estudio factibilidad reutilizacion aguas grises domesticas
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I. Municipalidad de La PintanaDirección de Gestión Ambiental
(DIGA)
Universidad Católica de ChileEscuela de Ingeniería
Estudio de Factibilidad Técnica para el Mejoramiento y Utilización de Aguas
Grises Domésticas
Villa Padre Hurtado, La Pintana, Santiago
Elaborado por: Francisca Contardo <[email protected]>Diego Lagos <[email protected]>
Fecha: Febrero del 2011
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Índice de contenidoResumen Ejecutivo...............................................................................................................................4Introducción..........................................................................................................................................7Requerimiento......................................................................................................................................9Antecedentes.........................................................................................................................................9Fuentes de Aguas Grises a utilizar......................................................................................................11Estimación de la Demanda.................................................................................................................13
Consumo de agua por vivienda......................................................................................................13Proporción de aguas grises............................................................................................................13
Utilización de las Aguas.....................................................................................................................18Riego de árboles y plaza................................................................................................................18Huertas familiares..........................................................................................................................18W.C. y lavadoras de ropa en las viviendas.....................................................................................19
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG)..............................................................................20Diseño y descripción de las etapas del S.T.A.G............................................................................22
Colección..................................................................................................................................22Fitodepuración..........................................................................................................................23
Estimación del diseño del Humedal...............................................................................................24Cloración........................................................................................................................................27
Sistemas de Conducción y Presurización de las aguas.......................................................................29Situación actual del alcantarillado.................................................................................................29Modificaciones al sistema de alcantarillado para el tratamiento de las Aguas Grises...................30
Energías Renovables para Impulsar el Agua......................................................................................37Bomba con Paneles Solares...........................................................................................................37Sistema de compensación de usos de energía................................................................................38Biodiesel........................................................................................................................................39
Beneficios y alternativas.....................................................................................................................41Conclusiones.......................................................................................................................................44Anexos................................................................................................................................................47
Cotización bomba para 30 casas (15 m³/día, altura: 12 m):..........................................................47Cotización bomba para 110 casas (60 m³/día, altura: 12 m):.........................................................48Cotización sistema de compensación a través de paneles solares:................................................48
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Índice de tablasTabla 1: Estimación de Caudales de Agua Gris a tratar según época del año....................................15Tabla 2: Proporción aguas grises, negras y consumidas de acuerdo a estimación (consumo en verano)................................................................................................................................................17Tabla 3: Usos de aguas grises de acuerdo a su tratamiento................................................................18Tabla 4: Concentraciones recomendadas para uso de aguas grises tratadas.......................................20Tabla 5: Proyecto de filtros de macrófitas en flotación......................................................................24Tabla 6: Construcción de filtros depuradores con macrófitas en flotación........................................24Tabla 7: Características de sistemas de tratamiento...........................................................................42Tabla 8: Beneficios.............................................................................................................................43Tabla 9: Anexo: Sistema bomba solar 15 m³/día (30 viviendas)........................................................47
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Índice de gráficosGráfico 1: Consumo Residencial Mensual por Inmueble correspondiente al periodo 2007 – 2008. .13Gráfico 2: Aguas Residuales por Fuente, México..............................................................................14Gráfico 3: Aguas Residuales por Fuente, España...............................................................................15Gráfico 4: Aguas Residuales por Fuente, Chile..................................................................................15Gráfico 5: Proporción aguas grises, negras y consumidas de acuerdo a estimación..........................17Gráfico 6: Petencia desarrollada por motor convencional. Compara biodiesel con diesel................40Gráfico 7: Torque desarrollado por motor convencional. Compara biodiesel con diesel..................40
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Índice de ilustracionesIlustración 1: Fotografía Satelital Villa P. Hurtado.............................................................................10Ilustración 2: Instalación sistema de riego por goteo.........................................................................18Ilustración 3: Diagrama de bloques de la operación del STAG.........................................................22Ilustración 4: Esquema instalación.....................................................................................................22Ilustración 5: Superficie de Flujo Libre (SFL)...................................................................................26Ilustración 6: Sistema de Flujo Subsuperficial (SFS).........................................................................26Ilustración 7: Esquema STAG............................................................................................................28Ilustración 8: Diagrama esquemático alcantarillado casas tipo "A"...................................................29Ilustración 9: Diagrama esquemático alcantarillado casas tipo "B"...................................................29Ilustración 10: Válvula de 3 vías........................................................................................................31Ilustración 11: Diagrama esquemático de la situación actual del alcantarillado. La lavadora de ropa no tiene un ducto separado por lo que muchas familias optan por evacuar esta agua a través del lavaplatos de la cocina........................................................................................................................35Ilustración 12: Diagrama esquemático de la nueva instalación a construir........................................35Ilustración 13: Diagrama esquemático del alcantarillado de aguas negras (actual) que corre bajo la calle Los Jesuítas................................................................................................................................35Ilustración 14: Diagrama esquemático del alcantarillado de aguas grises (a construir) que deberá correr bajo la calle Los Jesuítas..........................................................................................................35Ilustración 15: Diagrama esquemático sistema de conducción y presurización................................36Ilustración 16: Esquema de funcionamiento de una bomba solar......................................................37Ilustración 17: Sistema de paneles solares e inversor.........................................................................39Ilustración 18: Motobomba................................................................................................................40Ilustración 19: Grey Water Gator.......................................................................................................42Ilustración 20: Anexo: Sistema bomba solar 60 m³/día (110 viviendas)............................................48-
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Resumen EjecutivoEl estudio de factibilidad considera la evaluación de la instalación de un sistema de
recolección, tratamiento y reutilización de las aguas grises generadas en la Villa Padre Hurtado de la
comuna de la Pintana la cual consta de 113 viviendas.
La primera parte del estudio consiste en determinar qué artefactos del hogar son los indicados
para incorporar a una planta de fitodepuración como la que se pide estudiar en este informe. Se
determina que lavamanos, ducha y lavadora serán los artefactos cuyas aguas serán consideradas
aguas grises a tratar. Dejando lavaplatos y WC como aguas negras dado su alto contenido en
materia orgánica, aceites, detergentes y otros residuos. Estas últimas dos fuentes de aguas
mencionadas, también se dejan de lado debido a que implican una complicación y encarecimiento
del proceso de tratamiento de las aguas a reutilizar. Luego, se realizó una evaluación de la demanda
que tendría el sistema de tratamiento de aguas grises, el STAG de aquí en adelante, el cual –
considerando el consumo de agua en las viviendas y la proporción en que estas aguas son usadas de
acuerdo a los artefactos seleccionados como productores de aguas grises – arroja que la producción
de aguas grises alcanzaría su máximo volumen en los meses de verano llegando a producirse 16,64
metros cúbicos, por casa , por mes (m³/casa/mes), alcanzando así los 62,67 m³/día en las 113
viviendas de la villa.
El uso que se le puede dar a las aguas grises tratadas dependerá del grado de tratamiento a que
estas se sometan. Dadas las consideraciones y requerimientos de este proyecto se concluye que las
aguas de salida del sistema pueden ser utilizadas para el riego de árboles y plaza, implementando un
sistema de riego por goteo; y para llenar estanques de escusado y lavadoras de ropa en las vivienda,
a partir de la instalación de dispositivos de contraflujo y cloración adecuadas, y una instrucción
previa a los habitantes.
Una vez instalado el STAG se deben mantener monitoreadas variables biológicas y químicas
señaladas y detalladas en el cuerpo del informe, como E. Coli y DBO, para no correr ningún riesgo.
En Chile, dado que no existe normativa para aguas grises, tampoco existen rangos adecuados para
estos parámetros, por lo que se adjuntan los utilizados en países que ya poseen sistemas de este tipo
ya implementados.
El sistema completo de tratamiento consta de cinco partes básicas: colección, filtración,
depuración (o tratamiento biológico del agua residual), cloración y acumulación. Es por ello que se
requiere la instalación de un tanque, un humedal, y un tanque posterior para almacenar el agua
tratada. A demás de un par de bombas para succión y distribución de las aguas. En el cuerpo del
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informe se muestra el diseño preliminar de algunas partes del sistema, llegando a dimensiones del
humedal de 1250 m2.
Para la conducción y presurización de las aguas, se sabe que actualmente en el baño de cada
hogar existen 3 artefactos que se encuentran interconectados bajo el radier entre ellos y con el
lavaplatos a un conducto principal que se dirige hasta la cámara de inspección. Y además la
pendiente del alcantarillado sigue la pendiente natural del terreno provocando que el escurrimiento
sea de oriente a poniente y desembocando en el colector ubicado en la calle Santa Rosa. Las
modificaciones sugeridas a realizar para el sistemas de alcantarillados consideran la separación de
las descargas de los distintos artefactos, realizando en cada hogar la construcción de una red que
seleccione solo los artefactos que producen las aguas grises, las recolecte y las conduzca a un nuevo
colector de aguas grises paralelo al actual colector. Para efectuar esto hay dos alternativas: una es
romper el radier y reorganizar las conexiones, y la otra, consiste en intervenir e instalar nuevas
cañerías al interior de las casas en forma superficial. Donde nos inclinamos por la segunda
alternativa y se adjunta un video para aclarar la idea.
