Diseo de tanque sptico1. Introduccin

Los tanques spticos se utilizarn por lo comn para el tratamiento de las aguas residuales de familias que habitan en localidades que no cuentan con servicios de alcantarillado o que la conexin al sistema de alcantarillado les resulta costosa por su lejana. El uso de tanques spticos se permitir en localidades rurales, urbanas y urbanomarginales. Las aguas residuales pueden proceder exclusivamente de las letrinas con arrastre hidrulico o incluir tambin las aguas grises domsticas (generadas en duchas, lavaderos, etc.). El tanque sptico con su sistema de eliminacin de efluentes (sistema de infiltracin), presenta muchas de las ventajas del alcantarillado tradicional. No obstante, es ms costoso que la mayor parte de los sistemas de saneamiento in situ. Tambin requiere agua corriente en cantidad suficiente para que arrastre todos los desechos a travs de los desages hasta el tanque. Los desechos de las letrinas con arrastre hidrulico, y quizs tambin de las cocinas y de los baos, llegan a travs de desages a un tanque sptico estanco y hermticamente cerrado, donde son sometidos a tratamiento parcial. Tras un cierto tiempo, habitualmente de 1 a 3 das, el lquido parcialmente tratado sale del tanque sptico y se elimina, a menudo en el suelo, a travs de pozos de percolacin o de zanjas de infiltracin. Muchos de los problemas que plantean los tanques spticos se deben a que no se tiene suficientemente en cuenta la eliminacin del efluente procedente del tanque sptico. Uno de los principales objetivos del diseo del tanque sptico es crear dentro de este una situacin de estabilidad hidrulica, que permita la sedimentacin por gravedad de las partculas pesadas. El material sedimentado forma en la parte inferior del tanque sptico una capa de lodo, que debe extraerse peridicamente. La eficiencia de la eliminacin de los slidos por sedimentacin puede ser grande, Majumder y sus colaboradores (1960) informaron de la eliminacin del 80% de los slidos en suspensin en tres tanques spticos de Bengala occidental, y se han descrito tasas de eliminacin similares en un solo tanque cerca de Bombay. Sin embargo, los resultados dependen en gran medida del tiempo de retencin, los dispositivos de entrada y salida y la frecuencia de extraccin de lodos (perodo de limpieza del tanque sptico). Si llegan repentinamente al tanque grandes cantidades de lquido, la concentracin de slidos en suspensin en el efluente puede aumentar temporalmente, debido a la agitacin de los slidos ya sedimentados. La grasa, el aceite y otros materiales menos densos que flotan en la superficie del agua formando una capa de espuma pueden llegar a endurecerse considerablemente. El lquido pasa por el tanque sptico entre dos capas constituidas por la espuma y los lodos. La materia orgnica contenida en las capas de lodo y espuma es descompuesta por bacterias anaerobias, y una parte considerable de ella se convierte en agua y gases. Los lodos que ocupan la parte inferior del tanque sptico se compactan debido al peso del lquido y a los slidos que soportan. Por ello su volumen es mucho menor que el de los slidos contenidos en las aguas servidas no tratadas que llegan al tanque. Las burbujas de gas que suben a la superficie crean cierta perturbacin en la corriente del lquido. La velocidad del proceso de digestin aumenta con la temperatura, con el mximo alrededor de los 35C. El empleo de desinfectantes en cantidades anormalmente grandes hace que mueran las bacterias, inhibiendo as el proceso de digestin. El lquido contenido en el tanque sptico experimenta transformaciones bioqumicas, pero se tiene pocos datos sobre la destruccin de los agentes patgenos. Tanto Majumber y sus colaboradores (1960) hallaron que, aunque los tanques spticos estudiados haban destruidos del 80% al 90% de los huevos de anquilostomas y scaris, en trminos absolutos el efluente aun contena grandes cantidades de huevos viables, que estaban presentes en el 90% de las muestras. Como el efluente de los tanques spticos es anaerobio y contiene probablemente un elevado nmero de agentes patgenos, que son una fuente potencial de infeccin, no debe usarse para regar cultivos ni descargarse canales o aguas superficiales sin permiso de la autoridad sanitaria de acuerdo al reglamento nacional vigente.

