ecuación 1A-30:

( ) 2m17.1301000360072.9A =

=

Longitud del Desarenador: se determina en base a la ecuación 1A-34:

3.0m2.96m0.24(0.80)

0.58Ld ≈==

Según la normativa de la SSA-Ecuador se debe incrementar la longitud del desarenador entre

el 30% y 50%. El incremento adoptado es del 40%.

Longitud última del desarenador: se determina en base a la ecuación 1A-15:

( ) m410040131LLu 20 .. =

−=∇−=

Según la normativa de la SSA -Ecuador, la relación entre el largo y la altura del desarenador

debe ser mínimo de 25.



Cumple 2517.5

250.244.2

25HtL

No ⇒≥

≥

≥

Entonces, la longitud total del desarenador está dada por:

6m 25(0.24)25Ht L ===

Chequeo de la Eficiencia Hidráulica del Desarenador: Volumen útil del desarenador, para cada cámara:

30.48m20)6(0.40)(0.L(Hs)(b)Vútil ===

Periodo de retención: se determina en base a la ecuación 1A-35:

50s0.00972

0.48Q

VútilTr ===

El periodo de retención debe ser menor o igual al periodo de retención adoptado para el diseño.

enteEficientem Trabaja rDesarenado 905TrTr adoptado

⇒≤

≤

0

Dimensiones del Desarenador:

- b = 400 mm. - BL=100 mm. - HT=500 mm. - L = 6.00 m.

e. Compuertas de entrada y salida del desarenador

Para poder realizar la limpieza de sedimentos, se construirán dos canales desarenadores de iguales dimensiones, asumiendo que una de las unidades está fuera de operación, y se colocan compuertas a la entrada y a la salida de cada cámara con la finalidad de evitar la corriente de retorno; las características geométricas de las compuertas son:

Ancho de la compuerta = 0.40 m + 2 (0.05) m = 0.50 m. Altura de la compuerta = 0.50 m + 0.05 = 0.55 m.




f. Desengrasador

Es una estructura rectangular de funcionamiento mecánico para flotación, se basa en el método de separación gravitacional, el cual aprovecha la baja velocidad del agua y la diferencia de densidades entre el agua y las grasa para realizar la separación, adicionalmente realiza, en menor grado, retenciones de sólidos.

Para la remoción de aceites animales o minerales (hidrocarburos), con una densidad de

alrededor de 0,8 kg/l, se debe proveer una permanencia de:

Periodo de Permanencia en el Desengrasador

Tiempo de Permanencia (min) Caudal (l/s)

3 < 10

4 10 – 20

5 > 20

Fuente: Normativa SSA-Ecuador

La carga superficial recomendada es de 4 l/(s.m2) y el área se determina para el caudal máximo horario. Los desengrasadores tienen una relación largo/ancho de 1,8 a 1. (SSA-Ecuador, 1998).

De lo expresado anteriormente, para un caudal máximo de 9.72 l/s le corresponde un tiempo

de permanencia de 3minutos.

Superficie del Desengrasador: se determina en base a la ecuación 1A-41:

22.43m4

9.72CSQA ===

Se adopta una relación largo/ancho de 1.5, por lo tanto el ancho del desengrasador se

determina en base a la ecuación 1A-18:

1.27m1.5

2.431.5Ab ===

Siendo 1.30 en ancho calculado para el desengrasador se decide adoptar un ancho de 2m.

Longitud del Desengrasador:

3m1.5(2)1.5(b)L ===



Altura del Desengrasador:

0.30m2m(3m)

10009.72

3min(60s)

bLTR(Q)h

3msl

=

== s (Eq:1A-65)

Dado que la altura calculada es muy pequeña, se adopta una altura de 1.5m con la finalidad de

facilitar operaciones de mantenimiento.

Dimensiones del Desengrasador:

- b = 2m - H= 1.5m - L = 3m - TR= 3 min.

g. Diseño humedal de flujo subsuperficial (HSS)

Dentro del diseño de los HSS, se debe considerar varios parámetros que incluyen: tiempo de permanencia hidráulica, profundidad y geometría del humedal (ancho y longitud), así también la concentración de DBO5, Sólidos Suspendidos, Nitrógeno y Fósforo, considerando que el tamaño de los HSS es determinado por el contaminante que requiere la mayor área para su remoción. A continuación se presentan algunos parámetros de diseño para HSS, en base a Lara J., 1998:

Parámetros indicativos para el diseño de HSS

Parámetro de Diseño Unidad HSS Tiempo de retención Hidráulica d 3 – 15 Profundidad del Humedal m 0.30 – 0.90 Carga Hidráulica m3/m2.d 0.014 – 0.046 Superficie Específica Ha/(103 m3/d) 7.1 – 2.15 Pendiente % < 5

Fuente: Folleto informativo de Tecnologías de aguas residuales EPA

Así también, se debe considerar el material filtrante dentro del lecho, dadas las características de este de acuerdo con su granulometría:




Características típicas de los medios para HSS

Tipo de material Tamaño efectivo D10 (mm)

Porosidad (n)

Conductividad Hidráulica (k) m3/m2.d

Arena gruesa 2 28 – 32 100 – 1000

Arena gravosa 8 30 – 35 500 – 5000

Grava fina 16 35 – 38 1000 – 10000

Grava media 32 36 – 40 10000 - 50000

Roca gruesa 128 38 - 45 50000 - 250000

Fuente: Depuración de Aguas Residuales con Humedales Artificiales (Lara J., 1999).

La selección del medio granular del lecho conjuntamente con la selección de la cubierta vegetal, desempeña un papel fundamental en el proceso de depuración, ya que transfiere oxígeno a la parte inferior de los depósitos de tratamiento a través de raíces y rizomas, y proporciona un medio situado

por debajo de la superficie libre del agua para el soporte de los microorganismos responsables de gran parte del tratamiento biológico.

En los sistemas de terrenos pantanosos se utilizan plantas emergentes, arraigadas en el suelo

o en el medio granular de soporte, que emergen o penetran la superficie libre del agua, para el diseño se debe considerar la profundidad de penetración de raíces y rizomas en sistema.

Características típicas de especies vegetales para HSS

Especie Vegetal Profundidad de la Raíz (cm)

JUNCOS 30

ENEAS 60

PHRAGMITES > 75

Fuente: Manual de Fitodepuración (BEASCOCHEA E., 2009)

Juncos (SCIRPUS)

Los Scirpus son plantas de climas templados, que prosperan en posiciones soleadas, tolerando un amplio rango de pHs (4-9). La temperatura media óptima para su desarrollo está dentro del intervalo 16-27ºC. En cuanto a su tolerancia a la contaminación, se puede indicar que en general soportan bien los niveles normales de contaminación orgánica de las aguas residuales domésticas. (BEASCOCHEA E., 2009).