Posterior a esto, la nueva red de alcantarillados incluiría excavaciones para la instalación de
una nueva red, una nueva cámara y el colector de agua gris. Encontrándose este ultimo a contra
pendiente debido a la necesidad de utilizar el terreno baldío, que se encuentra en el lado oriente de
la villa, para cualquier instalación del sistema. Se piensa que también se necesitaría una pequeña
cámara de acopio al final del alcantarillado principal y antes del STAG, donde se encontraría la
primera de las bombas de transporte del agua hasta la planta de tratamiento. Luego de la planta de
tratamiento habría un segundo bombeo hasta una torre de agua en altura que proveerá la presión
necesaria para la utilización de las aguas tratadas.
Para la alimentación de energía la DIGA tiene sus ojos puestos en utilizar energías renovables
para impulsar las aguas, las cuales podrían ser: Bombas con paneles solares, compensar los usos de
energias y/o biodiesel.
Para el primer caso, bombas y paneles, se sabe que en el comercio se encuentran todos los
elementos necesarios para su funcionamiento. Y algunas cotizaciones se encuentran en el anexo de
este documento. Para la segunda opción de compensación, se pretende que el sistema consuma
energía de la red eléctrica, la cual sería retornada mediante la instalación de paneles solares que
inyecten a la red eléctrica una energía equivalente al consumo. La tecnología para realizar esto está
disponible en nuestro país y sólo se requiere la autorización de la distribuidora eléctrica para su
instalación. También se anexa cotización para esta opción. La última opción es la utilización del
biodiesel producido en la DIGA para hacer funcionar un generador eléctrico que pueda aportar la
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energía para mover la bomba o directamente usado en una motobomba. Considerando que el
biodiesel entrega un porcentaje menor de rendimiento en su consumo, para compensarlo solo se
necesitaría la utilización de un mayor volumen de biodiesel respecto del diesel que se usaría en su
lugar. Esta alternativa debe ser evaluada más a fondo dependiendo de la disponibilidad y calidad del
biodiesel en la DIGA.
Finalmente, respecto a la limitante económica es interesante observar la estimación de los
ahorros hídricos y económicos que podría reportar la instalación de un sistema de este tipo. En el
estudio se estimó que anualmente se podrían ahorrar 24 mil litros de agua y un poco más de tres
millones de pesos, percibibles en cerca de $30.000 pesos por familia por año.
Cabe mencionar que las casas de la villa no poseen una salida de alcantarillado específica para
las lavadoras. Y las aguas que provienen del lavado de ropas corresponden a un porcentaje
significativo de las potenciales fuentes de aguas grises. Esto es interesante pues existe otra
alternativa ofrecida por una empresa australiana llamada “Grey Water Gator”, que tiene la ventaja
de no requerir instalaciones que involucren las cañerías, por lo que se aplica muy bien para casos
como el de la villa Padre hurtado en que la alteración de cañerías implica una inversión
considerable en el proyecto. Este sistema está diseñado para la reutilización y ahorro del agua
desechada desde la lavadora de ropa, exclusivamente para el riego de jardines. Se pueden ahorrar
hasta 200 litros diarios de agua, dependiendo principalmente del tipo de lavadora y de cuántas veces
se utiliza diariamente. Para su utilización no es necesario intervenir las tuberías existentes. Lo
interesante de esto es que el sistema es muy sencillo y podría ser imitado de no poder conseguir los
dispositivos Australianos.
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IntroducciónEn el presente informe se pretende mostrar la problemática planteada por la DIGA para que
dos estudiantes de la Pontificia Universidad Católica de Chile resolvieran a modo de práctica
profesional. Se mostrará la información necesaria para la comprensión del problema, la
problemática en sí y las posibles soluciones propuestas.
La depuración de las aguas residuales, ya sean urbanas, industriales o de origen agropecuario,
se ha convertido en uno de los retos ecológicos y económicos más acuciantes del Planeta. La
escasez del agua potable como recurso, el imparable aumento de la población y del crecimiento
económico mundial, con el consiguiente incremento en la producción de aguas residuales, y la
necesidad de conseguir los objetivos de reducción de emisiones de carbono nos enfrentan al reto de
conseguir un tratamiento adecuado de las aguas residuales con el menor coste económico y
energético posible.
Además se cree que en el año 2025, 3 mil millones de personas podrían carecer de los
requerimientos básicos de agua vital. Asimismo, es previsible que el agua se convierta en uno de los
principales temas de conflicto a lo largo de este siglo; es urgente dar respuesta a la meta 10 de los
objetivos del milenio1, la cual se refiere a resolver el problema de escasez y distribución del agua2.
Para esta problemática de la escasez de agua existen básicamente dos alternativas
complementables: reducir el consumo y buscar fuentes alternativas de abastecimiento. Dentro de
esta segunda alternativa, uno de los mecanismos usado ya en otros países, es el sistema de
reutilización de aguas grises.
El problema planteado por la DIGA apunta a la segunda alternativa antes mencionada y
consiste en estudiar la factibilidad - principalmente técnica, y a grandes rasgos, también económica
y social - de mejorar y utilizar aguas grises domésticas de la villa Padre Hurtado, ubicada en la
comuna de La Pintana. Definiendo aguas grises como aquellas aguas generadas como residuo de
procesos domésticos como el lavado de la ropa, el baño de las personas y los lavamanos.
Lo importante de esto es que, implementando este sistema en los hogares, se genera un nuevo
concepto del agua, cambiando la noción de desecho de este tipo de agua a una de fuente de recurso
hídrico. Además se logra una mayor conciencia ecológica respecto al uso responsable del agua.
Entre los objetivos requeridos por la DIGA se pide considerar en el estudio la utilización de
energías renovables en el transporte del agua, teniendo en cuenta la disposición de un terreno para
1 http://www.undp.org/spanish/mdg/goallist.shtml 2 http://www.pnuma.org/recnat/esp/documentos/cap1.pdf
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instalar un sistema de fitodepuración y filtros.
Aclarado esto, se espera que este informe sea clarificador en cuanto a la materia a tratar, y por
supuesto también se ambiciona encontrar la mejor solución posible a la problemática, lo que
significaría una solución rentable, poco invasiva, que signifique una ganancia en el amplio sentido
de la palabra y que finalmente pueda llevarse a cabo.
Finalmente, de no obtenerse los resultados deseados, se espera que este documento quede
como evidencia para ser aplicado en futuros proyectos, es decir, no cierra ni acota el tema de las
aguas grises, si no todo lo contrario, se desea que este informe sea una ventana para próximos
propósitos en el tema y sirva como referencia, de manera que se escribe en la mayoría de los
apartados de manera general e informativa, y de ninguna manera limitado por el cumplimiento de la
tarea simplemente.
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RequerimientoLa I. Municipalidad de La Pintana a través del Jefe de Áreas Verdes de la Dirección de
Gestión Ambiental (DIGA) Enrique Bravo solicita un estudio de factibilidad técnica para la
implementación de un sistema que permita mejorar y utilizar aguas grises domésticas procedentes
de la Villa Padre Hurtado ubicada en la comuna. En este sentido se solicita determinar:
1. Sistemas de tratamiento de aguas grises, pensando principalmente en instalar un
sistema de fitodepuración y biofiltros
2. Sistemas de conducción y presurización de aguas
3. Utilización de energías renovables como fuerza motriz para impulsar el agua
4. Confeccionar primeras líneas de un manual de procedimientos para operar el sistema
AntecedentesEl lugar donde se desea evaluar la posibilidad de implementar un sistema de aguas grises
corresponde a la Villa Padre Hurtado, la que está conformada por 113 viviendas susceptibles a
participar del proyecto aportando con las aguas grises generadas y, potencialmente, viéndose
beneficiadas por el uso de estas aguas una vez tratadas.
Las casas de esta villa fueron edificadas cerca del año 1986. Corresponden a casas pareadas
que en la mayoría de sus casos comparten la cámara de aguas de alcantarillado y, como la mayoría
de las edificaciones, posee un alcantarillado que conecta las fuentes en el origen y bajo el radier3 de
la casa. Luego de visitar una de las casas se pudo observar que estas no poseen una salida de
alcantarillado para la lavadora, por lo que los habitantes de estas suelen posicionar la manguera de
salida del agua en el lavaplatos o en algunos casos directamente en la cámara.