2. Definiciones

Afluente.- Aguas negras o parcialmente tratado, que entra a un depsito, estanque. Aguas negras domesticas.- Aguas negras derivadas principalmente de las casas, edificios comerciales instituciones y similares, que no estn mezcladas con aguas de lluvia o aguas superficiales. Descomposicin del agua negra.- La destruccin de la materia orgnica de las aguas negras, por medio de procesos aerbicos y anaerobios. Efluente.- Agua que sale de un depsito o termina una etapa o el total de un proceso de tratamiento. Espacio libre.- La distancia vertical entre el mximo nivel de la superficie del lquido en un tanque. Estabilidad.- La propiedad de cualquier sustancia, contenida en las aguas negras, o en el efluente o en los lodos digeridos, que impide la putrefaccin. Es el antnimo de putrescibilidad. Grasa.- En aguas negras, el trmino grasa incluye a las grasas propiamente dichas, ceras cidos grasos libres, jabones de calcio y de magnesio, aceites minerales y otros materiales no grasosos. Lecho de secado de lodos.- Una superficie natural confinada o lechos artificiales de material poroso, en los cuales son secados los lodos digeridos de las aguas negras por escurrimiento y evaporacin. Un lecho de secado de lodos puede quedar a la intemperie o cubierto, usualmente, con una armazn del tipo invernadero. Lodos.- Los slidos depositados por las aguas negras, o desechos industriales, crudos o tratados, acumulados por sedimentacin en tanques y que contienen ms o menos agua para formar una masa semilquida. Pendiente.- La inclinacin o declive de una tubera o de la superficie natural del terreno, usualmente expresada por la relacin o porcentaje del nmero de unidades de elevacin o cada vertical, por unidad de distancia horizontal. Percolacin.- El flujo o goteo del lquido que desciende a travs del medio filtrante. El lquido puede o no llenar los poros del medio filtrante. Periodo de Retencin.- El tiempo terico requerido para desalojar el contenido de un tanque o una unidad, a una velocidad o rgimen de descarga determinado (volumen dividido por el gasto). Sedimentacin.- El proceso de asentar y depositar la materia suspendida que arrastra el agua, las aguas negras u otros lquidos, por gravedad. Esto se logra usualmente disminuyendo la velocidad del lquido por debajo del lmite necesario para el transporte del material suspendido. Tambin se llama asentamiento. Sifn.- Conducto cerrado, una porcin del cual yace por debajo de la lnea de nivel hidrulico. As se origina una presin inferior a la atmosfrica en esa porcin y por esto requiere que sea creado un vaco para lograr el flujo. Slidos Sedimentables.- Slidos suspendidos que se asientan en el agua, aguas negras, u otro liquido en reposo, en el periodo razonable. Tal periodo se considera, aunque arbitrariamente, igual a una hora. Tanque Dosificador.- Un tanque al que se introduce aguas negras parcialmente tratadas, en cantidad determinada y del cual son descargadas despus, en la proporcin que sea necesaria, para el subsecuente tratamiento. Tanque Sptico.- Es una tanque de sedimentacin de accin simple, en el que los lodos sedimentados estn en contacto inmediato con las aguas negras que entran al tanque, mientras los slidos orgnicos se descomponen por accin bacteriana anaerobia. Tratamiento Primario.- Proceso anaerbico de la eliminacin de slidos. Tratamiento Secundario.- Tratamiento donde la descomposicin de los slidos restantes es hecha por organismos aerbicos, este tratamiento se realiza mediante campos de percolacin o pozos. Trampas de Grasa.- El proceso de separar la grasa flotante o espuma, de la superficie de un tanque sptico.

3. Consideraciones a tener en cuenta

El ingeniero responsable del proyecto, debe tener en claro las ventajas y desventajas que tiene el emplear el tanque sptico para el tratamiento de las aguas residuales domsticas, antes de decidir emplear esta unidad en una determinada localidad.