Eneas (TYPHACEAE)

El rango de temperaturas en que se desarrollan es de 10 a 30ºC, existiendo diferencias entre especies. Pueden aplicarse en sistemas de flujo superficial, aprovechando su condición de helófita (especie pantanosa), en flujo sub-superficial, como plantas arraigadas en la grava, y en sistemas acuáticos en flotación inducida, optimizando el papel filtrante de su sistema radicular, las eneas son las plantas más eficaces para la depuración. Su eficacia depende de los factores condicionantes del crecimiento de las plantas (básicamente, temperatura y radiación). Tienen un producción de 13 kg de biomasa total (aérea + sumergida, materia seca) por m2 y año. Las extracciones se estiman en función de los contenidos de nutrientes en las distintas fracciones de la planta; pueden llegar a ser del orden de 180 g N/m2 y 27 g P/ m2. (BEASCOCHEA E., 2009).

Phragmites Australis (GRAMINEAS)

Phragmites Australis, es una planta acuática perteneciente a la familia de las gramíneas, cuyas características morfológicas recuerdan a la caña común, que es una planta terrestre muy conocida, siendo el carrizo la especie vegetal de mayor distribución conocida a nivel mundial de entre todas las plantas superiores, dado que se encuentra en todos los continentes, excepto en la Antártida. Esta planta herbácea perenne, erecta, muy robusta, que puede alcanzar más de 3 m de altura, es similar al de la caña común y los bambús.

El carrizo se desarrolla bien tanto en aguas no contaminadas como en aguas alteradas de naturaleza orgánica, alcalina o salina. En aguas no contaminadas su crecimiento es mayor, pero en esos medios resulta frecuentemente desplazado por otras especies más competitivas (juncos). Sin embargo, su gran tolerancia a medios alterados hace que desplace muy eficazmente otras especies, y que se extienda rápidamente. Su expansión se relaciona con el incremento en la contaminación mineral de las aguas (especialmente nitratos), y el aumento de su salinidad.

Existen numerosos trabajos de investigación sobre el carrizo, que indican que la tolerancia a distintos parámetros de contaminación es muy amplia, pudiendo además relacionarse con las características particulares del ecotipo. Hay estudios que refieren valores para el influente del orden de 500 mg O2/l de DBO5, 60 mg/l de N total, 20 mg/l de N-NH4 y 14 mg/l de P total.

El carrizo se utiliza como helófita en los humedales artificiales de flujo superficial y

subsuperficial de manera prácticamente generalizada, porque es una planta muy rústica, con amplia variabilidad entre ecotipos. En los sistemas de flujo superficial tiene la ventaja sobre las eneas de que sus rizomas penetran verticalmente, y más profundamente, en el sustrato o fango del humedal, con lo que el efecto oxigenador por liberación de oxígeno desde los rizomas es potencialmente mayor.

La productividad del carrizo varía ampliamente entre los diferentes ecotipos; se indican cifras

superiores a 50 t de peso seco por ha y año, en donde aproximadamente el 44% corresponde a la biomasa aérea. La capacidad de extracción de nutrientes puede estimarse en función de la composición de sus tejidos; la biomasa aérea contiene aproximadamente 1.1% de nitrógeno y 0.12% de fósforo, y la subterránea 1.0% N y 0.15% fósforo. (BEASCOCHEA E., 2009).

En función de lo expresado anteriormente, se decidió que la especie vegetal que se empleará

para el diseño es el Carrizo, vegetación que se encuentra en la ciudad de Pindal.




Dentro del proceso de diseño, corresponde seleccionar la profundidad del HSS, para la siembra de carrizos. Considerando que la grava que se encuentra en contacto con la atmósfera se está parcialmente mojada, y una capa de residuos de vegetación que cubren el humedal.

De aquí que se ha considerado lo siguiente:

Profundidad del HSS 0.90 m

Grava parcialmente húmeda 0.08m

Vegetación 0.15m

Se ha seleccionado el tipo de Grava Media:

Tamaño Efectivo 32mm

Porosidad 38 %

Conductividad Hidráulica 25000 m3/m2.d

Siendo la temperatura media del agua determinada durante los aforos de 23,8ºC, se determina la temperatura en el humedal que por lo general tiende a bajar 1ºC. (Lara J., 1999).

Cº 23 C22.8º = 1 - 23.8 = 1 - Agua Temp=Humedal Tem ≈ (Eq:1A-65)

De aquí que la constante de temperatura en el humedal se determina en base a la ecuación 1A-49:

( ) ( ) 32106110410611041 20232023 ..... === −−TK

Para el diseño del humedal, se emplea el caudal en unidades de m3/día.

5.16 L

x 1m3

x 86400 s

= 445.82 m3

s 1000 L 1 Día Día

Remoción de la DBO5

Considerando la concentración de DBO5, se determina la superficie necesaria para su remoción, y una concentración en el Efluente de 100mg/l de acuerdo con el límite máximo permisible de DBO5 para reutilización en la agricultura según la normativa del medio ambiente, en base a la ecuación 1A-51:

( ) ( )[ ]

2923.62mAs)38.0)(90.0(32.1

100Ln238.18Ln445.82As

=

−=



Considerando la superficie del humedal, su profundidad, carga de caudal y porosidad del medio filtrante se determina el periodo de retención hidráulica, en base a la ecuación 1A-52:

1día0.66día445.82

0)(0.38)923,62(0.9TRH ≈==

Teniendo en cuenta la última capa de grava y la capa de residuos que cubren el humedal se

debe determinar el coeficiente de transferencia de calor.

Tabla de conductividad Térmica de los componentes de un HSS

MATERIAL K (W/mºc)

Capa de restos de vegetación 0.05

Grava seca (25% de humedad) 1.50

Grava Saturada 2.00

Suelo Seco 0.80

Hielo (a 0ºC) 2.21 Fuente: Depuración de Aguas Residuales con Humedales Artificiales (Lara J., 1999).

Por lo que el coeficiente de calor esta dado por:

80.2

20.90

1.50.08

0.05O.15

1

KY

KY

KY

1U

3

3

2

2

1

1

=++

=++

=

(Eq: 1A-67)

Donde:

Y1,2,3: Espesor de cada una de las capas que componen el HSS K1,2,3: Conductividad Térmica de cada capa.

Considerando este coeficiente de calor, se calcula el cambio de temperatura en el humedal:

( )( )( )( )( )nyQCp

86400TRHTaireTaguaUTc −=

(Eq: 1A-68)

Donde: T agua: Temperatura del agua residual tomada durante los aforos (23.8ªC) T aire: Temperatura del aire, obtenida del análisis hidrológico (22.34 ºC) Cp: Capacidad de Calor Específico del AR (4215 J/Kg ºC)




24m ≈ 23.36m=

225000 (0.02) 2

) 461.81 ( / 445.820.90

1=(Ks) (J) humNº

Q/Apy1=W

( ) ( )( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

C0.034º=Tc0.38 0.90 445.82 421586400 1 22.3423.8 0.28

=Tc

n y Q Cp86400 TRH aire Tagua T U

=Tc

De aquí que la temperatura del efluente está dada por:

C23.75º0.03423.78TcTaguaTe =−=−= (Eq: 1A-69)

La temperatura promedio en el humedal será de:

C23.77º2

23.7523.782

TeTaguaTw =+

=+

= (Eq: 1A-70)

La temperatura promedio en el humedal debe ser menor o igual a la temperatura del afluente.