De implementarse algún sistema de este tipo, la municipalidad esta interesada en que se
integre a él, el método de depuración biológica de aguas residuales llamada “fitodepuración”
mediante humedales artificiales. De hacerlo los terrenos disponibles para las instalaciones se
encuentran al final de la villa, hacia el oriente, o la derecha de la imagen que muestra la Ilustración
1, y también detallados en el plano del terreno anexado.
Por requerimientos de la DIGA, y restricciones en cuanto a los usos de las aguas grises, estas
serán estudiadas para ser utilizadas (luego de su adecuado tratamiento) en:
3 El radier es la superficie que soporta el tránsito de personas, el peso de los muebles, etc., y además aísla la humedad del suelo [http://www.melon.cl/cemento/javascript_imagen/radier.html ]
Antecedentes Pág. 9 de 43
1. Riego de árboles de la vereda de la calle principal
2. Riego de árboles y pasto en plaza de la Villa
2. Riego de huertas familiares ubicadas en terrenos de cada vivienda
3. Descarga de W.C. en las viviendas y uso en lavadoras de ropa
4. Lavado de pisos exteriores, automóviles o similares en terrenos de cada vivienda
Antecedentes Pág. 10 de 43
Ilustración 1: Fotografía Satelital Villa P. Hurtado
Fuentes de Aguas Grises a utilizarEn total las fuentes de donde se puede obtener agua gris son: lavamanos, ducha o baño,
lavaplatos de la cocina, lavavajillas y lavadora de ropa. Ocurre que la diferencia entre la elección de
ellas depende del tratamiento que se le realice al afluente de agua gris.
De todas las fuentes mencionadas arriba podemos reconocer tres tipos: las que provienen del
baño, las que provienen del lavado de ropa y las que provienen de la cocina. Las primeras engloban
la bañera, la ducha y el lavamanos y estas constituyen, en Australia, un 50 % del volumen total de
aguas grises4.
Este subgrupo de aguas pueden estar contaminada con cabello, jabón, shampoos, tinturas,
pasta de dientes, grasas corporales, aceites y todo tipo de producto de limpieza. Eventualmente
podría también contener contaminación fecal y por ende patógenos asociados.
Luego en el subgrupo de aguas proveniente de lavandería aporta, según datos australianos4, el
30% del volumen total de aguas grises. Su calidad es variable de acuerdo a si se trata del primer
lavado o segundo enjuague, por ejemplo. Estas pueden estar contaminadas con pelusas, aceites,
grasas, detergentes, productos químicos, jabones, nutrientes y otros compuestos. También puede
contener algún tipo de contaminación fecal (y los patógenos asociados) a través de lavar ropa
contaminada. Este tipo de aguas suelen ser de más fácil acceso debido a la simple intervención de la
manguera de salida, aunque por lo general son más contaminadas que las aguas grises del baño.
Finalmente, respecto de las aguas residuales de cocina solo a veces se considera como una
fuente de aguas grises. Sin un tratamiento adecuado esta no puede ser reutilizada. Las aguas
residuales de la cocina no deben ser utilizadas sin un adecuado tratamiento debido a la cantidad de
contaminantes que poseen (partículas de alimento, aceite, grasa, etc). Afortunadamente las aguas
grises de cocina contribuye con una porción relativamente pequeña de las aguas grises total
disponible - 15% según datos australianos4. Sin embargo, si se desea tratar estas aguas existen
tecnologías más costosas que se podrían instalar para mejorar las aguas grises de la cocina también.
Dicho esto, y considerando la información con que se cuenta, el nivel de avance en el país
respecto a tema y junto a la asesoría de profesor experto en el tema se concluye que la mejor opción
es no considerar la tercera fuente de aguas grises – el lavaplatos - debido al riesgo que implicaría
para el uso que se le quiere dar al agua, más el encarecimiento del tratamiento, los pocos estudios
con que se cuenta que avalen el uso de esta fuente y la experiencia internacional que muestra la
consideración de las aguas de la cocina como aguas negras. Sin embargo, para efectos de
4 National Water commission (Australian Goberment), Urban Greywater Design and Installation Handbook
Fuentes de Aguas Grises a utilizar Pág. 11 de 43
implementación en la villa se propone dejar instalada, pero cerrada, la desviación de la cañería en
caso que el tiempo diese la tecnología, presupuesto e información para poder incluir esta fuente al
sistema.
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Estimación de la DemandaUn primer paso para la elaboración de un sistema de recolección, tratamiento y utilización de
las aguas grises en la Villa es estimar el volumen de aguas grises generados. Para esto se debe
establecer el consumo de agua en cada residencia y la proporción de estas que corresponden a aguas
grises.
Consumo de agua por vivienda
De acuerdo a las estadísticas entregadas por la SISS5 (ver Gráfico 1) el consumo de agua a
nivel residencial por inmueble en forma mensual oscila entre los 14 y los 27 [m³ / casa / mes]
dependiendo de la época del año alcanzando su punto máximo en la época estival y su mínimo en
los meses invernales promediando a lo largo del año 20 [m³ / casa / mes].
Proporción de aguas grises
Considerando las fuentes de aguas grises que se utilizarán en este sistema, de acuerdo a lo
determinado en el capítulo anterior, y teniendo en consideración las experiencias a nivel
internacional y algunos estudios a nivel nacional, a continuación se presenta información respecto
del porcentaje de aguas grises estimado que se genera en este caso.
El primer estudio fue realizado por la CONAGUA6 (México) y entrega que la destinación de
aguas residuales por fuente se distribuye según muestra el Gráfico 2. De la misma forma, de
acuerdo al INE7 (de España) se muestra una segunda caracterización en el Gráfico 3. Por último en
5 Superintendencia de Servicios Sanitarios (2009). SISS da a conocer nivel de consumo de agua potable en el país . En Actualidad. Recuperado el 17 de Diciembre de 2010, de http://www.siss.cl/articles-7663_recurso_5.pdf
6 Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), México (sf), Brújula de compra. En PROFECO. Recuperado el 17 de Diciembre de 2010, de http://www.profeco.gob.mx/encuesta/brujula/bruj_2009/bol143_agua.asp
7 Observatorio de Ciudades UC (2010), Reutilización de Aguas Grises, Formulación Sello Eficiencia Hídrica -
Estimación de la Demanda Pág. 13 de 43
Gráfico 1: Consumo Residencial Mensual por Inmueble correspondiente al periodo 2007 – 2008
este mismo documento se muestra una estimación arrojada de un estudio del consumo promedio en
Chile por cada artefacto tal como muestra el Gráfico 4. Pese a que existe una estimación para Chile
se decide considerar los datos de los otros países también dado que son datos estadísticos y no solo
una estimación.
Informe Final. 125
Estimación de la Demanda Pág. 14 de 43
Gráfico 2: Aguas Residuales por Fuente, México
Gráfico 3: Aguas Residuales por Fuente, España
Gráfico 4: Aguas Residuales por Fuente, Chile
A partir de esta información y de acuerdo con las fuentes de Aguas Grises seleccionadas:
Ducha, Lavamanos, Lavado de Ropa, los porcentajes de aguas grises disponibles para ser tratados
en este sistema se presentan en la Tabla 1. En esta misma tabla se estiman los flujos mínimos y
máximos disponibles de aguas grises según la variación del consumo de agua que muestra el
Gráfico 1 para las distintas épocas del año y según los porcentajes que muestran cada uno de los
estudios recientemente mostrados.
De acuerdo a estos cálculos, en la temporada de verano (máximo consumo de agua) se
estarían produciendo alrededor de 16,64 [m³ / casa / mes] y en la de invierno 8,63 [m³ / casa / mes]
tomando un promedio de las tres estimaciones con que se cuenta. Se decide considerar el caudal en
temporada de verano como el caudal de diseño. La razón de esto, es que este caudal es el más
exigente para el sistema de tratamiento de las aguas grises, por tanto permite diseñar esta planta
para operar bajo su máxima demanda. De todas maneras el sistema será diseñado para responder en
caso de sobre-demanda, es decir, exceso de aguas grises ingresando al sistema e igualmente
responder en caso de sub-demanda, es decir, cuando se requiere de más aguas grises tratadas de las
que el sistema es capaz de generar.
Con esto, el consumo residencial reparte su disposición de agua – considerando un 3% de
aguas que son consumidas8 – como muestra el Gráfico 5 y la Tabla 2.
Así, el caudal de diseño para las etapas posteriores se establece en 16,64 [m³ / casa / mes].
