capítulo 9 disposición de efluentes

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente -Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas

Comunidades. Autor: Ing. Claudia Patricia Gómez Rendón - 2012

CAPÍTULO 9. Disposición de efluentes

La disposición de efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales abarca desde

la utilización del suelo, hasta el reuso de las mismas pasando por el aprovechamiento. Es

necesario conocer las diferentes alternativas que existen para ello con el propósito de

garantizar las mejores opciones de descontaminación del agua incluida la calidad del

efluente.

Lección 41. Efluentes provenientes de sistemas in situ

Diferentes alternativas se han desarrollado para el manejo de los efluentes tratados, entre

ellos los que son in situ, presentan una alta confiabilidad. Es por ello que debe valorarse

entre otros la permeabilidad del suelo, nivel freático, pendiente, restricción de la calidad

del agua subterránea y la disponibilidad de área.

41.1 Evaluación y valoración del terreno

Seleccionar el predio donde se dispondrá el efluente un sistema in situ involucra desde la

identificación, reconocimiento y evaluación del lugar. Posteriormente se realizan dos fases:

evaluación preliminar y valoración detallada.

41.1.1 Evaluación preliminar del terreno. Debe establecerse el uso del predio, caudal y

características del agua residual. Para ello se debe conocer la información inherente a:

Profundidad del suelo, permeabilidad del suelo, pendiente, drenaje, existencia de fuentes

de agua superficial y subterránea, zonificación, vegetación y paisaje. Factores para

sistemas in situ se presentan en la tabla 47.

Tabla 47. Factores recomendados para sistemas in situ

Factor Unidad Valor típico

Distancia a cuerpos de agua

Distancia horizontal a pozos

de agua y aguas superficiales

Límites de propiedad

Cimientos de la edificación

Profundidad no saturada

m

m

m

m

15 – 30

1.5 – 3.0

3 – 6

0.6 – 1.2

Pendiente máxima % 25 - 30

Profundidad del suelo m 0.6

Fuente: Tomado de (Crites & Tchobanoglous, 2000, pág 911 y 924).

41.1.2 Valoración del terreno. Tipo de suelo, textura, estructura, permeabilidad y

profundidad a aguas subterráneas. Pozos de muestreo, perforaciones de terreno,

piezómetros y estudios de percolación son necesarios para caracterizar el suelo. (Crites

& Tchobanoglous, 2000).

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41.1.3 Capacidad de asimilación hidráulica. Cuando se tienen caudales grandes a

disponer, se pueden utilizar análisis de bombeo en zanjas poco profundas o campos de

infiltración. (Ensayo de absorción).

Para ello se excava una zanja de 2 a 3 metros de largo e igual profundidad. Se coloca

grava en el fondo de la zanja simulando condiciones de un campo de infiltración; se

mantiene altura hidráulica constante utilizando una bomba, un medidor de caudal y un

flotador.

41.1.4 Variación del nivel freático. Para conocer esta altura, es necesario utilizar la

ecuación desarrollada por Finnemore y Hantzsche:

2

mZHh 41.1

Donde:

h = Distancia desde el nivel de referencia hasta el punto medio de acumulación -

pie

H = Altura de la tabla de agua subterránea –pie

Zm = Altura máxima de acumulación a largo plazo – pie

n

y

nn

mS

t

Kh

L

A

QCZ

5.015.01

4

41.2

Donde:

Q = Caudal promedio – pie 3/d

A = Area del campo de disposición – pie2

C = Constante en función de la longitud y ancho (ver tabla 48)

L = Longitud del campo de disposición – pie

K = Permeabilidad horizontal del suelo – pie/d

n = Exponente (ver tabla 48)

Sy = Coeficiente de almacenamiento del suelo receptor (en función del tipo de suelo)

t = Tiempo a partir del inicio de la aplicación de agua residual – d

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Tabla 48. Constante para la ecuación

de acumulación de agua

Relación

longitud/ancho

del campo de

disposición

C n

1 3.4179 1.7193

2 2.0748 1.7552

4 1.1348 1.7716

8 0.5922 1.7793

Fuente: (Crites & Tchobanoglous, 2000; pág 917)

Lección 42. Alternativas de disposición in situ

Los sistemas más comunes de disposición in situ son los lechos de infiltración por

gravedad. Existen otras técnicas tales como distribución de dosificación por presión,

sistemas de capa de piedra, sistemas de evapotranspiración entre otros.

42.1 Lechos de infiltración

Son los tanques sépticos los que utilizan esta alternativa para la disposición de su caudal

tratado.

42.1.1 Criterios de diseño

Zanjas poco profundas; excavación entre 0.3 a 1.5 m y ancho entre 0.3 y 0.9 m

Colocar gravas en el fondo de la zanja

Disponer el tubo de drenaje perforado de 4 pulgadas

Tapar con roca y sobre el, suelo

La utilización de la ecuación 42.1 permite calcular la longitud total de la tubería de

drenaje

4* KNL 42.1

Donde:

L = Longitud total tubería de drenaje – m

N = Número de personas servidas – hb

K4 = Coeficiente de absorción del terreno – m/hb

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42.2 Distribución por dosificación a presión

Se realiza mediante sifones de dosificación con una bomba en toda el área de absorción

promoviendo un flujo insaturado y proveer periodos consistentes de secado y reaireación

entre dosis.