Tw ≤ Tafluente 23.77 ≤ 23.78 Þ CUMPLE

Para una mejor eficiencia del sistema y facilitar operaciones de mantenimiento se diseñan dos

humedales, por tanto la superficie de cada humedal es:

2461.81m2

923.62humNºAsAp ===

(Eq: 1A-71)

Ancho de cada humedal:

(Eq: 1A-72) Longitud del Humedal:

19m19,24m24

461.81WApL ≈===

(Eq: 1A-73)

En tal caso, para la remoción de la DBO5, se necesitan dos humedales con las siguientes características para cada uno:

- Ancho : 24 m - DBO5 afluente: 238.18 mg/l - Largo : 19 m - DBO efluente: 100.00 mg/l - Profundidad: 0.90m - Remoción: 60% - T.R.H: 1 día



Remoción de Sólidos Suspendidos

Para determinar la remoción de sólidos en el humedal, se debe considerar la velocidad del flujo en el humedal en función de la cual se efectuara la sedimentación.

Velocidad del flujo, en base a la ecuación 1A-53:

díacm51.82(100)

860.40445.82CH ==

Concentración de Sólidos en el efluente:

( )[ ]( )[ ]

lmg 19.73=Ce

) 51.82 ( 0.0014 +0.1058 110.60=Ce ) CH ( 0.0014 +0.1058 SS=Ce

(Eq: 1A-74)

La normativa base permite una concentración de sólidos suspendidos de hasta 100mg/l.

- SS afluente: 110.60 mg/l - SS efluente: 19.73 mg/l - Remoción: 80 %

Remoción de Nitrógeno

Para la eficiente remoción del nitrógeno en un humedal se debe considerar la temperatura del agua dentro del humedal, para llevar a cabo los procesos de desnitrificación.

Constante de temperatura en el humedal, en base a la ecuación 1A-55:

( ) ( ) 0.2517=1.0480.2187=1.0480.2187=K 20 2320 TT

Superficie necesaria para la remoción de Nitrógeno, considerando que se tiene una

concentración de 51.05 mg/l y que el límite máximo permisible en la norma es de 15 mg/l, en base a la ecuación 1A-51:

26342.41m=8)(0.90)0.2517(0.3

1551.05LN445.82

=As

El tiempo de retención hidráulica del flujo para la remoción del nitrógeno, en base a la ecuación

1A-52:

5días ≈4.86días=445.82

90)(0.38)6342.41(0.=TRH




La superficie de 6342.41m2 y el TRH de 5 días, consideran que en el humedal solamente radica el vertido, ignorando tanto la grava como la vegetación presente, considerando estos factores, el diseño es da como sigue:

Primeramente se determina la concentración de Nitrógeno como Nitrato en el efluente, dado

que el Nitrato permanece en el agua para ser absorbido por medio de la vegetación, en este diseño en particular el carrizo lo absorbe por vía radicular y lo utiliza para formar sus proteínas. La desnitrificación del nitrato a nitrógeno gaseoso, se produce en condiciones anaerobias por microorganismos que utilizan el nitrato como aceptor de electrones y el carbono orgánico como donante electrónico; es decir, son condiciones indispensables la ausencia de oxígeno y la disponibilidad de carbono orgánico. (BEASCOCHEA E., 2009)

La concentración de nitratos en el efluente, se determina en base a la ecuación 1A-54,

considerando que la concentración de nitratos en el afluente es de: 7.60 mg/l.

( )l

mg2.23=Ce

) ) 5 ( 0.2516 EXP(- 7.60=Ce

Para determinar la superficie requerida para la remoción del nitrato se muestran los dos

cálculos realizados, considerando el 50 y 100% de obstrucción del humedal a causa de las raíces. 50% de obstrucción: Constante de obstrucción al 50%.

08288050 .)( =

=2.6077

100500.3922+0.01854K

Superficie del humedal, en base a la ecuación 1A-51:

2(50) 19262.52m

38)(0.90)0.08288(0.15

51.05LN445.82As =

=

Tiempo de Retención Hidráulica, en base a la ecuación 1A-52:

15días14.66días445.82

.90)(0.38)19262.52(0TRH ≈==

Concentración de Nitratos en el Efluente, en base a la ecuación 1A-54:

( )l

mg2.23Ce

88(15))EXP(-0.0827.60Ce

=

=



100% de obstrucción:

Constante de obstrucción al 100%.

0.410741001000.3922+0.01854K

2.6077

(100) =

=

Superficie del humedal, en base a la ecuación 1A-51:

2(100) 3887.05m

38)(0.90)0.41074(0.15

51.05LN445.82As =

=

Tiempo de Retención Hidráulica, en base a la ecuación 1A-52:

3días2.98días445.82

90)(0.38)3887.05(0.TRH ≈==

Concentración de Nitratos en el Efluente, en base a la ecuación 1A-54:

( )l

mg2.23Ce

74(3))EXP(-0.4107.60Ce

=

=

Características del proceso de diseño:

- NT afluente: 51.05 mg/l - Nitratos afluente: 7.60 mg/l - NT efluente: 15.00 mg/l - Nitratos efluente: 2.23 mg/l - Remoción: 70 % - Remoción: 70 %

Remoción de Fósforo El fósforo, se acumula en los sedimentos, cuando no es constituyente de organismos. Así

pues, el principal mecanismo de remoción de fósforo de las aguas residuales necesariamente está basado en la acumulación en sedimentos y biomasa; la vegetación contribuye a la remoción del fósforo, siempre y cuando la biomasa se retire del sistema.

La remoción del fósforo en los humedales artificiales requiere de un proceso que exige grandes

superficies, en este caso se tiene una concentración en el efluente de 5.31 mg/l, la normativa permite una concentración de 10 mg/l, de acuerdo a esto la remoción de fósforo no es un factor limitante del diseño. Para constancia del proceso de diseño se calculó la superficie necesaria para la remoción del fósforo, donde se adopto una concentración en el efluente de 5.00 mg/l.