8 Observatorio de Ciudades UC (2010), Reutilización de Aguas Grises, Formulación Sello Eficiencia Hídrica - Informe Final. 125
Estimación de la Demanda Pág. 15 de 43
Tabla 1: Estimación de Caudales de Agua Gris a tratar según época del año
Estimación Aguas Grises Mínimo MáximoPaís %
México 55,00% 7,70 14,85España 58,48% 8,19 15,79
Chile 71,36% 9,99 19,27Promedio 61,61% 8,63 16,64
Caudal mínimo consumo agua 14Caudal máximo consumo agua 27
m³/casa/mes m³/casa/mes
m³/casa/mesm³/casa/mes
Estimación de la Demanda Pág. 16 de 43
Gráfico 5: Proporción aguas grises, negras y consumidas de acuerdo a estimación
Tabla 2: Proporción aguas grises, negras y consumidas de acuerdo a estimación (consumo en verano)
Agua Caudal- %
Gris 16,64 61,63%Negra 9,55 35,37%
Consumida 0,81 3,00%Total 27,00 100,00%
m³ / casa / mes
Utilización de las AguasExisten dos tipos de sistemas de aguas grises, las tratadas y las no tratadas. El grado de
tratamiento afecta el uso general del agua gris, como se debe almacenar y su calidad. La Tabla 3
muestra un resumen de los tres parámetros afectados por el grado de tratamiento.
Riego de árboles y plaza
Implementar la utilización de las aguas salidas de un
tratamiento de aguas grises resulta factible pues sólo
requiere implementar una red de regadío por goteo para
evitar el contacto y manipulación directa del agua ya que,
por razones de salud, se recomienda que no exista contacto
directo entre personas y el agua gris. También podría
instalarse una llave que fuese solo manipulada por un
encargado con conocimientos para la correcta
manipulación del riego y las aguas grises tratadas.
Para el funcionamiento del sistema de riego se debe
instalar la red de distribución compuesto por: válvula, dispositivo de control el contraflujo,
regulador de presión, filtro, adaptadores de manguera, la tubería, los emisores y la tapa de cierre, tal
como muestra la Ilustración 2. Todos ellos conseguibles en cualquier tienda especializada.
Huertas familiares
Respecto a este uso, durante este estudio no se ha encontrado bibliografía que avale el uso de
aguas grises tratadas en riego de hortalizas. Por lo que, remitiéndose a lo que un estudio de
factibilidad es, sin desear aventurarse a algo poco testeado, se concluye que no es posible aún darle
este tipo de uso al agua que saldría del sistema de aguas grises. Esto principalmente debido a la
preocupación por la transmisión de enfermedades mediante el contacto de aguas contaminadas con
Utilización de las Aguas Pág. 17 de 43
Tabla 3: Usos de aguas grises de acuerdo a su tratamiento
Ilustración 2: Instalación sistema de riego por goteo
Parámetro Agua gris tratada Agua gris no tratadaFuente Baño, ducha, lavadora y cocina Baño, ducha y lavadoraUso general
Almacenamiento
Calidad
Irrigación en jardín, lavadora(agua fría), llenado de escusado y lavado de vehículo.
Irrigación bajo superficie de jardín, o aplicación superficial.
Es permitida. La calidad del agua necesita ser monitoreada en forma permanente
No es permitido, los sistemas deben ser vaciados cada 24 horas o menos.
El nivel de tratamiento requerido dependerá del uso final que se le dará y de los estándares de agua de las autoridades locales.
La calidad varía mucho dependiendo de la fuente de aguas gris en el hogar y los productos de cuidado personal y limpieza utilizado en estas fuentes.
las plantas o por ingesta directa por la manipulación de la instalación de aguas grises en el domicilio
y por la calidad de las aguas tratadas, las cuales pueden no resultar óptimas para el desarrollo de las
plantas. Se recomienda en cualquier caso realizar un estudio de la calidad de las aguas tratadas una
vez que el sistema se encuentre en operación para así determinar su riesgo biológico-químico y su
calidad como agua de riego.
W.C. y lavadoras de ropa en las viviendas
El agua gris tratada puede ser usada para llenar los estanques de los escusados (uso sanitario)
o para lavado de ropa (con agua helada solamente)9. Si se desea conectar las aguas grises a la
plomería interna como inodoros y/o lavadoras, se deberían instalar aparatos de prevención del
contraflujo, que según la bibliografía Australiana el índice de riesgo para estos dispositivos es alta,
pero debe chequearse con expertos, y, al menos en Australia, debe cumplir con ciertos estándares9.
De optar por este tipo de uso, como se explicará más adelante, el agua debe pasar por procesos de
desinfección para no correr ni un riesgo de salud para los habitantes de la casa ante un inesperado
contacto con las aguas grises tratadas.
También se debiera generar para el usuario, en caso de utilizar las aguas en estos artefactos,
un pequeño informativo sobre las aguas y su manejo pues uno de los problemas que ha observado al
dejar por largos períodos de tiempo las aguas tratadas en el inodoro es que se forma un crecimiento
biológico en la taza del baño. Entonces habría que tomar medidas de precaución para ello y/o
instrucciones para el habitante. Una solución para esto, si se va a abandonar la casa por un tiempo,
es poner una pastilla de cloro en la taza, o llenar con una cubeta de agua potable para limpiar la
taza del baño antes de salir , o en tercer lugar, utilizar pastillas de cloro en el tanque del inodoro.
Otras alternativas incluyen una mejor desinfección, ya sea en el tanque de almacenamiento o
después de él.
9 National Water commission (Australian Goberment), Urban Greywater Design and Installation Handbook, 2008
Utilización de las Aguas Pág. 18 de 43
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG)Se propone, posterior a la modificación hidráulica y el direccionamiento de las cañerías de las
fuentes de aguas grises, proporcionar un sistema que recolecte, trate, almacene y finalmente
direccione las aguas tratadas a los usos que se le darán, mencionados en el apartado anterior.
Para el tratamiento de las aguas grises se debe controlar los siguientes parámetros:
1. Demanda Bioquimica de Oxigeno
2. Solidos en Suspension
3. Bacteria E. Coli
4. Residuos Clorados
5. Turbidez
6. Coliformes fecales
7. Enterococci
El rango de presencia o cantidad de aquellos parámetros es lo que determina para que puede
ser usada el agua de salida y la forma en que esta se puede manipular. En Chile, dado que no existe
legislación ni normas para ello no existen concentraciones que indiquen que sea agua gris de buena
calidad, pero en países como Australia10 y Estados Unidos11 si. La Tabla 4 muestran las
concentraciones recomendadas.
Respecto a las instalaciones a realizar, lo primero que se debe saber es que el sistema de
tratamiento de aguas grises (STAG) deberá siempre mantener una conexión con el alcantarillado
existente, por si en caso de excesiva cantidad de producción de agua gris o en periodos que
requieren mayor consumo, estos puedan ser descargados al alcantarillado. También se debe asegurar
de tener una salida de rebalse que se conecte a la red de alcantarillado en caso de falla de bomba o
que el estanque se llene.
Aunque no exista legislación respecto al tema, de implementar cualquier sistema se debe ser
sumamente cuidadosos en cuanto a la rotulación adecuada y señalización de grifería y cañerías que
10 National Water commission (Australian Goberment), Urban Greywater Design and Installation Handbook11 Jokerst, Adam. “An Evaluation of Graywater Reuse Utilizing a Constructed Wetland Treatment System ”ppt.
Colorado, EEUU. 2009
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG) Pág. 19 de 43
Tabla 4: Concentraciones recomendadas para uso de aguas grises tratadas
Parámetro Australia EEUU (algunos estados)>20 20-30>30 >30
>30[CFU/100ml]
>2 >5, con media 3.
DBO[mg/l]SST [mg/l]
E. Coli 126 media, 235 max [celulas/100ml]
Residuos Clorados[mg/l] 0.5-3 despues de 30 minutos de contacto Turbidez[NTU]Coliformes Fecales (Solo E. Coli indicador) 23/100 ml maximo
se pudiesen habilitar a futuro, en caso de que tenga contacto o manipulación por personas.
El sistema completo de tratamiento consta de cinco partes básicas, esquematizadas en la
Ilustración 3, donde puede observarse que las aguas deben pasar inicialmente por un proceso de
filtración para remover toda impureza de gran tamaño, que además pueda dañar las bombas que se
encuentren en el sistema. Luego de eso se pasa al proceso de depuración o tratamiento biológico
del agua residual, el cual en este caso. por requerimientos de la DIGA, se desea que sea a través de
humedales artificiales. Luego de eso, si el agua se desea reutilizar para el llenado de estanques y/o
además se quisiera instalar llaves de agua, seria necesario pasar el agua tratada por un sistema de
cloración para eliminar cualquier patógeno que pusiera en riesgo la salud de las personas debido a
su manipulación o contacto.
Diseño y descripción de las etapas del S.T.A.G
A partir de el caudal estimado de aguas grises que se podría obtener de toda la villa (16,64
m³/casa/mes), a continuación se describirá las partes del sistema a considerar y, en algunos casos,
características del diseño que deberían tener. Para ello observar primeramente la Ilustración 4.
