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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES BARRIO EL CANGREJAL, PUERTO BARRIOS, IZABAL _______________________________________________________________________________________________________________________________

I

EVALUACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA PLANTA PILOTO

DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE EL BARRIO EL CANGREJAL,

MUNICIPIO DE PUERTO BARRIOS, DEPARTAMENTO DE IZABAL.

ING. MARIO LEONEL RAMÍREZ TOLEDO

ASESORADO POR

MSC. ING. ADAN ERNESTO POCASANGRE COLLAZOS

GUATEMALA, JULIO DE 2003.

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA REGIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA

Y RECURSOS HIDRÁULICOS A NIVEL DE

POST GRADO - ERIS -


II



EVALUACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA PLANTA PILOTO

DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE EL BARRIO EL CANGREJAL,

MUNICIPIO DE PUERTO BARRIOS, DEPARTAMENTO DE IZABAL.

ESTUDIO ESPECIAL

PRESENTADO A LA


Y RECURSOS HIDRÁULICOS - ERIS -

POR


ASESORADO POR


COMO REQUISITO PREVIO PARA OPTAR AL GRADO ACADÉMICO DE

MAESTRO (MAGÍSTER SCIENTIFICAE) EN INGENIERÍA SANITARIA

GUATEMALA, JULIO DE 2003.


III




Y RECURSOS HIDRÁULICOS -ERIS-

NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO ING. SYDNEY ALEXANDER SAMUELS MILSON

VOCAL I ING. MURPHY OLYMPO PAIZ RECINOS

VOCAL II LIC. AMAHÁN S ÁNCHEZ ÁLVAREZ

VOCAL III ING. JULIO DAVID GALICIA CELADA

VOCAL IV BR. KENNETH ISSUR ESTRADA RUIZ

VOCAL V BR. ELISA YAZMINDA VIDES LEIVA

SECRETARIO ING. PEDRO ANTONIO AGUILAR POLANCO

TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN

DECANO ING. SYDNEY ALEXANDER SAMUELS MILSON

EXAMINADOR ING. ADAN ERNERSTO POCASANGRE COLLAZOS

EXAMINADOR ING. JORAM MATIAS GIL LAROJ

EXAMINADOR ING. JULIO GUILLERMO GARCIA OVALLE

SECRETARIO ING. PEDRO ANTONIO AGUILAR POLANCO


IV

DEDICATORIA A:

DIOS: Por ser guía de mi vida, proveerme de sabiduría y

conocimiento

MI ESPOSA: Nurian Ramírez, por ser la ayuda idónea y compañía

incondicional en todo momento

MIS PADRES: Por ser los forjadores de lo que soy

AGRADECIMIENTO A:

DIOS

Escuela Regional de Ingenieria Sanitaria y Recursos Hidráulicos (ERIS)

Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA) y

Fundación Cooperativas para Vivienda (CHF) por su asesoría e interés en el

desarrollo de este proyecto

Ing. Adán Pocasangre, por su apoyo en el desarrollo de este trabajo

Ing. Zenón Much, por su orientación y guía

Sr. Byron Hernández, Inspector del Área de Salud, Puerto Barrios, por su

colaboración y apoyo

Al personal del Laboratorio de Calidad de Agua de la Escuela Regional de

Ingenieria Sanitaria y Recursos Hidráulicos, por su apoyo y guía. (Don

Moisés)

Licda. María Elizabeth Ramírez, por su ayuda incondicional y apoyo


V

INDICE GLOSARIO ---------------------------------------------------------------------------------------- XIII RESUMEN EJECUTIVO-----------------------------------------------------------------------XIX INTRODUCCIÓN --------------------------------------------------------------------------------XXI ANTECEDENTES-----------------------------------------------------------------------------XXIII JUSTIFICACIÓN-------------------------------------------------------------------------------XXIII PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA---------------------------------------------------XXIV OBJETIVOS -------------------------------------------------------------------------------------XXIV HIPÓTESIS -------------------------------------------------------------------------------------- XXV METODOLOGÍA ------------------------------------------------------------------------------- XXV

1 DESCRIPCIÓN GENERAL ---------------------------------------------------------------- 29

1.1 CARACTERÍSTICAS DEL MUNICIPIO-------------------------------------------------------- 29 1.2 CLIMA-------------------------------------------------------------------------------------------- 30 1.3 VÍAS DE COMUNICACIÓN--------------------------------------------------------------------- 31 1.4 DATOS DE POBLACIÓN----------------------------------------------------------------------- 33

2 TEORÍA BÁSICA SOBRE EL SISTEMA DE TRATAMIENTO---------------- 35

2.1 TANQUE SÉPTICOS --------------------------------------------------------------------------- 35 2.1.1 Descripción----------------------------------------------------------------------------- 35 2.1.2 Desarrollo histórico del tanque séptico --------------------------------------- 36 2.1.3 Materiales de construcción ------------------------------------------------------- 39 2.1.4 Funcionamiento y operación ----------------------------------------------------- 40 2.1.5 Problemas en la operación ------------------------------------------------------- 42 2.1.6 Elementos adicionales de los tanques sépticos --------------------------- 43

2.2 CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA FOSAS SÉPTICAS------------------------------ 45 2.2.1 Forma del tanque -------------------------------------------------------------------- 45 2.2.2 Sistema estructural del tanque -------------------------------------------------- 47

2.3 CARACTERÍSTICAS Y CANTIDADES DE LOS LODOS DE TANQUE SÉPTICOS -------- 51 2.3.1 Características de los lodos de tanques sépticos------------------------- 52 2.3.2 Opciones para el tratamiento ---------------------------------------------------- 52