3.1. Ventajas

- Apropiado para comunidades rurales, edificaciones, condominios, hospitales, etc. - Su limpieza no es frecuente. - Tiene un bajo costo de construccin y operacin. - Mnimo grado de dificultad en operacin y mantenimiento si se cuenta con infraestructura de remocin de lodos.

3.2. Desventajas

- De uso limitado para un mximo de 350 habitantes. - Tambin de uso limitado a la capacidad de infiltracin del terreno que permita disponer adecuadamente los efluentes en el suelo. - Requiere facilidades para la remocin de lodos (bombas, camiones con bombas de vaco, etc.).

Conocido las ventajas y desventajas del tanque sptico, quedar a criterio del ingeniero encargado del proyecto si es conveniente emplear estas unidades en la localidad donde se desea tratar las aguas residuales de uso domstico.

4. Principios de diseo de tanque sptico

Los principios que han de orientar el diseo de un tanque sptico son los siguientes: - Prever un tiempo de retencin de las aguas servidas, en el tanque sptico, suficiente para la separacin de los slidos y la estabilizacin de los lquidos. - Prever condiciones de estabilidad hidrulica para una eficiente sedimentacin y flotacin de slidos. - Asegurar que el tanque sea lo bastante grande para la acumulacin de los lodos y espuma. - Prevenir las obstrucciones y asegurar la adecuada ventilacin de los gases.

A continuacin se presenta la metodologa a seguir para el diseo de un tanque sptico.

5. Diseo de tanque sptico

a) Periodo de retencin hidrulica (PR, en das) PR =1,5 0,3log (PQ)Donde: P : Poblacin servida. Q : Caudal de aporte unitario de aguas residuales, litros/(habitante * da). El periodo de retencin mnimo es de 6 das.

b) Volumen requerido para la sedimentacin (Vs, en m3 ) -3 Vs = 10 P Q P R

c) Volumen de digestin y almacenamiento de lodos (Vd, en m3 ) -3 Vs = 70 x 10 P N

Donde: N: Intervalo deseado en aos, entre operaciones sucesivas de remocin de lodos.

d) Volumen de lodos producidosLa cantidad de lodos producidos por habitante y por ao, depende de la temperatura ambiental y de la descarga de residuos de la cocina. Los valores a considerar son: Clima clido 40 litros/habxao Clima frio 50 litros/habxao

En caso de descargas de lavaderos u otros aparatos sanitarios instalados en restaurantes y similares, donde exista el peligro de introducir cantidad suficiente de grasa que afecte el buen funcionamiento del sistema de evacuacin de las aguas residuales, a los valores anteriores se le adicionara el valor de 20 litros/habxao.

e) Volumen de natas Como valor se considera un volumen mnimo de 0,7 m3.

f) Profundidad mxima de espuma sumergida (He, en m) 0,7 He = ------ ADonde: A: rea superficial del tanque sptico en m2.

g) Profundidad libre de espuma sumergida Distancia entre la superficie inferior de la capa de espuma y el nivel inferior de la Tee de salida o cortina deflectora del dispositivo de salida del tanque sptico, debe tener un valor mnimo de 0,10 m.

h) Profundidad libre de lodo (Ho, en m) Ho = 0,82 0,26 A

i) Profundidad mnima requerida para la sedimentacin (Hs, en m) Vs Hs = ------ A

j) Profundidad de espacio libre (Hl, en metros)Comprende la superficie libre de espuma sumergida y la profundidad de lodos. Seleccionar el mayor valor, comparando la profundidad del espacio libre mnimo total (0,1+Ho) con la profundidad mnima requerida para la sedimentacin (Hs).

k) Profundidad neta del tanque sptico. La suma de las profundidades de natas, sedimentacin, almacenamiento de lodos y la profundidad libre de natas sumergidas.

Consideraciones

Materiales Para los tanques spticos pequeos, el fondo se construye por lo general de concreto no reforzado, lo bastante grueso para soportar la presin ascendente cuando el tanque sptico est vaco. Si las condiciones del suelo son desfavorables o si el tanque es de gran tamao, puede ser necesario reforzar el fondo. Las paredes son, por lo comn, de ladrillo o bloques de concreto y deben enlucirse en el interior con mortero para impermeabilizarlas.