Basándose en el análisis de los datos de la North American Data Base, Kadlec ha propuesto

una constante de primer orden igual a 10 m/año para estimar la remoción de fósforo en un sistema de humedales artificiales. Los 10 m/año equivalen a 2.74 cm/día. (Lara J., 1999)

Esta constante se usa en la siguiente ecuación para calcular la Carga Hidráulica promedio

anual: (Eq:1A-75)

díacm

PP

3.07CH5

2.74EXP5.31CH

Ce2.74EXPCaCH

=

−=

−=

Superficie requerida para la remoción de fósforo, en base a la ecuación 1A-51:

( )2978.76m

2.74

1005

5.31LN445.82As =

=

Periodo de Retención Hidráulica, en base a la ecuación 1A-52:

1día0.78día445.82

0)(0.38)978.76(0.9TRH ≈==

De acuerdo con el cálculo presentado, si se requiere una concentración en el efluente menor a

la adoptada de 5 mg/l, la superficie aumentara radicalmente.

Superficie de Diseño:

La superficie de diseño corresponde a la de mayor magnitud entre las calculadas:

Superficie para Remoción de DBO: 923.62 m2

Superficie para Remoción de NT (50% raíces) 19262.52 m2

Superficie para Remoción de NT (100% raíces) 3887.05 m2

Superficie para Remoción de PT: 978.76 m2



De las superficies expuestas anteriormente, la de mayor magnitud es la necesaria para la

remoción del Nitrógeno Total con una obstrucción por raíces del 50%, pero se debe tener presente que la obstrucción por raíces es del 100% considerando la grava que conforma el lecho del humedal, por tanto la superficie de diseño es de 3887.05 m2, en base a la ecuación 1A-71:

21943.52m2

3887.05Ap ==

Ancho de cada humedal, en base a la ecuación 1A-72:

47m

2250002(0.02)

1943.52445.82

0.901W =

=

Longitud del Humedal: en base a la ecuación 1A-73:

42m47

1943.52L ==




Anexo 3-A


La tabla 3A-1 detalla el resumen de las precipitaciones medias mensuales y en la Figura 3A-1 se muestra las variaciones, por lo tanto, en los meses de diciembre hasta mayo existen lluvias constantes, esto ocurre en la época de invierno, mientras que en los meses de junio hasta noviembre son relativamente secos, es temporada de verano. Además, en los dos últimos meses del año se obtiene el comienzo del crecimiento de las lluvias.

Tabla 3A-1. Precipitaciones Medias Mensuales


ENER

O

FEBR

ERO

MAR

ZO

ABRI

L

MAY

O

JUN

IO

DICI

EMBR

E

AGO

STO

SEPT

IEM

BRE

OCT

UBR

E

NO

VIEM

BRE

DICI

EMBR

E

Precipitación (mm/mes) CELICA 58.4 52.3 60.3 58.4 62.2 59.9 62.2 62.0 60.6 62.6 61.5 60.8 GONZANAMÁ 63.6 57.5 63.6 62.6 65.9 63.0 65.0 66.1 64.9 64.9 64.9 66.2 OLMEDO 23.0 22.8 22.6 22.8 22.9 23.0 23.0 23.3 23.4 23.4 23.3 23.1 ZAPOTILLO 150.1 136.9 148.4 139.7 134.4 106.4 99.0 101.6 115.6 101.6 130.8 145.7 PINDAL 24.2 24.5 24.3 24.2 23.7 22.7 22.3 22.9 23.3 22.9 23.8 24.1

Fuente: El Autor

Figura 3A-1.

Precipitación Media Mensual Fuente: El Autor



Los datos obtenidos en la Tabla 3A-2 presenta la temperatura media mensual. La Figura 4A-2 indica la variación de la misma, expresado en grados centígrados. Las consecuencias de la temperatura dependen de la latitud, altitud, relieve, etc. de cada ciudad.

Tabla 3A-2. Temperaturas Medias Mensuales


ENER

O

FEBR

ERO

MAR

ZO

ABRI

L

MAY

O

JUN

IO

JULI

O

AGO

STO

SEPT

IEM

BRE

OCT

UBR

E

NO

VIEM

BRE

DICI

EMBR

E

Temperatura Media (oC) CELICA 14.8 14.7 15.2 15.3 17.7 15.7 15.7 15.7 15.7 15.6 15.6 15.1 GONZANAMÁ 16.5 16.6 16.7 16.9 17.2 17.1 17.2 17.2 17.2 17.1 17.0 16.9 OLMEDO 23.0 22.8 22.6 22.8 22.9 23.0 23.4 23.4 23.4 23.3 23.2 23.1 ZAPOTILLO 27.2 27.5 27.3 27.0 26.3 24.2 25.4 25.4 25.4 24.3 26.1 26.7 PINDAL 24.2 24.5 24.3 23.7 23.7 22.3 23.3 23.4 23.3 23.4 23.8 24.1

Fuente: El Autor

Figura 3A-2.

Temperatura Fuente: El Autor

Los datos de la Tabla 4A-3 presentan las velocidades de los vientos medios mensuales y en la Figura 4A-3 se muestra las variaciones de los vientos.

Tabla 3A-3. Velocidades Medias Mensuales del Viento


ENER

O

FEBR

ERO

MAR

ZO

ABRI

L

MAY

O

JUN

IO

JULI

O

AGO

STO

SEPT

IEM

BRE

OCT

UBR

E

NO

VIEM

BRE

DICI

EMBR

E

Vientos (m/s) CELICA 3.2 2.9 3.3 3.1 4.3 4.5 4.2 4.9 4.6 4.6 4.7 3.9 GONZANAMÁ 0.9 1.0 0.9 1.1 1.2 1.9 2.1 2.6 1.6 1.4 1.1 0.9 OLMEDO 3.2 2.9 3.3 3.1 4.3 4.5 4.2 4.9 4.6 4.6 4.7 3.9 ZAPOTILLO 3.7 3.0 2.7 2.2 3.0 3.0 3.8 4.4 5.6 5.6 6.3 5.7 PINDAL 3.5 3.5 3.5 3.5 3.4 3.4 3.2 3.3 3.4 3.4 3.4 3.5




Fuente: El Autor

Figura 3A-3.

Velocidad del Viento Fuente: Los Autores

La Tabla 3A-4 se presenta los datos mensuales de evapotranspiración potencial (ETP) y en la Figura 3A-4 muestra las variaciones de la misma, expresado en milímetros por mes.

Tabla 3A-4. Evapotranspiración Media Mensual


ENER

O

FEBR

ERO

MAR

ZO

ABRI

L

MAY

O

JUN

IO

JULI

O

AGO

STO

SEPT

IEM

BRE

OCT

UBR

E

NO

VIEM

BRE

DICI

EMBR

E

Evapotranspiración (mm/mes) CELICA 58.4 52.3 60.3 68.4 62.2 59.9 62.2 62.0 60.6 62.6 61.5 60.8 GONZANAMÁ 63.6 57.5 63.6 62.6 65.9 63.0 66.1 66.1 64.9 66.8 64.9 66.2 OLMEDO 23.0 22.8 22.6 22.8 22.9 23.0 23.3 23.3 23.4 23.3 23.2 23.1 ZAPOTILLO 150.1 136.9 148.4 139.7 134.4 106.4 101.6 99.0 115.6 121.3 130.8 145.7 PINDAL 24.2 24.5 24.3 24.2 23.7 22.7 22.3 22.3 23.3 23.4 23.8 24.1

Fuente: El Autor

Figura 3A-4.