3 FILTROS DE ARENA CON RECIRCULACIÓN------------------------------------ 58

3.1 CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LOS FILTROS ----------------------------------- 58 3.1.1 Unidad contenedora del medio-------------------------------------------------- 59 3.1.2 Sistema de drenaje ------------------------------------------------------------------ 60 3.1.3 Medio filtrante ------------------------------------------------------------------------- 61 3.1.4 Sistema de distribución ------------------------------------------------------------ 62 3.1.5 Dosificación intermitente ----------------------------------------------------------- 63 3.1.6 Dosificación con recirculación --------------------------------------------------- 64 3.1.7 Elementos adicionales de los filtros ------------------------------------------- 65

3.2 MECANISMOS DE REMOCIÓN --------------------------------------------------------------- 65 3.2.1 Teoría de sistema de filtración y funcionamiento ------------------------- 65 3.2.2 Desarrollo e historia de su utilización ----------------------------------------- 69


VI

3.3 CONSIDERACIONES DE DISEÑO------------------------------------------------------------ 71 3.4 TIPO Y TAMAÑO DE MEDIOS FILTRANTES ------------------------------------------------ 71 3.5 PROFUNDIDAD DE LECHO FILTRANTE----------------------------------------------------- 73 3.6 TASA DE CARGA HIDRÁULICA --------------------------------------------------------------- 73 3.7 TASA DE CARGA ORGÁNICA----------------------------------------------------------------- 73 3.8 RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN Y FRECUENCIAS DE DOSIFICACIÓN---------------- 73 3.9 DIVISIÓN DEL CAUDAL------------------------------------------------------------------------ 74 3.10 DISTRIBUCIÓN DE LA DOSIS ------------------------------------------------------------- 74 3.11 DISEÑO MODULAR------------------------------------------------------------------------- 75

4 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ---------------------------------------------------------- 76

4.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO ----------------------------------------- 80 4.1.1 Estación de bombeo ---------------------------------------------------------------- 80 4.1.2 Filtro -------------------------------------------------------------------------------------- 81

5 CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES-------------------------- 88

5.1 CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA DEL AGUA RESIDUAL---------------------------- 91 5.2 OBJETIVOS DE TRATAR LAS AGUAS RESIDUALES -------------------------------------- 91 5.3 PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA EVALUADOS EN EL ESTUDIO ---------------- 93

5.3.1 Temperatura --------------------------------------------------------------------------- 93 5.3.2 Nitratos ---------------------------------------------------------------------------------- 93 5.3.3 Demanda química de oxígeno --------------------------------------------------- 93 5.3.4 Sólidos en suspensión ------------------------------------------------------------- 93 5.3.5 Turbiedad ------------------------------------------------------------------------------- 93 5.3.6 Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días ----------------------------- 94 5.3.7 Potencial de hidrógeno------------------------------------------------------------- 94

5.4 DESCRIPCIÓN DE LOS PUNTOS DE MUESTREO ----------------------------------------- 94

6 DISCUSIÓN DE RESULTADOS------------------------------------------------------- 105

6.1 TEMPERATURA ------------------------------------------------------------------------------ 105 6.2 NITRATOS------------------------------------------------------------------------------------- 105 6.3 DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO -------------------------------------------------------- 106 6.4 SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN----------------------------------------------------------------- 107 6.5 TURBIEDAD----------------------------------------------------------------------------------- 107 6.6 DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A LOS 5 DÍAS----------------------------------- 108 6.7 POTENCIAL DE HIDRÓGENO -------------------------------------------------------------- 109

7 TARIFA RECOMENDADA--------------------------------------------------------------- 111

7.1 TARIFA DE TRATAMIENTO PRIMARIO----------------------------------------- 112 7.2 TARIFA DE TRATAMIENTO SECUNDARIO------------------------------------ 113 7.3 TARIFA PROPUESTA------------------------------------------------------------------------ 114

8 MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO------------------------------- 115

8.1 DEFINICIONES ------------------------------------------------------------------------------- 115


VII

8.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO --------------------------------------- 116 8.3 OPERACIÓN ---------------------------------------------------------------------------------- 116 8.4 MANTENIMIENTO ---------------------------------------------------------------------------- 117 8.5 TAREAS SEMANALES ----------------------------------------------------------------------- 118 8.6 TAREAS CADA SEIS MESES --------------------------------------------------------------- 118 8.7 TAREAS ANUALES--------------------------------------------------------------------------- 119 CONCLUSIONES------------------------------------------------------------------------------- 120 RECOMENDACIONES----------------------------------------------------------------------- 121 BIBLIOGRAFÍA ---------------------------------------------------------------------------------- 122 ANEXOS------------------------------------------------------------------------------------------- 124


VIII

FIGURA

I.............................................................................................................................................1

UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEPARTAMENTO DE IZABAL .......................................... 29

II............................................................................................................................................2

COLINDANCIAS DE MUNICIPIO DE IZABAL............................................................... 31

III. .........................................................................................................................................3

VÍAS DE COMUNICACIÓN DEL MUNICIPIO ............................................................... 32

IV..........................................................................................................................................4

DIAGRAMA DEL TANQUE SÉPTICO Y SISTEMAS CONSTRUCTIVOS ......................... 36

V...........................................................................................................................................5

ESQUEMA DEL TANQUE SÉPTICO DE FOSSE MOURAS.......................................... 38

VI. .........................................................................................................................................6

DIAGRAMA DEL PRIMER TANQUE SÉPTICO PRIVADO............................................. 39

VII. ........................................................................................................................................7

DIAGRAMA DEL TANQUE SÉPTICOS DONDE SE APRECIAN LAS ZONA Y CAPAS..... 42

VIII. .......................................................................................................................................8