Colección
El llamado “surge tank” de la imagen anterior, seria el encargado de recolectar todo el
consumo de aguas grises de la villa, o sub-conjunto de ella, donde se implemente el sistema. A la
hora de dimensionarlo debería considerarse primeramente el caudal de diseño obtenido
anteriormente. Luego, a eso debiese sumársele el tiempo de residencia que tendría el agua en el
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG) Pág. 20 de 43
Ilustración 3: Diagrama de bloques de la operación del STAG
sistema de fitodepuración, para que el tanque fuese capaz de albergar el agua de todos esos días, y
junto con ello una salida al alcantarillado en caso de que aun habiendo tomado en cuenta estas dos
consideraciones, exista exceso de caudal. También debe poseer una salida inferior, en caso de que se
deba drenar, vaciar o realizarle alguna mantención al tanque.
Para la salida del tanque, se debiese hacer la succión
de la bomba en un nivel un poco mayor que la salida al
alcantarillado, o al fondo, para evitar que sedimentos
salgan y puedan dañar la bomba y perjudicar el sistema.
Aún habiendo considerado el tiempo de residencia en
el humedal de fitodepuración, no se debiese tener un
tanque que este continuamente desbordándose al
alcantarillado. El tamaño ideal es aquel en que el tanque
logra almacenar un volumen de aguas grises que logre
abastecer de medio a un día de lavado y alrededor de 3 a 5
días para riego. Aun así este puede que no logre abastecer
todo pues es recomendado almacenar el agua a lo mas 4
días, pues si no pierde su “frescura”.
Finalmente de seguro se debe medir el flujo,
observando la variación diaria en el volumen de agua en el tanque, pues, en cuanto a los parámetros
de calidad del agua, se debiese al comienzo muestrear semanalmente Na Ca, Mg y para calcular lol
SST,y E-coli, o Entrococci.
Fitodepuración
Los llamados sistemas blandos para el tratamiento de aguas residuales son métodos que
suelen ser menos costosos y sofisticados en cuanto a operación y mantenimiento que los
convencionales. Aunque este proceso requiere mayor extensión de terreno, suele ser igualmente
eficaces en la eliminación de materia orgánica e incluso más efectivos en la remoción de elementos
patógenos y nutrientes, como el nitrógeno y el fósforo. Por otra parte, el consumo energético suele
ser mínimo y sus costes de mantenimiento muy bajos, requiriendo también personal menos
especializado.
Entre estos “sistemas blandos” destacan los humedales artificiales, utilizados ampliamente
en muchos países para el tratamiento de efluentes domésticos e industriales. Aquí las plantas son la
base del proceso, ya que degradan, absorben y asimilan en sus tejidos los contaminantes, pero
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG) Pág. 21 de 43
Ilustración 4: Esquema instalación
también proporcionan una extensa superficie donde se posibilita el crecimiento bacteriano y se
retienen los elementos sólidos en suspensión. Las plantas (macrófitas acuáticas) se cultivan en
lagunas, tanques o canales poco profundos por los que se hace circular el agua residual.
Para poder construir un humedal se debiesen considerar los aspectos enumerados en las
Tablas 5 y 6, cuyas especificaciones se encuentran en libros especializados en el tema12. Lo que se
hará a continuación será estimar la capacidad que este tendría que tener, para aportar de esta manera
más argumentos en cuanto a la factibilidad del proyecto.
Estimación del diseño del Humedal
Caudal: En el apartado de estimación de demandas se obtuvo un caudal de diseño, que
transformado a metros cúbicos por día, se obtiene:
Q=16,64m3
casa∗mes∗110 casas∗
1mes30 dias
=61,0133m3
dia
Parámetros de diseño: Para determinar el tamaño de un sistema biológico grande de
12 Como por ejemplo:
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG) Pág. 22 de 43
Tabla 5: Proyecto de filtros de macrófitas en flotación
Partes del proyecto
Datos necesarios para la realización del proyecto
1. Levantamientos topográficos2. Naturaleza del terreno3. Clasificación ambiental4.Volumen y características del agua a tratar5. Condiciones del vertido final1. Memoria y anexos a la memoria2. Planos3. Pliego de prescripciones técnicas4. Presupuesto
Aspectos limitantes para los filtros de macrofitas en flotación1. Disponibilidad de superficie2.Tipo de vertido
Tabla 6: Construcción de filtros depuradores con macrófitas en flotación
Movimiento de tierras
1. Nivelaciones2. Excavaciones3. Rellenos y compactaciones4.Transporte a vertedero5. Formación de taludes y refino
Impermeabilización por geomembranas 1. Geotextiles2. Láminas impermeables
Construcción in situ de canales
Accesorios
1. Arquetas2. Pozos3. Conducciones4.Vallado
Pretratamientos En nuestro caso filtro.
Instalación de las macrofitas
filtración, se debe primero determinar la temperatura mínima del ambiente del sitio propuesto (°C),
la cantidad de DBO producido actualmente, y el nivel de DBO deseado para el agua que sale del
sistema. De la bibliografía se obtuvo que:
DBO inicial13 =[26 – 230] mg/l DBO salida < 20 mg/ l
Luego las temperaturas promedio de Santiago son:
T verano = 21°C T invierno = 9°C
Se considerará la temperatura de invierno para, de esa manera, ponerse en el peor de los
casos, y obtener las mayores dimensiones que el humedal debería tener para funcionar
correctamente. Teniendo esta temperatura promedio mínima de invierno se debe proceder a estimar
la constante k que acompaña la expresión que entrega el tiempo de retención hidráulico del
humedal (Ecuación 1). Considerando que el humedal se modela como un reactor de primer orden
cinético (n =1), y apegándonos a la bibliografía, con las siguientes dos ecuaciones se logra obtener
un tiempo de retención de 4,21 días.
CDBO=C DBOin∗e−kt (1) k 9=k 20∗1,06T−20 (2)
Donde la constante de velocidad de reacción en 20°C (k20) varía dependiendo del sistema.
Un valor k más grande indica que la descomposición de DBO es más rápida. En la fuente utilizada
se mencionaba que en el libro por Crites y Tchobanoglous (1998) se estima un (k20) de 1.1 día-1,
mientras Tchobanoglous y Burton (1991) estima un (k20) de 1.35 día-1 para humedales construidos
para el tratamiento de aguas negras.
Se cree que es mejor utilizar el valor mas bajo pues este tipo de aguas posee menos
disponibilidad de materia orgánica, por lo que podría verse enlentecido el proceso, y además debido
a que mucho del tratamiento depende de la actividad de los microorganismos en el humedal, que no
puede ser completamente determinado antes de la construcción. Más investigación y testeos es
necesaria para mejor caracterizar la velocidad de reacción y parámetros de diseño ideales.
Tasa de carga orgánica: Lorg (g BOD/m2-día).
Este número indicará la masa de DBO por área por día que el sistema recibirá. En general, no
debe exceder 11.2 g BOD/m2-día. Se calcula a partir de la expresión:
Lorg=C∗d w∗n
t
13 Para la DBO inicial consideramos 230 pues así se hacen las estimaciones para el peor de los casos. A demás que no es tan alejado de la realidad.
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG) Pág. 23 de 43
Nuevamente, C es el nivel de BOD (mg/L = g/m3) del agua entrante, dw (m) es la
profundidad del sustrato, que puede ser típicamente de 0.4 m a 0.85 m. Entre más profundo se
encuentre el sustrato, mayor sera carga que el sistema puede procesar, pero si el sustrato es
demasiado profundo, las condiciones en el fondo llegan a ser anaeróbicas y pueden resultar en la
eliminación reducida del BOD y de nutrientes. El tiempo de detención corresponde al calculado
previamente (t). La porosidad efectiva del sustrato, n, es definida como la proporción del volumen
no sólido al volumen total de la materia, sin dimensión, y puede ser determinado por tablas, siendo
uno típico y el de valor mas bajo 0,3. Con este valor se trabajó, obteniéndose una profundidad de
sustrato de 0,68m, que se encuentra dentro del rango típico.
Área de terreno necesaria: Para la estimación de las dimensiones del humedal existen
relaciones dependiendo si se desea implementar un humedal de Sistema de Flujo Libre (FWS) o un
Sistema de Flujo Subsuperficial (SFS),como se muestran en las Ilustraciones 5 y 6.
Las principales ventajas de mantener un nivel subsuperficial del agua son la prevención de
mosquitos y olores y la eliminación del riesgo de que el público entre en contacto con el agua
residual parcialmente tratada. Además el área de sustrato en un humedal SFS puede sobrepasar por
mucho el sustrato disponible en humedales FWS, las tasas de reacción microbiana pueden ser
mayores que las de humedales FWS para muchos contaminantes. Por estas razones se ha optado
por estimar las dimensiones para un humedal de flujo subsuperficial, pero hacerlas para uno
superficial es muy parecido, no más complicado y se puede obtener de la bibliografía14.