Evapotranspiración Media Mensual Fuente: El Autor

La evapotranspiración potencial de un sitio, donde se tiene registro de precipitaciones permite

establecer su balance hídrico. Entonces, el “exceso” de agua es un promedio de todos los meses del año, cabe recalcar que en la temporada de invierno es donde se produce el exceso de agua. Mientras que el “déficit” de humedad es una promedio durante todo el año, en la época de verano es donde existen valores de déficit de agua.

Tabla 3A-5. Balance Hídrico de las Cabeceras Cantonales en Estudio


Precipitación (mm/mes)

Evapotranspiración (mm/mes) Exceso de agua Déficit o Sequía

CELICA 105.97 60.1 61.69 -15.83 GONZANAMÁ 96.73 61.86 38.13 -5.55 OLMEDO 73.45 94.27 10.45 -19.77 ZAPOTILLO 60.48 128.52 3.22 -70.23 PINDAL 94.59 99.28 26.57 -18.48

Fuente: El Autor

Figura 3A-5.

Balance Hídrico de las Cabeceras Cantonales en Estudio Fuente: El Autor

En base a los datos obtenidos en la Tabla 4A-5, se analizó cada uno de los parámetros del balance hídrico. Por lo tanto, en Celica se obtiene una precipitación de 105.97 mm/mes y una evapotranspiración de 60 mm/mes. Además existe un déficit de agua de -15mm/mes desde julio hasta noviembre y el exceso de agua se visualizó desde enero hasta mayo, con un valor de 61.10mm/mes.

En la ciudad de Gonzanamá se obtiene un déficit de agua en los meses de agosto y

septiembre con un valor promedio de -5,55 mm/mes durante todo el año y un exceso de 38.14 mm/mes desde enero hasta abril.

Mediante el análisis de los resultados del balance hídrico se obtuvo un déficit de agua en los

meses de junio hasta enero, con un valor promedio de -70.23 mm/mes en la ciudad de Zapotillo, este efecto se debe a las condiciones climáticas de la zona como bajas precipitaciones, elevada evapotranspiración y poco exceso de agua.




En Pindal se obtuvo una precipitación de 94.59 mm/mes y una evapotranspiración de 99.28 mm/mes. Además existe un déficit de agua de -18.48 mm/mes desde junio hasta noviembre y el exceso de agua ocurrió desde febrero hasta abril, con un valor de 26.57 mm/mes.

Tabla 3A-6. Zonificación Climática de Thorntwaite


Coeficiente Clasificación Descripción

S D n Im ETP CELICA 740.2 189.9 721.3 86.8 60.1 B4, B'1 Húmedo Mesotérmico GONZANAMÁ 457 66.9 770.2 54.2 64.2 B2, B'1 Húmedo Mesotérmico

OLMEDO 87.4 237.2 1131 -4.9 94.3 C1, B'3 Subhúmedo Seco Mesotérmico

ZAPOTILLO 38.6 842.9 1530 -30.5 127.5 D, A' Semiárido, Mesotérmico

PINDAL 318.8 221.8 1191 15.6 99.3 C2, B'3 Subhúmedo Mesotérmico Fuente: El Autor

La Tabla 3A-6 muestra la zonificación climática de Thornthwaite. Por lo tanto, se describe un

clima húmedo, mesotérmico en las ciudades de Celica y Gonzanamá. Mientras que en Pindal se tiene un clima subhúmedo, mesotérmico.

El siguiente tipo de clima que se determinó es subhúmedo seco en las ciudades de Olmedo y en Zapotillo se obtiene un clima semiárido, mesotérmico.



Anexo 4-A

ECUACIONES UTILIZADAS

NO NOMBRE ECUACIÓN SIMBOLOGÍA

Eq: 1A-1 Caudal de aguas residuales domésticas 86400

R D P=QD××

QD = Caudal doméstico (l/s) P = Población futura (hab.) D = Dotación (l/hab/día) R = Coeficiente de retorno (60 - 80%)

Eq: 1A-2 Caudal medio diario INFINSCID QQQQQQmd ++++=

QI= Caudal Industrial QC= caudal comercial Q INS= caudal institucional Q INF=caudal por infiltraciones

Eq: 1A-3 Factor de Mayoración 0.1P

3.5F = F= Factor de Mayoración del caudal

P= Población (hab)

Eq: 1A-4 Caudal máximo horario ( )QmdF=QMH F=factor de mayoración.

Qmd=Caudal medio diario (m3/s)

Eq: 1A-5 Constante de velocidad 1/28/3 S b

n QK××

=

Q= Caudal (m3/s) n= Coeficiente de rugosidad de Mannig b=ancho del canal de llegada (m) S=pendiente del canal (%)

Eq: 1A-6 Tirante de agua en el canal

0.74232K 1.66240bd

×= d=tirante de agua en el canal (m)

b= ancho del canal de llegada (m) K= Constante de velocidad

Eq: 1A-7 Velocidad 1/22/3 S R n1V ××=

n= Coeficiente de rugosidad de Mannig R=Radio hidráulico del canal (m) S=pendiente del canal (%)




Eq: 1A-8 Altura total del canal BLhhh sT ++= hs= altura de seguridad. (m) h = corresponde al tirante de agua para el caudal medio. (m) BL= es el borde libre por seguridad. (m)

Eq: 1A-9 Ancho del canal de cribado

( ) s+ a+s sc=b

a = Anchura de las barras (m)

b = Ancho del canal en zona de rejillas (m) c = Ancho del canal de entrada (m) s = Separación útil entre barras (m)

Eq: 1A-10 Número de rejillas sasbn

+−

= a = Anchura de las barras (m)

b = Ancho del canal en zona de rejillas (m) s = Separación útil entre barras (m)

Eq: 1A-11 Longitud de transición ) α ( 2tang

b2b1=L b1 = ancho del desarenador (m)

b2 = ancho del canal de rejillas (m) a = ángulo de transición: 12.50 º L = longitud de transición (m)

Eq: 1A-12 Superficie necesaria de sedimentación Sed Cap

Qmax=A

Qmáx= Caudal máximo (m3/h) Cap. Sed= Capacidad de sedimentación (m3/m2.h)

Eq: 1A-13 Caudal tiempo

VolumenQ =

Volumen de agua (m3) Tiempo (s)

Eq: 1A-14 Volumen de Sedimentos

/1000000VolVolV arenasr ×= Vol=Volumen de agua (m3) Vol arena (75 – 90 lts, por cada 1000m3 de AR)

Eq: 1A-15 Longitud total del desarenador

30% LargoLd ×= Largo del desarenador (m) 30% de incremento

Eq: 1A-16 Carga Hidráulica A

QCarga maxdhidraulica =

Qmáx=Caudal máximo (m3/h) A=Sección del desengrasador (m2)

Eq: 1A-17 Sección del desengrasador lbA ×= b=Ancho del desengrasador (m)

l=Longitud del desengrasador (m)




Eq: 1A-18 Longitud del desengrasador bl ×= 5.1 b=Ancho del desengrasador (m)

Eq: 1A-19 Volumen del desengrasador rmaxd T×Q=V Q máxd = Caudal máximo de diseño (m3/h)

Tr = Tiempo de retención (min)

Eq: 1A-20 Volumen del afluente (Q)x(3600)=V p a

Caudal (m3/s)

Eq: 1A-21 Volumen del tanque p e p a p p V V+ V=V + Vpp. = Volumen en el tanque al final del período previo. Vap. = Volumen afluente durante el período. Vep. = Volumen efluente durante el período.