DIAGRAMA DEL SISTEMA DE FILTROS Y ELEMENTOS FILTRANTES......................... 44

IX..........................................................................................................................................9

DIAGRAMA DE FILTRACIÓN DEL EFLUENTE PROVISTA DE BOMBA MULTIETAPA DE

GRAN CABEZA .......................................................................................................... 45

X...........................................................................................................................................1

0 DIAGRAMA DE UBICACIÓN DE LAS PANTALLAS Y LA TRAYECTORIA DEL FLUJO ... 46

XI. .........................................................................................................................................1

1 ENSAYOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE CAPAS DE LODOS Y ESPUMA ..... 50

XII. ........................................................................................................................................1

2 ANÁLISIS DE LA FRECUENCIA EN LA EXTRACCIÓN DE LODOS EN TANQUE

SÉPTICOS................................................................................................................. 51


IX

XIII. .......................................................................................................................................1

3 CORTE DEL LECHO FILTRANTE ............................................................................ 59

XIV. ......................................................................................................................................1

4 EJEMPLOS DE UNIDADES CONTENEDORAS DE FILTROS...................................... 60

XV. .......................................................................................................................................1

5 SISTEMA DE DRENAJES PARA FILTROS DE GRAN TAMAÑO.................................. 61

XVI. ......................................................................................................................................1

6 SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN PARA FILTROS.......................................................... 63

XVII. .....................................................................................................................................1

7 TAPAS PARA LA PROTECCIÓN DE ORIFICIOS DE DISTRIBUCIÓN........................... 63

XVIII. ....................................................................................................................................1

8 EFECTO DE LA TASA DE APLICACIÓN HIDRÁULICA SOBRE EL FLUJO A TRAVÉS DEL

MEDIO FILTRANTE .................................................................................................... 67

XIX. ......................................................................................................................................1

9 DIAGRAMA DE UN FILTRO DE MEDIO GRANULAR CON RECIRCULACIÓN .............. 70

XX. .......................................................................................................................................2

0 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE RECOLECCIÓN TRATAMIENTO Y DESCARGA...... 79

XXI. ......................................................................................................................................2

1 LOCALIZACIÓN DENTRO DEL ÁREA URBANA DEL PUERTO DE IZABAL................. 82

XXII. .....................................................................................................................................2

2 UBICACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO CON RESPECTO AL RÍO EL

CANGREJAL............................................................................................................. 83

XXIII. ....................................................................................................................................2

3 ESQUEMA DEL FILTRO DE ÁREA CON RECIRCULACIÓN ....................................... 84

XXIV.....................................................................................................................................2

4 ELEVACIÓN LATERAL DEL FILTRO Y SUS DETALLES............................................. 84

XXV......................................................................................................................................2

5 SECCIÓN DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO................................................................ 85


X

XXVI. ....................................................................................................................................2

6 SECCIÓN ESTRUCTURAL DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO ...................................... 85

XXVII....................................................................................................................................2

7 DETALLES ESTRUCTURALES DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO ................................ 86

XXVIII. .................................................................................................................................2

8 LOCALIZACIÓN DE LOS PUNTOS DE MUESTREO EN EL SISTEMA EN ESTUDIOS .. 95

XXIX.....................................................................................................................................2

9 VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA ........................................................................ 98

XXX......................................................................................................................................3

0 VARIACIÓN DE NITRATOS..................................................................................... 99

XXXI. ....................................................................................................................................3

1 VARIACIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO...........................................100

XXXII....................................................................................................................................3

2 VARIACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN..........................................................101

XXXIII. .................................................................................................................................3

3 VARIACIÓN DE LA TURBIEDAD............................................................................102

XXXIV. .................................................................................................................................3

4 VARIACIÓN DE POTENCIAL DE HIDRÓGENO.......................................................103

XXXV...................................................................................................................................3

5 VARIACIÓN DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A 5 DÍAS.......................104

XXXVI. .................................................................................................................................3

6 VISTA DE LA FOSA SÉPTICAS INTRADOMICILIARES...........................................125

XXXVII. ................................................................................................................................3

7 VISTA DEL BIOFILTRO QUE EVITA EL ARRASTRE DE SÓLIDOS EN LA TUBERÍA DE

RECOLECCIÓN........................................................................................................125

XXXVIII. ...............................................................................................................................3

8 ESTACIÓN DE BOMBEO Y CASETA DE CONTROLES............................................126

XXXIX. .................................................................................................................................3

9 FILTRO DE GRAVA CON RECIRCULACIÓN...........................................................126


XI

XL.........................................................................................................................................4

0 VISTA DE LA UBICACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE COMPUERTA PARA LIMPIEZA DE

LAS LÍNEAS DE DISTRIBUCIÓN DEL FILTRO............................................................127

XLI. .......................................................................................................................................4

1 DETALLES DE LAS TAPADERAS DE DISTRIBUCIÓN DEL AGUA RESIDUAL...........127

XLII.......................................................................................................................................4

2 PLANTA DE TRATAMIENTO SECTOR UNO QUE SE UBICA A UN LADO DE LA

ESCUELA ................................................................................................................128

XLIII......................................................................................................................................4

3 PLANTA DE TRATAMIENTO DE SECTOR DOS......................................................128

XLIV. ....................................................................................................................................4

4 CUERPO RECEPTOR RÍO EL CANGREJAL, QUE CONTRIBUYE A LA BAHÍA DE

AMATIQUE..............................................................................................................129

XLV......................................................................................................................................4

5 ENTIDADES PARTICIPANTES EN EL PROYECTO PILOTO .....................................129

TABLAS

XLVI. ....................................................................................................................................I

RECOMENDACIONES DE VOLÚMENES PARA DISEÑO DE TANQUES SÉPTICOS....... 48

XLVII....................................................................................................................................I

I CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS LODOS DE TANQUE SÉPTICOS .. 52

XLVIII...................................................................................................................................I

II PARÁMETROS OPERACIONALES PARA EL COMPOSTAJE DE LODOS DE TANQUE

SÉPTICOS................................................................................................................. 56

XLIX. ....................................................................................................................................I

V CRITERIOS DE DISEÑO PARA FILTROS CON RECIRCULACIÓN ............................. 72


XII

L............................................................................................................................................V

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA POR SECTORES......................................................... 77

LI. .........................................................................................................................................V

I PARÁMETROS DE DISEÑO DEL ALCANTARILLADO SANITARIO ............................... 78

LII. ........................................................................................................................................V

II COMPOSICIÓN TÍPICA DEL AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA...................................... 89

LIII. .......................................................................................................................................V

III RESULTADO DE LOS ANÁLISIS DE LABORATORIO, PARÁMETROS FÍSICOS Y

QUÍMICOS................................................................................................................. 96

LIV........................................................................................................................................I

X RESULTADOS DE TEMPERATURA EN GRADOS CELCIUS..................................... 98

LV.........................................................................................................................................X

RESULTADOS DE NITRATOS EN MILIGRAMOS POR LITRO ...................................... 99

LVI. .......................................................................................................................................X

I ESULTADOS DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO EN MILIGRAMOS POR LITRO

...............................................................................................................................100

LVII.......................................................................................................................................X

II RESULTADOS DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN EN MILIGRAMOS POR LITRO..........101

LVIII......................................................................................................................................X

III RESULTADOS DE TURBIEDAD EN UTN.............................................................102

LIX........................................................................................................................................X

IV RESULTADOS DE POTENCIAL DE HIDRÓGENO .................................................103

LX.........................................................................................................................................X

V RESULTADOS DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO A LOS 5 DÍAS EN

MILIGRAMOS POR LITRO .........................................................................................104

LXI. .......................................................................................................................................X

VI GASTOS PARA EL TRATAMIENTO PRIMARIO .....................................................113

LXII.......................................................................................................................................X

VII GASTOS PARA EL TRATAMIENTO SECUNDARIO...............................................114


XIII

LXIII.

LXIV.

LXV.

GLOSARIO

Afluente Agua u otro líquido que ingrese a un reservorio, a una

planta de tratamiento o proceso de tratamiento.

Agua residual El agua luego de ser usada por una comunidad o industria,

que contiene material orgánico o inorgánico disuelto o en

suspensión.

Agua residual

doméstica Agua de origen doméstico, comercial e institucional que

contiene desechos fisiológicos y otros provenientes de la

actividad humana.

Agua residual

municipal Son aguas residuales domésticas. Se puede incluir bajo

esta definición a la mezcla de aguas residuales domésticas

con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de

origen industrial, siempre que estas cumplan con los

requisitos para ser admitidas en los sistemas de

alcantarillado de tipo combinado.


XIV

Anaerobio Condición en la cual hay ausencia de aire u oxígeno libre.

Análisis El examen de agua, agua residual o lodos, efectuados por

un laboratorio.

Bacteria Grupo de organismos microscópicos unicelulares, rígidos y

carentes de clorofila, que desempeñan una serie de

procesos de tratamiento.

Bases de diseño Conjunto de datos para las condiciones finales e

intermediarias de diseño, que sirven para el

dimensionamiento de los procesos de tratamiento.

Biodegradación Degradación de la materia orgánica por acción de

microorganismos.

By-pass Conjunto de tuberías, canales, válvulas y compuertas que

permiten el paso de un líquido alrededor de un proceso o

planta de tratamiento. Conducto usado para desviar el agua

residual de un proceso o planta de tratamiento en

condiciones de emergencia o de tratamiento correctivo.

Cámara Compartimento con paredes que se usa para un propósito

específico.

Carga de diseño Relación entre caudal y concentración de un parámetro

específico que se usa para dimensionar un proceso de

tratamiento.


XV

Carga superficial Caudal o masa de un parámetro por unidad de área, que se

usa para dimensionar un proceso de tratamiento.

Caudal máximo

horario Caudal a la hora máxima de descarga.

Caudal medio Promedio de los caudales diarios en un período

determinado.

Coliformes Bacteria gram negativas, de forma alargada capaces de

fermentar lactosa con producción de gas a la temperatura

de 35°C (coliformes totales). Aquellas que tienen las

mismas propiedades a la temperatura de 44.50°C se

denominan coliformes fecales.

Demanda

bioquímica de

oxígeno (DBO) Cantidad de oxígeno usado en la estabilización de la

materia orgánica bajo condiciones de tiempo y temperatura

especificados ( generalmente 5 días a 20°C).

Demanda

química de

oxígeno (DQO) Medida de la cantidad de oxígeno requerido para

química de la materia orgánica (carbonácea) del agua

residual, usando como oxidante sales inorgánicas de

permanganato o diebromato en una prueba que dura

dos horas.


XVI

Digestión Descomposición biológica de la materia orgánica de un

lodo, produciendo una mineralización, licuefacción y

gasificación parcial.

Digestión

anaerobia Descomposición biológica de la materia orgánica de un

lodo, en ausencia de oxígeno.

Disposición final Disposición del efluente de una planta de tratamiento o de

los lodos tratados.

Eficiencia de

tratamiento Relación entre la masa de concentración removida y la

masa o concentración en el efluente, para un proceso o

planta de tratamiento y un parámetro específico. Puede

expresarse en términos decimales y normalmente se

expresa en porcentaje.

Efluente Agua residual u otro líquido que sale de un reservorio,

planta de tratamiento o proceso de tratamiento.