Accesos Todo tanque sptico tendr losas removibles, de limpieza y registros de inspeccin. Existirn tantos registros como cmaras tenga el tanque. Las losas removibles debern estar colocadas principalmente sobre los dispositivos de entrada y salida.

Dispositivos de entrada y salida del agua a) El dimetro de las tuberas de entrada y salida de los tanques spticos ser de 100 mm (4).b) La cota de salida del tanque sptico estar a 0,05 m por debajo de la cota de entrada, para evitar represamientos. c) Los dispositivos de entrada y salida estarn constituidos por Tees o cortinas. d) El nivel de fondo de cortinas o las bocas de entrada y salida de las Tees, estarn a 0,3 m y 0,4 m respectivamente, con relacin al nivel de las natas y espumas y el nivel de fondo del dispositivo de salida. e) La parte superior de los dispositivos de entrada y salida estarn a por lo menos 0,20 m con relacin al nivel de las natas y espumas.

Muro o tabique divisorio Cuando el tanque tenga ms de una cmara, se deben prever aberturas o pases cortos sobre el nivel el lodo y por debajo de la espuma. Las ranuras o pases deben ser dos, por lo menos, a fin de mantener la distribucin uniforme de la corriente en todo el tanque sptico.

Ventilacin del tanque Si el sistema de desage de la vivienda u otra edificacin posee una tubera de ventilacin en su extremo superior, los gases pueden salir del tanque sptico por este dispositivo. Si el sistema no sta dotada de ventilacin, se debe prever una tubera desde el tanque sptico mismo, protegida con una malla.

Fondo del tanque sptico El fondo de los tanques spticos tendr pendiente de 2% orientada hacia el punto de ingreso de los lquidos. Si hay dos compartimientos, el segundo debe tener la parte inferior horizontal y el primero puede tenerla inclinada hacia la entrada. En los casos en que el terreno lo permita, se colocar tubera para el drenaje de lodos, la que estar ubicada en la seccin ms profunda. La tubera estar provista de vlvula de limpieza.

6. Dimensiones internas del tanque sptico Para determinar las dimensiones internas de un tanque sptico rectangular, adems de la Norma S090 y de las Especificaciones tcnicas para el diseo de tanque sptico publicadas por la Unidad de Apoyo Tcnico para el Saneamiento Bsico del rea Rural (UNATSABAR)-CEPIS/OPS-2003, se emplean los siguientes criterios: a) Entre el nivel superior de natas y la superficie inferior de la losa de cubierta deber quedar un espacio libre de 300 mm, como mnimo. b) El ancho del tanque deber ser de 0,60 m, por los menos, ya que ese es el espacio ms pequeo en que puede trabajar una persona durante la construccin o las operaciones de limpieza. c) La profundidad neta no deber ser menor a 0,75 m. d) La relacin entre el largo y ancho deber ser como mnimo de 2:1. e) En general, la profundidad no deber ser superior a la longitud total. f) El dimetro mnimo de las tuberas de entrada y salida del tanque sptico ser de 100mm (4). g) El nivel de la tubera de salida del tanque sptico deber estar situado a 0,05m por debajo de la tubera de entrada. h) Los dispositivos de entrada y salida de agua residual al tanque sptico estarn constituidos por Tees o pantallas. i) Cuando se usen pantallas, stas debern estar distanciadas de las paredes del tanque a no menos de 0,20 m ni mayor a 0,30 m. j) La prolongacin de los ramales del fondo de las Tees o pantallas de entrada o salida, sern calculadas por la frmula (0,47/A+0,10). k) La parte superior de los dispositivos de entrada y salida debern dejar una luz libre para ventilacin de no ms de 0,05 m por debajo de la losa de techo del tanque sptico. l) Cuando el tanque tenga ms de un compartimiento, las interconexiones entre compartimiento consecutivos se proyectaran de tal manera que evite el paso de natas y lodos. m) Si el tanque sptico tiene un ancho W, la longitud del primer compartimiento debe ser 2W y la del segundo W. n) El fondo de los tanques tendr una pendiente de 2% orientada al punto de ingreso de los lquidos. o) El techo de los tanques spticos deber estar dotado de losas removibles y registros de inspeccin de 150 mm de dimetro.