Eq: 1A-22 Tasa de carga hidráulica

(1/2) ) dadpermeabili ( ) 365 ( ) 4 2 ( Fd= wL Fd=Factor de diseño (%) Permeabilidad del suelo (pulg/h)

Eq: 1A-23 Carga de nitrógeno ( )

D pulg/pie) 2 1 ( d F C Lw=n L

C=Concentración de nitrógeno (mg/l) Fd=Factor de diseño (%) D=Tiempo de retención (días)

Eq: 1A-24 Carga de DBO ) DBO ( Q 8.34=DBO Carga Q=Caudal de diseño (l/s) DBO=Concentración de DBO (mg/l)

Eq: 1A-25 Área de infiltración 300

DBO Carga=A

Carga de DBO (lb/día)

Eq: 1A-26 Ciclos de operación (d)aplicación de Periodo

d)operativo( cicloDuracion x365(d/año)

Lw(mm/año)Ra =

Lw=Tasa de carga hidráulica (pie/año)

Eq: 1A-27 Área de cada balsa NumFosa

Area=Ap

Área de infiltración (m2) Número de fosas




Eq: 1A-28 Tiempo de caida 21

g2y =t

g=Gravedad (9,81 m/s) y=0,15m (Norma SSA – Ecuador)

Eq: 1A-29 Pérdida de carga en barras

Senφ 2gV

seF=h

234

f

F=factor de fricción e=Espaciamiento entre barras (m) V=Velocidad (m/s) s=Diámetro de barras (m) φ=Ángulo de inclinación de rejilla (o)

Eq: 1A-30 Área del canal v

Q=A máx

Qmáx=Caudal máximo (m3/s) V=Velocidad (m/s)

Eq: 1A-31 Altura de lámina de agua b

A=h A=Área del canal (m2)

b=Ancho del canal (m)

Eq: 1A-32 Longitud de la rejilla senθ

h=L h= Altura de lámina de agua (m)

ϴ=Ángulo de inclinación (o)

Eq: 1A-33 Volumen retenido Vr = 8 l/hab/año x Pf x 1 año / 8760 h

Pf=Población futura (hab)

Eq: 1A-34 Longitud del desarenador b x h

V = Ls

sr d

Vsr= Volumen de Sedimentos (m3) hs=Altura de sedimentación (m) b=Ancho (m)

Eq: 1A-35 Periodo de retención útil dmáx Q

útilVolumen =retención de Periodo

Volumen útil (m3) Qmáx=Caudal máximo (m3/s)

Eq: 1A-36 Cara de agua sobre la cresta del vertedero

32

L C

Q =H

Q= caudal de salida (m³/s) C= Coeficiente del vertedero L= Longitud del vertedero (m)

Eq: 1A-37 Altura del desengrasador A

V=h V=Volumen (m3)

A=Área (m2)




Eq: 1A-38 Percolación diseño K F 24=P F= factor de ajuste de permeabilidad K= permeabilidad en la capa limitante del suelo (mm/h)

Eq: 1A-39

Carga Hidráulica con base en la permeabilidad del suelo

R P P+T E=CH + ET=evapotranspiración, mm/mes P=percolación, mm/mes PR=precipitación, mm/mes

Eq: 1A-40 Área requerida CHd

Q A = Q=Caudal anual (m3/año)

CHd= Tasa de carga hidráulica de agua residual (m/año)

Eq: 1A-41 Superficie del desengrasador S C

Q=A Q=Caudal de diseño (l/s)

CS= Carga Hidráulica l/(s x m2)

Eq: 1A-42 Carga Hidráulica de diseño S

P T 100=CH ×× T=Tasa de aplicación (m3/h m) P=Periodo de aplicación. S=Frecuencia de aplicación.

Eq: 1A-43 Área 10DTP365QS=A

Q = Caudal medio diario, m3/d S=Frecuencia de aplicación. T=Tasa de aplicación (m3/h m) P=Periodo de aplicación. D = Número de días de operación, d/año

Eq: 1A-44 Caudal de Aguas Ilícitas Qmaxh × 10%=Qi

Qmáxh= Caudal máximo horario (l/s)

Eq: 1A-45 Caudal por Infiltraciones

tuberiaLog.×l/s 0.0001=Qinf Longitud de tubería total del sistema de agua potable

(m)

Eq: 1A-46 Caudal en el Aliviadero

Qmd ×ion Coef.diluc Qmax = vQ × Qmáx=Caudal máximo (m3/s) Qmd=Caudal medio diario (m3/s)




Eq: 1A-47 Velocidad para orificios sumergidos

H g 2 vC=V ×××

Cv = Coeficiente para orificios sumergidos de cresta ancha = 0.82 H = Lámina de agua sobre el orificio. (m) g = gravedad (m/s2)

Eq: 1A-48 Diámetro de una circunferencia π

4d A=

A=Sección de la tubería (m2)

Eq: 1A-49 Constante de temperatura

20)T (0 2 T (1.06)K=K K20= Constante de temperatura a 20o

T=Temperatura del agua

Eq: 1A-50 Constante de temperatura a 20o

1 0 2 0.678d=K d=Constante de diseño de 1.06

Eq: 1A-51 Área superficial requerida para eliminar la DBO

( ))n ( )y ( KCn l Cln Q= sA

T

eo

Q = Caudal de diseño en m3/día Co = Concentración del componente en el afluente en mg/l Ce = Concentración del componente en el efluente en mg/l KT = Coeficiente de temperatura a 250 y = Profundidad de las balsas n = Coeficiente de porosidad

Eq: 1A-52 Tiempo de retención hidráulica Q

)n ( )y ( sA =TRH

As=Área superficial requerida para eliminar la DBO (m2) y = Profundidad de las balsas n = Coeficiente de porosidad Q = Caudal de diseño en m3/día