Efluente final Agua residual u otro líquido que sale de una planta de

tratamiento de aguas residuales, al haber pasado por todos

los procesos.

Examen

bacteriológico Análisis para determinar la presencia y cuantificar el

número de bacteria en aguas residuales.


XVII

Muestreo Colección de muestras de volumen predeterminado y con la

técnica de preservación correspondiente para el parámetro

que se va analizar en el laboratorio.

Oxígeno disuelto Concentración de oxígeno disuelto medida en un líquido,

por debajo de la saturación, normalmente expresada en

mg/l.

Período de

retención

nominal En un proceso de tratamiento, es la relación entre el

volumen y el caudal. No debe confundirse con el período de

retención real.

Potencial de

hidrógeno (Ph) Logaritmo con signo negativo de la concentración de iones

hidrogenados, expresado en moles por litro.

Planta de

tratamiento Conjunto de obras, facilidades y procesos que permiten la

depuración de aguas residuales.

Pretratamiento Procesos de tratamiento localizados antes del tratamiento

primario, y que puede incluir: cribado, desarenado,

trituración, preaeración, ajuste del Ph y remoción de

grasas.

Proceso

biológico Asimilación por bacteria y otros microorganismos de la

materia orgánica del desecho, para su estabilización.


XVIII

Sedimentación

primaria Remoción de una significante proporción de materia

orgánica en suspensión, pero poco o nada de la materia

orgánica en estado coloidal o disuelto. Este proceso

requiere de tratamiento posterior del lodo separado,

normalmente por digestión anaerobia.

Tratamiento

anaerobio Estabilización de un desecho orgánico por la acción de

microorganismos en ausencia de oxígeno.

Tratamiento

biológico Procesos de tratamiento en los cuales se intensifica la

acción de los microorganismos para estabilizar la materia

orgánica presente.

Tratamiento

de lodos Proceso de estabilización, acondicionamiento y

deshidratación de lodos.

Tratamiento

primario Se realiza a través de unidades de tratamiento

acondicionadas para remover materia en suspensión,

principalmente materia en estado coloidal y disuelta.

Tratamiento

secundario Se realiza a través de unidades en las cuales se alcanzan

eficiencias de remoción de DBO y sólidos de orden del


XIX

85%, valores superiores a los alcanzados en el tratamiento

primario

RESUMEN EJECUTIVO

El proyecto consiste en un sistema de alcantarillado sanitario y planta de

tratamiento piloto desarrollado en Puerto Barrios, tomando como base dos

bloques de casas ubicados en manzanas independientes con el fin de

implementar el sistema de aguas residuales para cada sector, monitoreado el

resultado de ambos, para su adecuado funcionamiento y eficiencia . ( Se

excluirán las aguas de lluvia del sistema).

Las entidades que participaron en el desarrollo del proyecto son: CHF/

LEPPI – USAID (Fundación Cooperativa Vivienda / Iniciativa de Políticas y

Programas Ambientales Locales – Agencia para el Desarrollo Internacional)

aportando materiales de construcción para la planta de tratamiento y red de

alcantarillado sanitario, asistencia técnica profesional para el diseño y

construcción del sistema y mano de obra calificada.

• EPA (Agencia de Estados Unidos para la Protección Ambiental) proporcionó

asistencia técnica en diseño, instalación de filtros y puesta en marcha del

sistema y financiamiento a través de CHF y USAID.


XX

• ERIS ( Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y Recurso Hidráulicos)

realizó el monitoreo de calidad de agua.

• Municipalidad de Puerto Barrios, facilitó los tanques sépticos domiciliares,

mano de obra calificada, monitoreo del sistema eléctrico.

• Comunidad de Puerto Barrios instaló las conexiones domiciliares y el

monitoreo de dicho sistema.

El sistema de alcantarillado sanitario esta diseñado para que funcione

sin arrastre de sólidos utilizando para el colector principal tubería de PVC

de 4” considerada de pequeño diámetro. Este esquema de

funcionamiento es posible a través de la instalación de una fosa séptica

en cada vivienda, la cual recibirá las aguas para después conectar la

tubería de salida en la conexión domiciliar del sistema completando por el

tratamiento que esta integrado por un tanque de almacenamiento, sistema

de bombeo y filtros de grava con recirculación.

De lo anterior se definen tres componentes principales: la fosa séptica

intradomiciliar, el alcantarillado sanitario y el sistema de tratamiento.

Se determinaron los costos de administración, operación y

mantenimiento del sistema del tratamiento primario y secundario

precisando un costo de Q,167.32 por vivienda.

Se concluyó que el sistema es muy eficiente en la remoción de sólidos

en suspensión, DBO5, DQO, turbiedad y nitratos con un promedio de 90%.


XXI

INTRODUCCIÓN

La mayoría de las autoridades municipales pretenden llevar agua

potable a sus pobladores para subsanar sus necesidades, pero muy pocos

se preocupan por la reutilización del vital líquido o por no contaminar los

cuerpos receptores, aduciendo que dicha contaminación es provocada por

otras comunidades y que de nada sirve el tratamiento que podría realizarse

en ese lugar. Situación que se hace necesario mejorar a través de nuevas

disposiciones del Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales (MARN) con

relación a las descargas de aguas residuales.

La construcción, operación y mantenimiento de sistemas eficientes de

recolección y disposición de aguas residuales, representa costos elevados, sin

embargo, las condiciones económicas de nuestras comunidades no permiten

enfrentar esta problemática, razón por la que se debe impulsar alternativas en

donde los recursos propios de cada país puedan aprovechar al máximo la

opción tecnológica más idónea, aunque no siempre la más económica.