Dicho esto, se procede a calcular el área mediante la siguiente fórmula15:
14 Folleto informativo de tecnología de aguas residuales , Humedales de flujo libre superficial - EPA15 Dayna Yocum, “Manual de Diseño: Humedal Construido para el Tratamiento de las Aguas Grises por Biofiltració
n”, Bren School of Environmental Science and Management, University of California, Santa Barbara
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG) Pág. 24 de 43
Ilustración 5: Superficie de Flujo Libre (SFL)
Ilustración 6: Sistema de Flujo Subsuperficial (SFS)
A s=Q∗t
n∗d w
Dónde Q es el flujo diario medio por el humedal (m3/día), t es el tiempo de detención
calculado arriba (día), y dw es la profundidad del medio (m). Utilizando el mismo valor para n
determinado en la ecuación anterior (0,3). Con todo esto se obtiene un área superficial de 1250 m².
Dimensiones: Y finalmente, para calcular las dimensiones del humedal del tratamiento (m),
se utiliza la expresión siguiente:
w=
As
RA
12
Dónde w corresponde al ancho (m), As es el área del humedal (m²), y RA es la proporción
longitud/ancho. Para humedales construidos de flujo subterráneos se recomienda que la proporción
esté entre 2:1 y 4:1, aquí se utilizará 2:1, obteniéndose un ancho de 25 metros. La longitud, L, del
humedal construido (m) puede ser calculado por la expresión:
L=As
w
Obteniéndose un largo de 50 metros. Luego de esto, de construirse el humedal existen cinco
pasos que se debiesen de chequear:
1. Los materiales con los que se va a construir.
2. La vegetación que se va a escoger.
2. Los pasos de la construcción y las consideraciones de diseño
3. La mantención
4. Las limitaciones.
Donde cada uno de de estos factores, o pasos a seguir, se encuentra fácilmente en libros
especializados en el tema, existe información orientativa también en documentos de la EPA y
además la misma DIGA posee uno instalado en sus inmediaciones. Por lo que se cree no es
necesario para este estudio de factibilidad ahondar en más detalles.
Cloración
En caso de que se optará por recircular las aguas al estanque del WC es necesario que el agua
salida del sistema de tratamiento desinfección. Es más, no debiese ser almacenada por largo tiempo
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG) Pág. 25 de 43
sin algún tipo de tratamiento, pues estas aguas pueden contener bacterias o desarrollar patógenos si
se almacenan en un clima cálido. Ideal seria si el agua se utilizase inmediatamente para el riego de
las plantas no comestibles en el jardín, sin embargo posterior a un tratamiento de cloración podría
ser utilizado para el estanque de los inodoros y más. El “y más” se refiere a que si existiese
adecuada educación y rotulación de llaves de agua, en un futuro no muy lejano podrían habilitarse
llaves para salidas de mangueras para el lavado de autos, calles o riego de jardín.
Normalmente, la desinfección de aguas grises se lleva a cabo utilizando cloro o yodo. El
cloro es, más común, ya que es de uso doméstico, así como que se venden en tabletas sólido y
líquido en artículos de piscina. Además el cloro es muy barato, puede ser almacenado durante un
largo periodo de tiempo sin degradar, y la mayor parte se evapora de las aguas grises después de
haber realizado su labor de desinfección.
Finalmente luego de explicar a grandes rasgos de que consta cada etapa, a continuación se
muestra un esquema de como debiese ser el sistema.
Sistema de Tratamiento de Aguas Grises (STAG) Pág. 26 de 43
Ilustración 7: Esquema STAG
Sistemas de Conducción y Presurización de las aguas
Situación actual del alcantarillado
El actual sistema de alcantarillado opera en cada hogar16 de acuerdo a el esquema mostrado en
las Ilustraciones 8 y 9. Cada baño presenta 3 artefactos (lavamanos, WC y ducha) que se encuentran
interconectados bajo el radier entre estos y además con el lavaplatos a un conducto principal que se
dirige hasta la cámara de inspección, ubicándose a una profundidad de 1,5 metros la cañería en este
punto. Esta cámara empalma a los colectores ubicados en la calle.
Los colectores de la calle se disponen de acuerdo al plano adjunto a este documento17 en el
que se presentan tanto la ubicación, las profundidades del radier como las pendientes del
alcantarillado. La pendiente del terreno presenta una diferencia de altura de 2 metros siendo más
16 De acuerdo a los planos de las casas obtenidos en el Archivo Técnico de Aguas Andinas e información constatada en terreno
17 Recuperado del Archivo Técnico de Aguas Andinas
Sistemas de Conducción y Presurización de las aguas Pág. 27 de 43
Ilustración 8: Diagrama esquemático alcantarillado casas tipo "A"
Ilustración 9: Diagrama esquemático alcantarillado casas tipo "B"
elevado el lado oriente de la villa y más bajo el lado poniente. La pendiente del alcantarillado sigue
la pendiente natural del terreno provocando que el escurrimiento sea de oriente a poniente y
desembocando en el colector ubicado en la calle Santa Rosa (ver plano de alcantarillado adjunto).
Modificaciones al sistema de alcantarillado para el tratamiento de las Aguas Grises
En forma simplificada, la situación presente de la red de alcantarillado la muestra la
Ilustración 11. Las modificaciones necesarias de efectuar sobre el sistema consideran la separación
de las descargas de los distintos artefactos según se justificó en el capítulo Fuentes de Aguas Grises
a utilizar, debiéndose hacer las obras necesarias para llegar a la situación que muestra en forma
esquemática la Ilustración 12.
Los cambios consideran realizar en cada hogar la construcción de una red que seleccione solo
los artefactos que producen las aguas grises, las recolecte y las conduzca a un nuevo colector de
aguas grises paralelo al actual colector de aguas. Para efectuar esto hay dos alternativas. La primera
consideraría romper el radier bajo los artefactos del baño y el lavaplatos para reorganizar la
conexión de los artefactos. Una solución de este tipo supone una gran inversión en mano de obra,
materiales de construcción e ingeniería y supone una molestia para las familias de varios días de
obras. La segunda solución propuesta consiste en que la intervención e instalación de las nuevas
cañerías al interior de las casas se realice en forma superficial, interviniendo los dúctos de desagüe
de los artefactos productores de aguas grises antes de que estos atraviesen el radier o los muros
uniéndolos en una cañería que en forma superficial colecta las aguas para salir a través del muro
hasta el exterior de la casa. Un video18 fue preparado para mostrar el funcionamiento de esta
alternativa.
El funcionamiento modular de las instalaciones19, según el requerimiento, se conseguirá
mediante la instalación de una válvula de 3 caminos (ver Ilustración 10) instalada tras la recolección
de las aguas grises de forma de poder desviar estas hacia el STAG o hacia el alcantarillado común.
Saliendo hacia el jardín, la nueva red de alcantarillado de aguas grises involucra las
excavaciones para la instalación en profundidad del alcantarillado – a 1,5 metros aproximadamente
–, considerando los casos en que se debe romper pavimentos ya que según se constató en terreno
muchas casas han construido terrazas sus patios. Además se debe considerar la instalación de una
nueva cámara de inspección similar a la actual, en cada casa o par de casas y el empalme al colector
de agua gris que se debe construir en la calle y cumplir con todas las normas indicadas en el
18 Se hará llegar a la DiGA en un cd. Elaborado por Christián Cornejo, Disñador Industrial19 Conocida como 3-way valve. Ver por ejemplo: http://www.123ponds.com/600-7200-pvc.html
Sistemas de Conducción y Presurización de las aguas Pág. 28 de 43
Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y Alcantarillado (RIDAA).
El colector de agua
gris que se deberá
construir en la calle
presenta similares
características al actual
colector en cuanto a la
profundidad en que se
encuentra, pero se
diferencia de este en el sentido de la pendiente. Tal como se muestra en el capítulo de Antecedentes,
el requerimiento es utilizar los sectores baldíos del lado oriente de la villa para las instalaciones de
depuración de las aguas, es por esto que la pendiente del alcantarillado que corre bajo la calle Los
Jesuítas en vez de correr hacia Santa Rosa deberá hacerlo hacia el sector de la plaza. La pendiente
del alcantarillado de aguas negras (actual) y el de aguas grises (a construir) se muestran,
respectivamente, en las Ilustraciones 13 y 14.
La construcción del colector de aguas grises implica la excavación respectiva, la construcción
de las cámaras de inspección, la instalación de los ductos y la construcción de una pequeña cámara
de acopio al final del alcantarillado principal y antes del Sistema de Tratamiento de Aguas Grises
(STAG). En esta cámara es donde se encuentra la primera de las bombas que es la encargada del
transporte del agua hasta la planta de tratamiento que se encuentra a nivel de terreno (6 metros de
bombeo). Luego de la planta de tratamiento hay un segundo bombeo hasta una torre de agua en
altura que proveerá la presión necesaria para la utilización de las aguas tratadas (riego por goteo,
riego en los domicilios, etc). La Ilustración 15 muestra en forma esquemática esta situación.