Eq: 1A-53 Carga Hidráulica ) 100 ( sA

Q=H C Q = Caudal de diseño en m3/día

As=Área superficial requerida para eliminar la DBO (m2)




Eq: 1A-54 Concentración en el efluente

( ) H C0.00213+0.1139 o C= e C Co = Concentración del componente en el afluente en mg/l CH= Carga Hidráulica (cm/día)

Eq: 1A-55 Constante de temperatura a 25o

( ) 20 T 5 2 1.048 0.2187=K

K25 = Coeficiente de temperatura a 25 o T=Temperatura de diseño

Eq: 1A-56 Concentracion de Nitrógeno total en el efluente

( )1.75 H Cln 0.61 + o N 0.193 = t N No=Concentración de nitrógeno en el afluente (mg/l) CH= Carga Hidráulica (cm/día)

Eq: 1A-57 Área superficial requerida para eliminar el fósforo

pKCeCan l (Q) b

=SA

Coeficiente Kp = 2.74 cm/día

Ca y Ce = Concentración de fósforo en el afluente y efluente (mg/l) b = Coeficiente de conversión = 100

Eq: 1A-58 Coeficiente de Simultaneidad

++

=P4P18CS

P=Población futura (hab)

Eq: 1A-59 Caudal máximo teórico

) Q ( S CQ medmáx teo = CS=Coeficiente de Simultaneidad

Qmed=caudal medio (l/s)

Eq: 1A-60 Caudal medio de diseño 2

QQQ TEÓRICOhor med

DISEÑO DE MEDIO

+=

Qmed hor=Caudal medio horario (l/s) Qteórico= Caudal teórico (l/s)

Eq: 1A-61 Caudal máximo de diseño 2

QQQ comáx teóri aforadomáx DISEÑO DE MÁX

+=

Qmáx aforado= Caudal máximo aforado (l/s) Qmáx teorico= Caudal máximo teórico (l/s)

Eq: 1A-62 Distancia a la que debe ir la pantalla V.tX = V=Velocidad de descarga (m/s)

t=Tiempo de caída (s)

Eq: 1A-63 Pérdida de energía 2gvhv

2

=

V=Velocidad a caudal máximo (m/s) g=Gravedad (9.81 m/s)




Eq: 1A-64 Volumen de Material retenido ( )Vol αVMT =

Vol=Volumen de agua que pasa por la rejilla (m3)

Eq: 1A-65 Altura del desengrasador bL

TR(Q)h =

TR=Tiempo de retención (s) Q=Caudal máximo de diseño (m2/s) b=Ancho del desengrasador (m) L=Longitud del desengrasador (m)

Eq: 1A-66 Temperatura del humedal

1 - Agua TempHumedal Tem = Temperatura del agua residual (o C)

Eq: 1A-67 Coeficiente de calor

3

3

2

2

1

1

KY

KY

KY

1U++

=

Y1,2,3= Espesor de cada una de las capas que componen el HSS K1,2,3= Conductividad Térmica de cada capa.

Eq: 1A-68 Temperatura de cambio en el humedal

( )( )( )( )( )nyQCp

86400TRHTaireTaguaUTc −=

T agua= Temperatura del agua residual T aire= Temperatura del aire, obtenida del análisis hidrológico Cp= Capacidad de Calor Específico del AR (4215 J/Kg ºC) U= Coeficiente de calor

Eq: 1A-69 Temperatura del efluente

TcTaguaTe −= Tc= Temperatura de cambio en el humedal ( ºC)

Eq: 1A-70 Temperatura promedio del humedal 2

TeTaguaTw +=

Te= Temperatura del efluente ( ºC)

Eq: 1A-71 Área de cada humedal humNº

AsAp = As= Área total (m2)

No de humedales




Eq: 1A-72 Ancho del humedal

(Ks) (J) humNº

Q/Apy1=W

Ap= Área de cada humedal (m2) No de humedales Q=Caudal máximo de diseño (m2/s) Y=Profundidad del humedal (m) J=Pendiente en el fondo del humedal (%) Ks=Conductividad hidráulica de la grava (m3/m2.d)

Eq: 1A-73 Longitud del humedal W

ApL = Ap= Área de cada humedal (m2)

W= Ancho del humedal (m)

Eq: 1A-74

Concentración de Sólidos en el efluente

( )[ ] ) CH ( 0.0014 +0.1058 SS=Ce SS = Concentración del sólidos suspendidos mg/l CH= Carga Hidráulica (cm/día)

Eq: 1A-75 Carga hidráulica promedio anual

−=

PP Ce

2.74EXPCaCH

Cap = Concentración de fósforo en el afluente en mg/l Cep = Concentración del fósforo en el efluente en mg/l




Glosario Acuífero.- Formación geológica por la que circulan o se almacenan aguas subterráneas Afluente.- Aguas negras o parcialmente tratado, que entra a un depósito, estanque. Aforo.- Medición cuantitativa de la descarga (Caudal) de agua residual. Aguas residuales.- Aguas que han sido objeto de un uso doméstico o industrial, transportadas en un sistema de alcantarillado. Bacteria.- Nombre que reciben aquellos organismos unicelulares y microscópicos, que carecen de núcleo diferenciado y se reproducen por división unicelular sencilla. Bacteria coliforme.- Bacteria que sirve como indicador de contaminantes y patógenos cuando son encontradas en las aguas. Estas son usualmente encontradas en el tracto intestinal de los seres humanos y otros animales de sangre caliente. Balance Hídrico.- Relación entre ganancias y pérdidas de agua en forma de evaporación, precipitación, escorrentía de depósitos o cauces naturales o artificiales. Biodegradable.- Propiedad de una sustancia de ser transformada en otras más simples por acción de microorganismos. Capacidad de Intercambio Catiónico.- Es la capacidad que tiene un suelo para retener y liberar iones positivos, merced a su contenido en arcillas. Éstas están cargadas negativamente, por lo que suelos con mayores concentraciones de arcillas exhiben capacidades de intercambio catiónico mayores. Caudal.- Flujo de agua superficial en un río o en un canal. Ciclo hidrológico .- Ciclo natural del agua que ocurre en el ambiente, incluyendo la evaporación, condensación, retención y escorrentía. Cieno.- Lodo blando que se deposita en el fondo de depósitos de agua o en sitios bajos y húmedos.