XXII

Algunas plantas de tratamiento construidas en el país, están en completo

abandono, otras han alcanzado su periodo de diseño y muestran diversos

problemas para poder mantenerlas funcionando.

Es muy importante la supervisión al momento de construir una planta de

tratamiento, así como una buena operación y mantenimiento, pues en vano son

los esfuerzos por realizar un buen diseño hidráulico a nivel de planificación en

construcción se realizan cambios que perjudican la función principal de la

planta. La operación y mantenimiento debe ser adecuada para optimizar la

eficiencia de la planta, así como conservar su vida útil.

Las enfermedades gastrointestinales, así como las relacionadas con el

saneamiento, atacan constantemente a los municipios que no cuentan con una

disposición de aguas residuales y tratamiento adecuado, causando algunas

veces, la pérdida de vidas humanas, principalmente niños, circunstancias que

podrían disminuir en un alto porcentaje eliminando los focos de contaminación,

como la descarga cruda de aguas residuales. Cuyo tratamiento adecuado

podría resultar en la protección de la vida de animales, plantas preservado el

equilibrio ecológico y mejoran el ornato y nivel de vida de los habitantes de

cada comunidad.

Por lo anterior la municipalidad de Puerto Barrios, consciente del

problema en su comunidad y la inadecuada disposición de las aguas residuales

en el municipio, decidió coadyuvar esfuerzos con otras entidades de desarrollo

para realizar un proyecto piloto que permita servir de ejemplo a todas las

comunidades de Centroamérica bajo condiciones climáticas y topográficas

difíciles, y así favorecer al ambiente devolviendo a los ríos o mar, las aguas

residuales sin contaminantes.


XXIII

El Comité Gestor Ambiental ha solicitó ante CHF/Proyecto LEPPI apoyo

financiero y la asistencia técnica de la Agencia de Protección del Medio

Ambiente de los Estados Unidos (EPA), el desarrollo del diseño, la construcción

del alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y planta

de tratamiento de las aguas residuales, en el Barrio El Cangrejal ubicado entre

la 5ª. Y 7ª. Avenidas y 14 y 15 calles a orillas del río Escondido en la ciudad de

Puerto Barrios. Se realizó la evaluación de funcionamiento, implementado una

operación con personeros de EPA, a partir del mes de mayo de 1999, además

se contó con el apoyo de la Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y

Recursos Hidráulicos (ERIS), para realizar el monitoreo y evaluación de

funcionamiento de la planta de tratamiento.

ANTECEDENTES

La Planta de tratamiento de Aguas Residuales esta ubicada en el Barrio El

Cangrejal, Municipio de Puerto Barrios, Departamento de Izabal. Se ubica entre

la 5ª. y 7ª. Avenida y 14 y 15 calle a orillas del Río Escondido.

El sistema se encuentra en funcionamiento, a cargo de la municipalidad

de Puerto Barrios, cuenta con dos operadores, que se encargan del

mantenimiento y de operación de las misma.

Se realizó la evaluación inicial por parte de la ERIS, para conocer como

se encontraba inicialmente, determinar las condiciones físicas-químicas y

bacteriología.

JUSTIFICACIÓN


XXIV

El estudio permitirá conocer el funcionamiento de cada uno de los

elementos que lo conforman y la capacidad de operación, para obtener los

resultados deseados en el diseño.

Se está proponiendo un seguimiento de operación y funcionamiento,

que esta a cargo de la municipalidad. Además para dar a conocer si

cumple con su finalidad.

Es importante contar con un estudio que determine los niveles de

reducción de contaminación de la planta de tratamiento de aguas residuales,

comparados con los niveles proyectados en el diseño.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La falta de un sistema de recolección y disposición adecuada en el

municipio de Puerto Barrios, es latente. Se ha intentado solucionar, desde hace

mucho tiempo, ya que los canales que corren por el municipio son utilizados

como disposición final del agua servida, que es vertida por la población sin

ningún tratamiento, lo que contamina los cuerpos receptores y el incremento de

las enfermedades de origen hídricos afecta a la población.

OBJETIVOS

General

Evaluar la eficiencia del tratamiento de las aguas residuales, que se

realiza en la planta de tratamiento del barrio El Cangrejal, Municipio de


XXV

Puerto Barrios, Departamento de Izabal, en el transcurso de los meses de

febrero a septiembre del año 2001.

Específicos

1. Conocer el funcionamiento del sistema de tratamiento de agua residuales y

cada uno de los elementos que la conforman.

2. Aplicar los conocimientos adquiridos durante la formación académica hacia

el problema real.

3. Obtener la eficiencia de remoción de cada una de las unidades y en conjunto

de la planta de tratamiento.

4. Determinar la operación y mantenimiento que se realiza para la planta de

tratamiento de aguas residuales del Barrio El Cangrejal.

5. Propuesta de un manual de operación y mantenimiento de la planta de

tratamiento.

HIPÓTESIS

La planta de tratamiento de aguas residuales de el Barrio El

Cangrejal, tiene una eficiencia de remoción de un 70% y cuenta con una

adecuada operación y mantenimiento.

METODOLOGÍA

Para contar con información elemental y bien fundamentada en este estudio, se

realizaron dos visitas de campo, la primera en el mes de septiembre del 2000,

iniciando con esta los muestreos en situ, para conocer las unidades y el sistema

que conforma la planta de tratamiento, contando con esa oportunidad con el


XXVI

apoyo del Sr. Byron Hernández, Inspector de Saneamiento Ambiental del Área

de Salud de Puerto Barrios, quien fue el enlace en el lugar, así como para

enviarlos hacia la ciudad capital, esto luego de haber dado la capacitación

respectiva.