7. Consideraciones a un tanque spticos con compartimientos a) El nmero de compartimientos no deber ser mayor a cuatro y cada uno deber tener un largo de 0,60 m como mnimo. b) El tanque sptico puede estar dividido por tabiques, si el volumen es mayor a 5 m3. c) Cuando el tanque sptico tenga dos o ms compartimientos, el primer compartimiento deber tener un volumen entre 50% y 60% de sedimentacin, asimismo las subsiguientes compartimientos entre 40% a 50% de volumen de sedimentacin. d) En el primer compartimiento pueden tener lugar la mayor parte de los procesos de sedimentacin y digestin, en cuyo caso slo pasaran al segundo algunos materiales en suspensin. De este modo cuando llegan repentinamente al tanque sptico grandes cantidades de aguas servidas, si bien la eficiencia de sedimentacin se reduce, los efectos son menores en el segundo compartimiento.

8. Operacin y Mantenimiento del Tanque Sptico a) Para una adecuada operacin del sistema, se recomienda no mezclar las aguas de lluvia con las aguas residuales; as mismo, se evitara el uso de qumicos para limpieza del tanque sptico y el vertimiento de aceites. Los tanques spticos deben ser inspeccionados al menos una vez por ao ya que sta es la nica manera de determinar cundo se requiere una operacin de mantenimiento y limpieza. Dicha inspeccin deber limitarse a medir la profundidad de los lodos y de la nata. Los lodos se extraern cuando los slidos llegan a la mitad o a las dos terceras partes de la distancia total entre el nivel del lquido y el fondo. b) La limpieza se efecta bombeando el contenido del tanque a un camin cisterna. Si no se dispone de un camin cisterna aspirador, los lodos deben sacarse manualmente con cubos. Es este un trabajo desagradable, que pone en peligro la salud de los que lo realizan. c) Cuando la topografa del terreno lo permita se puede colocar una tubera de drenaje de lodos, que se colocara en la parte ms profunda del tanque (zona de ingreso). La tubera estar provista de una vlvula. En este caso, es recomendable que la evacuacin de lodos se realice hacia un lecho de secado. d) Cuando se extrae los lodos de un tanque sptico, este no debe lavarse completamente ni desinfectarse. Se debe dejar en el tanque sptico una pequea cantidad de fango para asegurar que le proceso de digestin contine con rapidez. e) Los lodos retirados de los tanques spticos se podr transportar hacia las plantas de tratamiento de aguas residuales, En zonas donde no exista fcil acceso a las plantas de tratamiento o estas no existan en lugares cercanos, se debe disponer de lodos en trincheras y una vez secos proceder a enterrarlos o usarlos como mejorador de suelo. Las zonas de enterramiento deben estar alejadas de las viviendas (por lo menos 500 metros de la vivienda ms cercana).