Si el efluente proviene de tanque séptico, el sistema de distribución puede usar orificios

de 3 mm de diámetro, espaciados uniformemente entre 0.3 a 0.6 m. (Crites &

Tchobanoglous, 2000)

42.3 Sistemas de capa de piedra

El agregado o roca de drenaje se ubica sobre la superficie del suelo formando un lecho

de piedra que se cubre son suelo. Entre la roca se dispone el tubo de drenaje embebido

en tela sintética. Ibid.

42.4 Sistemas de evapotranspiración

Consiste en conformar un lecho de arena fina de 0.1 mm, con una profundidad de 0.45

m. En la parte superior se cubre con tierra orgánica donde se pueda plantar vegetación

que tolere la calidad del efluente vertido. El agua residual tratada atraviesa el medio

vertido y en la parte superior la humedad se evapora a la atmósfera. Ibid.

El área del lecho se puede obtener mediante la aplicación de la ecuación 42.2

PPET

QA

r 42.2

Donde:

A = Área del lecho – m2

Q = Caudal anual – m3/año

ET = Evapotranspiración anual – m/año

Pr = precipitación anual – m/año

P = Percolación anual – m/año

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Lección 43. Reutilización de efluentes

43.1 Riego por goteo

El riego por goteo ha avanzado con los años y se utilizan en sistemas de tratamiento

tanto para manejo de efluentes en forma superficial como en subsuperficial. Se diseñan

bajo flujo turbulento para minimizar la posibilidad de taponamiento por la presencia de

sólidos suspendidos en el efluente de los sistemas de tratamiento. Operan para un caudal

entre 1 y 2 gal/h con abertura entre 1.5 a 1.8 mm de diámetro. Requiere de 15 a 25

lb/pulg2 de presión.

El sistema consta de tubería de distribución separadas a una distancia de 0.6 m con

espaciamiento entre emisores de 0.6 m, medida utilizada cuando los suelos son arenosos

o margosos. Si el suelo es arcilloso, se utilizan espaciamientos menores, es decir entre

0.4 a 0.45 m. (Crites & Tchobanoglous, 2000).

Figura 33. Esquema típico riego por goteo Tomado en 2012 de http://pedia.redlibre.co

43.2 Riego por aspersión

Es muy limitada esta técnica de utilizar el riego por aspersión para efluentes tratados,

excepto cuando el número de viviendas es bajo. El caudal debe ser mayor al rango entre

los 11 a 19 L/min y por lo tanto cuando el caudal proviene de aguas residuales

industriales, esta es la alternativa más viable. De usarse en aguas residuales domésticas

debe desinfectarse el caudal a irrigar.

De otra parte, debe tenerse en cuenta que realizar riego con aguas residuales tratadas

tiene unas limitaciones que afectan la elección de esta alternativa a saber:

No se requiere la nivelación del terreno pero se debe establecer el tipo de cultivos a

regar. No es viable regar árboles frutales con este tipo de aguas

Se debe proveer una protección especial para los trabajadores que manipulan estas

aguas

http://pedia.redlibre.co/

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Lección 44. Autodepuración

El efluente del agua residual tratada, se depura por sí misma en la naturaleza. Lo hace

por fermentación o por aireación, siendo el plancton el principal conjunto de organismos

vivos que se encargan de hacer la depuración final. La autodepuración de los ríos,

requiere de conocer el nivel de oxígeno del cuerpo receptor.

44.1 El consumo de oxígeno

Depende de las impurezas, tiempo de descomposición y temperatura, el consumo de

oxígeno en el proceso de descomposición. “Se estima que este a 20 °C es de 20.6 %”

(Unda O., F., 1993; pág 262).

La descomposición completa se obtiene a los 20 dias. Cuando se trata de agua residual

depurada biológicamente, el primer escalón o fase de la autodepuración se puede obviar

dando lugar a la segunda fase. Cuando el cauce es plano o poco profundo, los tiempos

que tarda la descomposicion es mas corta.

44.2 Reaireación

“Cuando se tiene un nivel de oxigeno disuelo menor que el valor de saturación, el agua

disuelve más oxígeno de la atmósfera y se acerca nuevamente al nivel de saturación”

(Romero R., J., 2005).