En la segunda visita de campo, se contó con la participación del Ing. Louis

Salguero, quien realizó pruebas de operación, mantenimiento del sistema y

análisis en laboratorio, presentando el trabajo que hasta ese momento se había

realizado en la ERIS.

Se realizaron los análisis de laboratorio en la Facultad de Ingeniería de la

Universidad de San Carlos de Guatemala, donde se encuentran las

instalaciones del laboratorio de calidad de agua de la Escuela Regional de

Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos (ERIS), para obtener parámetros

físicos y químicos útiles en este estudio además de bibliografía relacionada con

el tema. Contando con la asesoría y apoyo del tutor del laboratorio en mención,

se depuró toda la información para una adecuada interpretación, y así

determinar si estos parámetros de medida contaban con la calidad para cumplir

las normas relacionadas.

Asimismo con la asesoría del Ingeniero de Gestión de Proyectos, se realizó un

análisis en relación a la tarifa propuesta.

Se consultó a la Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA), respecto a

documentos e información sobre el sistema de tratamiento y las obras

complementarias que lo integran, siendo ellos quienes diseñaron y supervisaron

su construcción.


XXVII

Por parte de la EPA, también se contó con apoyo técnico en el desarrollo del

estudio, realizando análisis específicos, proporcionó además asesoría del Ing.

Químico Bob Quinn en el laboratorio de las muestras, a través de la verificación

y análisis respecto de los procedimientos.

En la investigación bibliográfica, se consultaron informes del proyecto elaborado

en 1999, por la Fundación de Cooperativa de Vivienda (CHF).

Para llegar a la conclusión del estudio a través de lo antes referido, se procedió

al análisis de los datos obtenidos del laboratorio, información bibliográfica,

visitas de campo, asesorías, implementación de la tarifa domiciliar, todo

respecto a este tipo de tratamiento de aguas residuales, con lo que se logró

elaborar un manual de operación y mantenimiento preventivo del sistema de

tratamiento, contando además con el apoyo del ingeniero asesor.


28


29

descripciÓn general

Características del municipio

El municipio de Puerto Barrios es la cabecera del departamento de Izabal,

su Municipalidad es considerada de primera categoría. Nombre geográfico

oficial : Puerto Barrios.

El municipio Puerto Barrios tiene un área urbana de aproximadamente

1,292 kilómetros cuadrados; en general, la topografía de esta cabecera tiene

muy poca pendiente. Se han establecido el siguiente banco de marca, el

monumento de elevación del Instituto Geográfico Nacional se encuentra en el

parque a 0.6 msnm, con

Latitud 15°44’06”

Longitud 88°36’17”1

El municipio cuenta con un pueblo, 5 aldeas y 64 caseríos.

Los límites del municipio de Izabal, son:

Norte con la Bahía de Amatique, el golfo de Honduras;

Este con El golfo de Honduras y la República de Honduras;

Sur con la República de Hondura y Morales (Izabal);

Oeste con Morales, Los Amates y Livinston (Izabal).2

Figura 1. Ubicación geográfica departamento de Izabal

1 Fuente: Instituto Geográfico Nacional (IGN). Septiembre 2000. 2 Item


30

Fuente: Instituto Nacional de Estadística

Clima

El clima, en especial el área de Puerto Barrios y de Santo Tomás de

Castilla, puede designarse como verdaderamente tropical, ya que durante

casi todo el año las temperaturas permanecen altas, lo mismo que el

promedio de humedad relativa. Es común que durante el día se cuente con

una refrescante brisa de mar durante las horas del mediodía, mientras que

durante la noche sopla una brisa del interior. Los principales vientos,

fuente de humedad para todo el departamento, son los alisios que soplan

hacia el oeste, procedentes del mar Caribe. Por su ubicación privilegiada

son de velocidad moderada y las tormentas destructivas son en extremo

raras. Los datos del Observatorio Nacional correspondientes a la estación

Puerto Barrios, en la cabecera, para el año de 1972 cubriendo un periodo

de 26 años de registro, dieron una temperatura media de 28.2º

centígrados, promedio de máxima 31.9º, promedio de mínima 24.3º,

absoluta máxima 43.1º y absoluta mínima 13.1º. El total de precipitación

fue de 3,074.7 milímetros, con 174 días de lluvia y humedad relativa media

de 84%.


31

Figura 2. Colindancias de municipio de Izabal


Vías de comunicación

La principal vía de comunicación terrestre, es la carretera

Interoceánica CA-9, que en dirección suroeste va a la capital de la

República en una distancia aproximada de 302 km. En carretera asfaltada.

Unos 2 km. antes de llegar a la cabecera, un ramal de la misma al oeste

tiene unos 4 km. al puerto nacional Santo Tomás de Castilla, antes Matías

de Gálvez. Asimismo, existen carreteras departamentales, municipales,

roderas y veredas que unen a sus poblados y propiedades rurales entre sí


32

y con los municipios vecinos. En su muelle atracan barcos de gran

calado; existe un moderno servicio de carga y descarga.

Figura 3. Vías de comunicación del municipio



33

Datos de población3

La población para el año 1995 era de 66,848 habitantes distribuidos en

33,378 Hombre y 33,470 mujeres, Distribuidos en 29,095 habitantes en área

urbana y 37,573 habitantes en área rural.

Producción agropecuaria: Banano, abacá, arroz, maíz. frijol.

Producción artesanal: Redes para pesca y canoas.

Servicios públicos: agua potable, correos, telégrafos, ferrocarril, líneas de

buses, energía eléctrica, mercado, hospital nacional, hospital para niños,

centros de salud, clínica medica de la Cruz Roja, escuelas, colegios privados,

institutos, academias, radiodifusoras, agencias bancarias.