Sistemas de Conducción y Presurización de las aguas Pág. 29 de 43
Ilustración 11: Diagrama esquemático de la situación actual del alcantarillado. La lavadora de ropa no tiene un ducto separado por lo que muchas familias optan por evacuar esta agua a través del lavaplatos de la cocina
Ilustración 10: Válvula de 3 vías
Sistemas de Conducción y Presurización de las aguas Pág. 30 de 43
Ilustración 13: Diagrama esquemático del alcantarillado de aguas negras (actual) que corre bajo la calle Los Jesuítas
Ilustración 14: Diagrama esquemático del alcantarillado de aguas grises (a construir) que deberá correr bajo la calle Los Jesuítas
Ilustración 15: Diagrama esquemático sistema de conducción y presurización
Ilustración 12: Diagrama esquemático de la nueva instalación a construir
Energías Renovables para Impulsar el Agua
Bomba con Paneles Solares
En el comercio es posible encontrar bombas que operan con paneles solares con todos los
elementos necesarios para su funcionamiento. Los sistemas consideran paneles fotovoltáicos, una
bomba, un controlador – que permite optimizar la energía entregada por los paneles fotovoltáicos –
o también llamado optimizador y, opcionalmente, un sistema de baterías para el almacenamiento de
energía.
Considerando el flujo a tratar (16,64 [m³ / casa / mes]), se realizaron diversas cotizaciones,
tanto para sistemas que permitan tratar la demanda de 3 módulos (30 casas) como del conjunto
completo de viviendas (110 casas) para elevar el agua desde la cañería subterránea de agua gris
hasta la piscina de tratamiento (6 metros) y desde esta hasta un estanque de almacenamiento (6
metros) en altura para entregar esta agua presurizada a la red de regadío y otros usos. Estos sistemas
no consideran la utilización de baterías, sólo la utilización directa de la energía entregada por los
paneles. Sin embargo las bombas permiten operarlas con energía de la red eléctrica para poder así
operar siempre que sea necesario. Las cotizaciones – que se encuentran en los anexos del
documento20 – dan cuenta de la factibilidad de la utilización de estas bombas para la conducción y
20 Cotización para 30 casas: Anexo, Página 41Cotización para 110 casas: Anexo, Página 41
Energías Renovables para Impulsar el Agua Pág. 31 de 43
Ilustración 16: Esquema de funcionamiento de una bomba solar
presurización de las aguas.
Dado que la operación de la bomba con energía solar opera hasta 6 horas diarias – dada la
radiación solar – se propone la utilización de estanques que permitan el almacenamiento de las
aguas para así aprovechar mejor la energía solar y reducir la necesidad de utilizar energía de la red.
Este estanque se estudia en el capítulo Sistemas de Conducción y Presurización de las aguas.
Cabe considerar que el dimensionamiento de los paneles se hace en base a promedios anuales,
por lo que estacionalmente se tiene una variabilidad que puede afectar el funcionamiento del
sistema. Se estima que la variación en los flujos elevados por las bombas puede variar hasta en un
50%.
Sistema de compensación de usos de energía
Dada la variabilidad que experimentan los sistemas que utilizan energía solar tanto
diariamente como estacionalmente en cuanto a la energía que son capaces de proveer, se propone a
continuación una estrategia para evitar que esta variabilidad afecte el normal funcionamiento del
sistema.
La estrategia consiste en que las bombas a utilizar en el sistema consuman directamente
energía de la red eléctrica, con esto es posible que la red hidráulica responda correctamente a la
demanda de aguas grises a tratar por parte de las casas, a la capacidad del sistema de tratamiento de
aguas grises y al requerimiento de aguas grises tratadas, por ejemplo para el riego.
Para compensar el consumo que tendrán estas bombas se instalarán paneles solares capaces de
inyectar a la red eléctrica la energía equivalente a este consumo. La tecnología para realizar esto
está disponible en nuestro país y sólo se requiere la autorización de la distribuidora eléctrica para su
instalación. De acuerdo al consumo esperado de la bomba que opera en el sistema21 se preparó una
cotización (ver en Anexo – Página 43).
El sistema opera básicamente utilizando un conjunto de paneles solares y un inversor que
permite transformar la energía para permitir su inyección a la red eléctrica (ver Ilustración 17).
21 Bomba centrífuga de 1,1 kW operando a un promedio de 6 horas diarias elevando 12 m de altura el agua
Energías Renovables para Impulsar el Agua Pág. 32 de 43
Biodiesel
La última alternativa propuesta es la utilización del biodiesel producido en la DIGA a partir de
los aceites usados de la comuna para hacer funcionar un generador eléctrico que pueda aportar la
energía eléctrica para mover la bomba o directamente usado en una motobomba (Ilustración 18).
Investigaciones realizadas en laboratorios de la UC22 muestran que la potencia (Gráfico 6) y el
torque (Gráfico 7) desarrollado por un motor convencional utilizando biodiesel entrega
aproximadamente un 20% menos de rendimiento en comparación a uno tradicional. Es así, por
ejemplo, que el biodiesel fabricado a partir de aceite de soya tiene una capacidad calorífica de 37.2
MJ/kg mientras que el Diesel Nº2 de 42.6 MJ/kg 23. Para compensar este menor rendimiento solo es
necesaria la utilización de un mayor volumen de biodiesel respecto del diesel que se usaría en su
lugar.
La proporción entre biodiesel y diesel será dependiente del motor a utilizar, teniendo incluso
la posibilidad de poder usar únicamente biodiesel en alguos casos. En general, la proporción
biodiesel:diesel recomendada es de 20:80 para motores convencionales, en particular, debido a la
viscosidad del biodiesel.
Esta alternativa debe ser evaluada más a fondo dependiendo de la disponibilidad y calidad del
biodiesel en la DiGA24.
22 Adolfo Uribe (Alumno memorista Profesor Ricardo San Martín), Producción de biodiesel de aceite de guindilla (valenzuela trinervis) y comportamiento en motor diesel, 2011. DIQBD, Escuela de Ingeniería
23 Gerhard Knothe , The Biodiesel Handbook, 200524 Al momento del estudio no se pudo contar con información respecto de los volúmenes y calidad del biodiesel.
Energías Renovables para Impulsar el Agua Pág. 33 de 43
Ilustración 17: Sistema de paneles solares e inversor
Energías Renovables para Impulsar el Agua Pág. 34 de 43
Gráfico 7: Torque desarrollado por motor convencional. Compara biodiesel con diesel
Gráfico 6: Petencia desarrollada por motor convencional. Compara biodiesel con diesel
Ilustración 18: Motobomba
Beneficios y alternativasDada la información proporcionada en los apartados anteriores, se puede observar que existe
toda la información, tecnología e ingeniería para implementar algún tipo de reutilización de aguas
grises. De implementarse un sistema de este tipo existen organismos, universidades internacionales
y autoridades de otros países como Australia, Estados Unidos y España que proporcionan
información y cierta regulación en el tema, la que podría ser utilizada para implementar algo seguro
y de buen funcionamiento en esta villa o cualquier otra nueva que se fuese a construir.
Resulta interesante observar la estimación de los ahorros hídricos y económicos que podría
reportar la instalación de un sistema de recolección, tratamiento y recirculación de aguas grises en
esta villa. Como se observa en la Tabla 8, juntando la información proporcionada en el apartado de
demandas con el detalle de los costos de agua que aparecen en las boletas se puede observar que
anualmente se podrían ahorrar 24 mil litros de agua y un poco mas de tres millones de pesos,
percibibles en cerca de $30.000 pesos por familia por año.
Este cálculo se hace tomando en cuenta que lo que la compañía de distribución de agua
potable y recolección de aguas servidas hace es cobrar por ambos servicios a partir del agua que
entra a la vivienda, es decir, no se descuenta del cobro de tratamiento y recolección el agua que es
utilizada para consumo o uso fuera de la casa. Entonces lo que se debe hacer para obtener el ahorro
real es tomar en cuenta el agua que dejará de entrar por el medidor, la cual corresponde a los usos
que se cubrirán con el sistema de aguas grises. Estos son el llenado del estanque del escusado y el
riego del jardín. Por ende esa cantidad de agua no va a ser “consumida” (por no entrar por el
medidor), ni proporcionada directamente por la compañía, por ende tampoco tratada.