De ahí que la tasa de solubilización de oxígeno es proporcional al déficit de saturación y

se puede obtener mediante la utilización de la ecuación 44.1

tK

oeDD 2 44.1

Donde:

D = Déficit de oxígeno para el tiempo t – mg/L

Do = Deficit inicial de OD – mg/L

K2 = Constante de reaireación, base natural – d-1

Si se expresara los déficit de oxígeno en término de concentración, se obtendría la

ecuación 44.2

tKCC

CC

os

s2ln

44.2

Donde:

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C = Concentración de oxígeno disuelto para el tiempo t – mg/L

Co = Concentración inicial de oxígeno disuelto – mg/L

Cs = Concentración de saturación de oxígeno disuelto – mg/L

Para cuantificar la reaireación se utiliza la ecuación denominada como coeficiente de

intercambio

A

VKF 2 44.3

Donde:

V = Volumen de agua por debajo de la interfaz

A = Área de la interfaz agua –aire

F = Coeficiente de intercambio (ver tabla 49)

K2 = Constante de reaireación

Tabla 49. Valores de F

Condición F – mm/h

Agua estancada 4 - 6

Rio lento poluido 20

Mar abierto 130

Agua en canal a 0.17 m/s 75

Lecho turbulento 300 - 2000

Agua fluyendo con pendiente de 30° 700 - 3000

Fuente: Tomado de (Romero R., J., 2005; pág 961)

El coeficiente de intercambio se obtiene a través de la ecuación 44.5

85.067.078200 HVF 44.4

Donde:

F = Coeficiente de intercambio – mm/h

V = Velocidad del agua – m/s

H = Profundidad promedio de flujo - mm

Lección 45. Modelos de Oxígeno disuelto en ríos

Las reacciones y el movimiento de un residuo cuando se realiza una descarga se

evidencia el transporte hidrodinámico y de las transformaciones físicas, químicas y

biológicas causadas por la biota, sedimentación, etc.

El oxígeno disuelto es un indicador de las condiciones ambientales y de la salud del rio

así como de la habilidad para conservar las condiciones que garanticen a la comunidad

biótica las condiciones ecosistémicas ideales. De ahí, que conocer la cantidad de oxígeno

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disuelto resultado de las interacciones es una de las principales funciones de los

modelos.

Según Romero R., J., 2005, se identifican como funciones de utilización del oxígeno

disuelto en un río las siguientes:

DBO carbonácea, dispersa y disuelta en el agua

DBO nitrogenada, dispersa y disuelta en el agua

OD utilizado en la respiración de plantas acuáticas

Las fuentes principales de oxígeno disuelto en el rio son:

Reaireación atmosférica

Fotosíntesis

Inyección de oxígeno disuelto por equipos de aireación

Luego, los modelos de oxigeno disuelto suponen:

Desoxigenación carbonácea

Reaireación atmosférica

Fotosíntesis

Demanda béntica de oxígeno

Demanda de oxígeno por nitrificación

Diferentes modelos se utilizan para conocer el oxígeno disuelto en ríos. Por ejemplo

Streeter y Phelps incluye solo términos de Desoxigenación carbonácea y Reaireación

atmosférica. La importancia de utilizar modelos en ríos sirve para proyectar el grado de

tratamiento requerido, evaluación de usos del agua entre otros.

45.1 Modelo de Streeter y Phelps

Aplicable a ríos aerobios, flujo libre y permanente, unidimensional, supone que la tasa de

cambio del déficit de oxígeno es igual a la diferencia entre la desoxigenación del agua y

la reaireación o suministro de oxígeno disuelto.

El punto crítico es decir donde existe del déficit máximo de oxígeno disuelto ocurrirá

cuando el tiempo t sea igual a tc. En ese punto, las tasas de desoxigenación y

reaireación son iguales y el déficit de oxígeno disuelto no cambia como se observa en la

ecuación 45.1

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ctK

oc eLK

KD 1

2

1 45.1

Donde:

Dc = Déficit crítico de oxígeno – mg/L

tc = Tiempo para el cual se alcanza el déficit crítico – d

K1 = Constante de desoxigenación, base e – d-1

K2 = Constante de reaireación, base e – d-1

Lo = DBO inicial en el tiempo t = 0 – mg/L

EL tiempo para el cual se alcanza el déficit crítico se consigue mediante la utilización de

la ecuación 45.2

o

oc

LK

KKD

K

K

KKt

1

12

1

2

12

1ln1

45.2

La distancia al punto crítico es igual a:

cc vtX 45.3

Donde:

v = Velocidad de flujo en el rio

Las constantes se pueden obtener para diferentes temperaturas por las ecuaciones:

20

2,2,2

20

2,1,1

022.1

047.1

T

T

T

T

KK

KK 45.4

Donde:

K1,T = Constante de desoxigenación, base neperiana a T °C

K2,T = Constante de reaireación, base neperiana a T °C

El modelo de Streeter y Phelps requiere de muestreo continuo, calibración mediante

comparación de los perfiles de oxigeno disuelto en el rio y así proyectar posibles

condiciones futuras para diferentes cargas contaminantes (Romero R., J., 2005).

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Referencias Bibliográficas

Crites & Tchobanoglous. (2000). Sistemas de manejo de aguas residuales para núcleos

pequeños y descentralizados (Vol. I). McGraw-Hill Interamericana, S.A.

Romero R., J. (2005). Tratamiento de aguas residuales (Primera reimpresión ed.). Bogotá:

Escuela Colombiana de Ingeniería.

Unda O., F. (1993). Ingeniería Sanitaria aplicada a saneamiento y salud pública (Primera

reimpresión ed.). Chile: Noriega Editores.

Webgrafía

Esquema típico de riego por goteo (2012). Recuperado de http://pedia.redlibre.co

http://pedia.redlibre.co/

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