Ciénaga.- Lugar que tiene cieno. Colmatación.- Se produce cuando existe gran cantidad de sedimentos que impiden el flujo de agua. Conductividad Eléctrica.- Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. Contaminante.- Sustancia que altera la pureza o naturaleza de un elemento, tal como aire, agua o alimentos. Cuerpo de agua.- Depósito natural tal como ríos, lagos, quebradas y embalses, donde se acopia agua con algún propósito. Cuerpo Receptor.- Componente del medio ambiente que recibe los aportes de carga contaminante generados por la actividad económica y social. DBO (Demanda Biológica de Oxígeno).- La cantidad de oxígeno (medido en el mg/l) que es requerido para la descomposición de la materia orgánica por los organismos unicelulares, bajo condiciones de prueba. Se utiliza para medir la cantidad de contaminación orgánica en aguas residuales. DBO5.- La cantidad de oxígeno disuelto consumido en cinco días por las bacterias que realizan la degradación biológica de la materia orgánica. DDT.- Insecticida altamente tóxico, cuyas siglas significan Dicloro – Difenil-Tricloroetano, cristalino, incoloro, inodoro e insoluble en el agua. Ingresa a la cadena alimenticia y produce cáncer. Degradable.- Que se puede transformar una sustancia compleja en otras de constitución más sencilla. Descarga.- Acción de verter, infiltrar, depositar o inyectar aguas residuales a un cuerpo receptor en forma continua, intermitente o fortuita. DQO (Demanda Química de Oxígeno).- Cantidad de oxígeno (medido en mg/L) que es consumido en la oxidación de materia orgánica y materia inorgánica oxidable, bajo condiciones de prueba. Es usado para medir la cantidad total de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales. En contraposición al DBO, con el DQO prácticamente todos los compuestos son oxidados. Efluente.- Agua que sale de un depósito o termina una etapa o el total de un proceso de tratamiento.




Erosión.- Es la pérdida de suelo provocada principalmente por factores como las corrientes de agua y de aire, en particular en terrenos secos y sin vegetación, además el hielo y otros factores. La erosión del suelo reduce su fertilidad porque provoca la pérdida de minerales y materia orgánica. Escherichia coli (E. coli).- Bacteria coliformes que está a menudo asociada con el hombre y desechos animales y es encontrada en el intestino. Es usada por departamentos de salud y laboratorios privados para medir la calidad de las aguas. Escorrentía.- Parte del agua de precipitación que discurre por la superficie de la tierra hacia corrientes u otras aguas superficiales. Estrato.- Se llama estrato a cada una de las capas en que se presentan divididas las diferentes clases de suelos que se puedan encontrar. Evaluación cuantitativa del agua.- Uso de análisis para establecer las propiedades del agua y concentraciones de compuestos y contaminantes con la finalidad de definir la calidad del agua. Evaporación.- El proceso de pasar el agua de forma líquida a gaseosa. Evapotranspiración.- Pérdida de agua del suelo a través de la vaporación, por vaporación directa y por la transpiración de las plantas. Fangos.- En el tratamiento de aguas residuales, se generan una serie de subproductos denominados fangos, donde se concentra la contaminación eliminada, la principal fuente de producción de fangos corresponde a los sólidos sedimentados retirados del fondo del pretratamiento. Impermeable.- No penetrable fácilmente por el agua. Infiltración.- Es el proceso mediante el cual el agua penetra al subsuelo y es gradualmente conducida a capas más profundas pudiendo penetrar a través de los mantos rocosos subterráneos y pasar entre sus pequeñas grietas. Materia orgánica.- Sustancias de material de plantas y animales muertos, con estructura de carbono e hidrógeno. Metal pesado.- Metal que tiene una densidad de 5.0 o mayor y elevado peso elemental. La mayoría son tóxicos para el ser humano, incluso a bajas concentraciones. Microorganismo.- organismos microscópicos, tales como virus, bacterias, hongos y protozoos que pueden resultar beneficiosos o perjudiciales para el hombre según el caso. Muestra Simple de Aguas Residuales.- tomada en el punto de descarga, de manera continua, en día normal de operación que refleje cuantitativa y



cualitativamente el o los procesos más representativos de las actividades que generan la descarga, durante el tiempo necesario para completar cuando menos, un volumen suficiente para que se lleven a cabo los análisis necesarios para conocer su composición, aforando el caudal descargado en el sitio y en el momento del muestreo. Nitrificación.- Proceso bioquímico que consiste en la conversión de compuestos orgánicos nitrogenados en nitritos y nitratos. Nivel Freático.- Profundidad a la que se localizan aguas acumuladas en el subsuelo. Organoclorados.- Clase de pesticidas caracterizados por la presencia de radicales clorados con un grupo orgánico. Son de difícil degradación, uno de los organoclorados más conocidos es el DDT. Organofosforados.- Grupo de pesticidas químicos que contienen fósforo. Estos compuestos de vida corta normalmente no contaminan el medio ambiente si son usados correctamente. Patógeno.- Microorganismo que origina y desarrolla las enfermedades. Pendiente.- La inclinación o declive de una tubería o de la superficie natural del terreno, usualmente expresada por la relación o porcentaje del número de unidades de elevación o caída vertical, por unidad de distancia horizontal. Pesticida.- Sustancia empleada para matar insectos. Puede ser líquido, gaseoso o en polvo. De acuerdo a su composición, se clasifican en organofosforados y organoclorados. Percolación.- El flujo o goteo del líquido que desciende a través del medio filtrante. El líquido puede o no llenar los poros del medio filtrante. Perfil estratigráfico.- Sistema completo de todas las capas de suelo a diferentes profundidades. Permeabilidad.- Es la propiedad del sistema poroso del suelo que permite que fluyan los líquidos. Normalmente, el tamaño de los poros y su conectividad determinan si el suelo posee una alta o baja permeabilidad. El agua podrá fluir fácilmente a través de un suelo de poros grandes con una buena conectividad entre ellos. Los poros pequeños como el mismo grado de conectividad tendría una baja permeabilidad, ya que el agua fluiría a través del suelo más lentamente.




Precipitación.- Comúnmente conocida como lluvia, constituida por gotas de agua procedentes de las nubes. Se desprenden y caen debido a la humedad atmosférica. Suelo.- Es la capa superior de la corteza terrestre que puede tener pocos milímetros o muchos metros. Se forma por el desgaste natural de las piedras, y por la descomposición de restos orgánicos (Humus). En un año puede formarse apenas 0,1 mm de suelo nuevo. Sólidos disueltos.- Materiales sólidos que se disuelven totalmente en agua y pueden ser eliminados por filtración. Sólidos sedimentables.- Producto sedimentables y son eliminados en ese camino. Aquellos sólidos suspendidos en las aguas residuales que se depositan después de un cierto periodo de tiempo. Sólidos suspendidos.- Partículas sólidas orgánicas o inorgánicas que se mantienen en suspensión en una solución. Sólidos totales.- Todos los sólidos en el agua residual o aguas de desecho, incluyendo sólidos suspendidos y sólidos filtrables. Es el peso de todos los sólidos presentes en el agua por unidad de volumen. Subsuperficial.- Cualquier proceso que se puede desarrollar bajo la superficie terrestre. Temperatura.- Grado de calor que tiene un cuerpo. Termo-pluviometría.- Determinación cuantitativa de la temperatura y de la cantidad de lluvia que cae en un lugar, en un tiempo dado. Viento.- Corriente de aire, producidos en la zona por causas naturales.



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