Teniendo en cuenta el gran pero que significa no tener la separación de cañerías que faciliten
la alteración hidráulica en las casas, hay que destacar positivamente que estas mismas
construcciones no tienen una salida de alcantarillado especifica para las lavadoras. Y las aguas que
provienen del lavado de ropas corresponden a un porcentaje significativo de las potenciales fuentes
de aguas grises, para las cuales existe un realizable tratamiento que se les puede dar para dejarlas
aprovechables.
Se menciona esto porque además de existir sistemas que trabajen a nivel de cañerías existe
otra alternativa ofrecida por una empresa australiana llamada “Grey Water Gator”, que tiene la
ventaja de no requerir instalaciones que involucren las cañerías, por lo que se aplica muy bien para
casos como el de la villa Padre hurtado en que la alteración de cañerías implica una inversión
considerable en el proyecto. Este sistema está diseñado para la reutilización y ahorro del agua
Beneficios y alternativas Pág. 35 de 43
desechada desde la lavadora de ropa, exclusivamente para el riego de jardines. Se pueden ahorrar
hasta 200 litros diarios de agua, dependiendo principalmente del tipo de lavadora y de cuántas veces
se utiliza diariamente. Para su utilización no es necesario intervenir las tuberías existentes.
Cuando el agua desechada entra al sistema, se
descarga directamente en un filtro que cuenta con dos etapas
de acción. Primero, un filtro plano de acero inoxidable de 9
mm. atrapa todas las partículas más grandes y el agua pasa a
través de un segundo filtro, el cual capta la mayor parte de las
pelusas provenientes de la lavadora de ropa. El agua es
temporalmente guardada en el recipiente, con capacidades de
120 y 240 litros.
En la base de este recipiente se encuentra el sistema de
bombeo para expulsar el agua. Esta bomba tiene la
posibilidad de operar de manera automática, a través de un
flotador que activa el bombeo una vez que el recipiente alcanza cierto nivel de llenado, y lo apaga
una vez que éste se ha vaciado.
El caudal nominal para 20 metros de manguera de 20 mm. es de 15 lt/min y la máxima
longitud recomendada es de 40 mt, reduciéndose el caudal a 10 litros/min.
De acuerdo a la información proporcionada por el informe de Formulación de sello de
Eficiencia hídrica25, a continuación se muestra una tabla con los detalles de ambos dispositivos.
Habiendo presentado esta información alternativa se espera que sea de utilidad para que, de
no poder implementar lo que se desea, se pueda adquirir o sino implementar algo como lo que es el
Grey Water Gator, que parece ser una muy buena alternativa para la villa Padre Hurtado.
25 Realizado por el Observatorio de ciudades UC, Enero 2010
Beneficios y alternativas Pág. 36 de 43
Ilustración 19: Grey Water Gator
Tabla 7: Características de sistemas de tratamiento
APLICACIÓN Aguas Origen
Viviendas unifamiliares 120 26280 43800 188770 0 lavadora de ropa riegoViviendas unifamiliares 240 52560 87600 1484057 - lavadora de ropa riego
SISTEMA DE TRATAMIENTO
Capacidad Diaria (lt)
Ahorro de Agua Anual
Ahorro $ anual
Inversión inicial
Mantenimiento anual
Aguas destino
Grey Water Gator Grey Water Gator
Beneficios y alternativas Pág. 37 de 43
Tabla 8: Beneficios
Con
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ConclusionesTras los resultados anteriormente mostrados, se cuenta con una propuesta técnica para el
mejoramiento y utilización de aguas grises en la villa Padre Hurtado sobre el cual se puede concluir
que:
• De acuerdo a los niveles de contaminación y productos presentes en cada una de los
flujos de salida de los artefactos domiciliarios, se han seleccionado como fuentes de
aguas grises solamente aquellas procedentes del lavamanos, lavadora de ropa y ducha,
excluyendo hacia el alcantarillado común las aguas procedentes del lavaplatos y WC.
• La estimación del caudal de aguas grises, en base a información nacional de consumo
de agua e información internacional de experiencias en aguas grises, se establece en
16,64 m³/casa/mes para nuestro país.
• Se propone la utilización de las aguas grises tratadas para incorporarse a los sistemas
de riego de plazas y árboles, huertas familiares, WC y lavadoras de ropa. Resultan
importantes las recomendaciones en seguridad que se muestran más adelante.
• El sistema de tratamiento de aguas grises propuesto, acorde al requerimiento de la
DiGA y en base a las estimaciones de caudales realizada, consiste en una piscina de
fitodepuración. Se estimaron las dimensiones para esta obteniéndose 50 [m] de largo
por 25 [m] de ancho. Una piscina de estas características es factible de instalar en los
terrenos que la DiGA propone para ello.
• Se realizó una propuesta para los sistemas de conducción y presurización de las aguas:
◦ Los baños de las viviendas y la evacuación de la lavadora (la cual se encuentra
flotante) deben ser intervenidos al interior de los hogares para dirigirlos a través de
la nueva red de aguas grises. Esto implica la instalación de cañerías al interior de
los baños, del lugar donde se encuentre la lavadora (el cual varía en cada hogar) y
el levantamiento de la ducha para permitir la salida de la cañería hacia el exterior
de los hogares
◦ La instalación de las cañerías en los patios y calles de la villa de acuerdo a los
planos esquemáticos entregados. Esto implica romper los pavimentos de patios y
calle.
◦ La instalación de un pozo de acumulación y decantación en profundidad.
Conclusiones Pág. 38 de 43
◦ La instalación de la piscina de fitodepuración.
◦ La instalación de estanques en altura (o bombas en su defecto) para entregar
presión de agua para la utilización de las aguas grises
◦ La instalación de 2 bombas centrífugas para impulsar el agua.
• Se confeccionó un video (que se adjunta a este documento en un cd) para mostrar en
detalle la propuesta de conducción y presurización de las aguas.
• En cuanto al uso de energías renovables para impulsar el agua, se adjuntan
presupuestos de bombas que operan a energía solar que son capaces de manejar el
caudal de diseño.
◦ Se propone también un sistema de compensación de uso de energía eléctrica a
través de energía solar. Se debe evaluar su factibilidad económica. Se adjunta
presupuesto respectivo.
◦ Se propone también la utilización de biodiesel fabricado en la DiGA para el
funcionamiento de una motobomba que realice el trabajo de impulsión del agua.
Se detallaron algunas de las características del biodiesel como carburante en
comparación con el diesel convencional. Se deja propuesto un estudio más
detallado de esta alternativa en cuanto se disponga de la información de volúmenes
y calidad del biodiesel fabricado en la DiGA.
• Un análisis de las ventajas económicas de la implementación de este sistema estima en
más de 3 millones anuales los beneficios para las todas las viviendas de la villa.
• Se deja pendiente la realización de un estudio de factibilidad económica del proyecto.
• Se deja propuesto un estudio para conocer la disposición de quienes habitan la villa a
la intervención de sus viviendas para la instalación del sistema. A la vez se propone el
informar y preparar a los vecinos para la llegada del proyecto en caso de su ejecución.
• El estudio presentado es en la mayor parte de sus capítulos un estudio genérico en
cuanto no se pronuncia específicamente sobre la villa Padre Hurtado, por lo que sus
resultados y conclusiones pueden ser utilizados en otras situaciones con la debida
precaución.
• Todas las precauciones tomadas en cuanto a seguridad son aconsejables. La cloración
y el NO-contacto directo de las aguas grises con las personas son medidas básicas. Así
Conclusiones Pág. 39 de 43
también se aconseja la correcta rotulación de las redes de aguas grises tratadas de
acuerdo a la normativa internacional.
Conclusiones Pág. 40 de 43
Anexos
Cotización bomba para 30 casas (15 m³/día, altura: 12 m):
Empresa: iEnergía
Características del sistema:
Bomba Solar PS200
Marca: LORENTZ
• Modelo: PS200 HR-04 • Altura de transporte hasta 50 m • Caudal hasta 2,3 m³/h • No requiere mantenimiento • Alta precisión y larga duración • Incluye: Controlador, Switch de corte por nivel y protección de trabajo en
seco• Carcasa Controlador: IP 54 (protección contra el polvo y agua rociada)• Dos años de garantía por defectos de fabricación y en materiales• Origen: Alemania
Módulo Fotovoltaico 175W
• Incluye estructura metálica
• Se debe proveer base de cemento y fierro vertical de 2 m que sostiene el panel
Anexos Pág. 41 de 43
Tabla 9: Anexo: Sistema bomba solar 15 m³/día (30 viviendas)
Cotización bomba para 110 casas (60 m³/día, altura: 12 m):
Empresa: iEnergía
* Mismas características de bomba y panel de la cotización anterior.
Anexos Pág. 42 de 43
Ilustración 20: Anexo: Sistema bomba solar 60 m³/día (110 viviendas)
Cotización sistema de compensación a través de paneles solares:
Empresa: Solener
Anexos Pág. 43 de 43