Pozo Percolador

BiodigestoresUn Biodigestor es un sistema que se utiliza para convertir desechos orgnicos (excrementos, frutas, vegetales) en gas metano y fertilizantes naturales con alto contenido de nitrgeno, fosforo y potasio. Usados en zonas rurales, donde se trabaja con la ganadera y la agricultura.Se llama Biodigestor ya que el proceso que convierte los desechos en gases tiles, se basa en la digestin sin oxgeno (anaerobia) de las bacterias que se encuentran en los desechos orgnicos. El producto del Biodigestor es conocido como el Biogs, y se utiliza para dar combustin en las cocinas o para alimentar algunos tipos de motores.El Biogs es una mezcla de gases cuyos principales componentes son el metano y el bixido de carbono, el cual se produce como resultado de la fermentacin de la materia orgnica en ausencia del aire, por la accin de un grupo de microorganismos.El Biogs se compone de: Metano, CH4 54 70% VolumenBixido de Carbono, CO2 27 45%Hidrogeno, H2 1 10%Nitrgeno, N2 0.5 3%cido Sulfhdrico, H2S 0.1%Los Biodigestores presentan los siguientes beneficios para la sociedad:Presenta un gas combustible (Biogs) que se aprovecha en la coccin de alimentos, calefaccin, combustible en el funcionamiento de motores sea permite alto ahorro de energa.Reduce la generacin de olores desagradables.Su manejo es sencillo y no requiere mantenimiento sofisticado y solo utiliza una mnima rea.Mejora la salud y la ecologa de las comunidades rurales al evitar el uso de lea para cocinar.Reduce el uso de costosos y contaminantes fertilizantes qumicos.Cmo opera un Biodigestor?El proceso biolgico se llama fermentacin anaerbica y consiste en la descomposicin de los desechos orgnicos, por medio de bacterias que trabajan en ausencia de oxgeno. Al final se produce un gas rico en metano, que es combustible, con buen poder calrico. Adems, su residuo (efluente), sirve como abono.La operacin inicia con la primera carga de estircol. Debe llenarse totalmente, es conveniente usar cantidades iguales de desechos slidos y agua, que se mezclan y se introducen dentro del digestor, donde se da el proceso de descomposicin. Dicha mezcla debe permanecer varios das hasta que se produzca gas en cantidad aprovechable. Luego se alimentara el digestor todos los das para mantener una produccin constante de gas. La misma cantidad de carga, debe retirarse por la pileta de descarga para evitar derrames; material que ser aprovechado como bioabono.Algunos cuidados que se deben tener son:1. Mantener la temperatura constante la mayor parte del tiempo, por eso se favorece construir el digestor en el suelo por su capacidad de aislamiento (a mayor temperatura mayor produccin de gas).2. Se debe evitar la entrada de aire ya que penetran otros organismos que detienen el proceso de fermentacin.3. Para que las bacterias trabajen eficientemente se debe alimentarlas adecuadamente, esto es, darles 30 veces ms carbono que nitrgeno. La cerdaza proporciona una excelente relacin y produce alto rendimiento de biogs y bioabono.4. Para evitar disminucin en la eficiencia, no agregue ms de un 25% de desechos vegetales.5. El exceso de acidez mata las bacterias, por lo tanto evite pulpas de limn y naranjas.6. No utilice estircol y orina de animales tratados con antibiticos o sulfas, tampoco residuos de fungicidas o insecticidas. Cuando esto ocurre el biodigestor se indigesta y detiene su funcionamiento, se debe vaciar su contenido, lavarlo muy bien y activarlo por medio de excretas de animales y miel de purga.El periodo de retencin son los das que una carga permanece dentro del digestor, desde su entrada hasta su salida. A 25 C puede durar de 30 a 40 das.

Cmo construir un Biodigestor?

Las dimensiones del Biodigestor a construir lo determinara la cantidad de desechos que produzca la zona que lo precisa, a continuacin detallaremos la construccin de un Biodigestor para una pequea granja rural.Antes de construirlo escoja un lugar seco, que no se inunde, cercano al lugar donde se produce los desechos pero lejos de rboles grandes, mximo a 10 metros de lecheras y no ms de 100 metros de donde se usara el biogs.Se inicia limpiando la capa vegetal. Nivele el suelo y marque un rea de 2,7 m de largo por 1,2 de ancho, luego se excava hasta 1,2 m de profundidad. Haga un talud en las caras internas de manera que en la superficie la nueva medida sea de 3 m de largo por 1,5 m de ancho.Se hace una grada de 20 cm por 20 cm en el borde alrededor del hueco, ah se colocaran los blocks con unos pines en su base, ellos sostendrn el marco con el plstico; posteriormente al llenarse el tanque hasta la mitad de los blocks se formara un sello de agua que evita la entrada de aire al digestor o el escape del gas. Luego se construye un marco rectangular con tubo PVC de pulgada que calce en el borde interno del hueco, al cual se pega el plstico salinero de 4 m de largo. Por ltimo se conecta el tubo de salida del gas con la vlvula y la llave de paso.Es conveniente que el Biodigestor se encuentre bajo techo y procure que el rea se mantenga limpia todo el tiempo.