Fiestas: se celebran dos titulares una del 8 al 14 de mayo y segunda del 14 al

21 de mayo como la feria titular.

3 Diccionario Municipal de Guatemala, Instituto de Estudios Y Capacitación Cívica, Guatemala, 1995.


34


35

TEORÍA BÁSICA SOBRE EL SISTEMA DE TRATAMIENTO

El proyecto de planta de tratamiento de Aguas Residuales, para el Barrio El

Cangrejal consiste en dos sistemas de filtros de grava con recirculación. La

ubicación de éstos se muestra en la Figura 20, cada sistema de tratamiento

consta de una estación de bombeo y un filtro. Además se tiene un sistema de

fosas sépticas intradomiciliares las que están unidas a un sistema de

recolección de pequeño diámetro y se conectan hacia los filtros, para luego

verter su caudal al río.

Tanque sépticos

Un tanque séptico se usa para recibir la descarga de agua residual

proveniente de residencias individuales y de otras instalaciones sin red de

alcantari llado. Los tanques sépticos, como el presentado esquemáticamente en

la Figura 3, son tanques prefabricados que sirven como tanque combinado de

sedimentación y desnatación, como digestor anaerobio sin mezcla ni

calentamiento y como tanque de almacenamiento de lodos. Un sistema que

cuente con tanque séptico seguido de una instalación para disposición del

efluente por absorción sobre el suelo, se conoce como sistema convencional

para el manejo in situ de aguas residuales.

Descripción

Los tanques sépticos se usan principalmente en el tratamiento de aguas

residuales de viviendas individuales; su uso se ha extendido incluso al

tratamiento de residuos de establecimientos educativos, campamentos de


36

verano, parques, zonas para acampar y moteles, modificando solo el tamaño de

los tanques.

Desarrollo histórico del tanque séptico

El origen del tanque séptico moderno se remonta alrededor del año 1860

con los primeros trabajos realizados en Francia por Mouras (Dunbar, 1908). En

la realidad, es sorprendente la similitud que existe entre el tanque séptico

moderno presentado en la Figura 5 y el tanque de Mouras modificado en la

década de 1870, conocido también como tanque de Fosse Mouras Figura 5.

El nombre de tanque séptico se le atribuye a Donald Cameron, quien lo

llamó así por las condiciones y acciones sépticas que se desarrollan en el

interior del tanque. A Cameron le fue concedida la patente británica No. 21,142

en 1895, mientras que en Estados Unidos la patente fue entregada en 1899.

Después de registrada la patente se dio una gran controversia de carácter legal,

acompañada del desarrollo de nuevos modelos de tanque séptico.

Figura 4. Diagrama del tanque séptico y sistemas constructivos


37

Tanque convencional de dos compartimiento con salida en forma de T, y Corte de tanque

de un solo compartimiento con válvula de filtro.

En la figura de tanque sépticos, el primero de construcción monolítica con concreto, la

segunda construida con fibra de vidrio.

4Uno de los primeros modelos del sistema de tanque séptico fue desarrollado

por empleados del U.S. Public Health Service, el cual aparece en la Figura 5. A

continuación se presenta una cita textual donde los creadores los describen.

(Lumsden et al., 1915).

Este aparato consta de las siguientes partes:

1. Un tanque, barril u otro contenedor hermético para recolectar y licuar las

excretas.

2. Un recipiente o barril cubierto para recolectar el efluente.

3. Una tubería de 2.5 pulgadas de diámetro, aproximadamente de 12

pulgadas de longitud, y provista de una T abierta en uno de sus

extremos; ambas aberturas de la T están cubiertas con un tamiz de

alambre.

4. Una caja hermética, preferiblemente de lámina de zinc, la cual se ajusta

sobre la parte superior del barril recolector. Esta caja cuenta con una

abertura para ubicar el asiento del usuario y, además con una tapa de

cierre automático.


38

Figura 5. Esquema del tanque séptico de Fosse Mouras

5. Un dispositivo para evitar salpicaduras, consistente en una pequeña

tabla horizontal ubicada debajo del asiento, una pulgada por debajo del

nivel de la tubería transversal. La tabla se mantiene en su lugar por

medio de una varilla, la cual pasa por un agujero ubicado en el asiento, y

sirve además para levantar o empujar la tabla. En lugar de este

dispositivo se puede colocar una capa de trozos de material flotante.

6. Una tubería de ventilación, similar a la usada en estufas que emplean

gas o madera como combustible, que conecta el espacio bajo la silla con

el aire exterior.

El tanque recolector de excretas debe llenarse con agua hasta que

comience a gotear el efluente, asimismo se debe adicionar una o dos

libras de estiércol al agua para dar inicio a la fermentación.

Se debe anotar que el uso de tanques herméticos y el tamizado del efluente

son dos características muy importantes en la versión moderna del tanque

séptico.


39

Figura 6. Diagrama del primer tanque séptico privado

Materiales de construcción

En general, en la construcción de los tanques sépticos se usan materiales

como el concreto o la fibra de vidrio, aunque también se han empleado

materiales como acero, madera de secoya (Sequoia pervirens) y polietileno.

Los tanques de polietileno se han usado últimamente a pesar de que su

resistencia estructural es inferior a la de los tanques construidos en concreto

o en fibra de vidrio; además, se han presentado problemas con este tipo de

tanques, ya que el polietileno es un material que se deforma con el paso del

tiempo.


40

Los tanques construidos en fibra de vidrio son más costosos y se emplean

en zonas donde las mezcladoras de concreto no tienen acceso.

Independientemente del material de construcción, un tanque séptico debe

poseer resistencia estructural y ser impermeable, es decir que no permita

fugas de contenido del tanque si se desea que funcione de manera

adecuada, en especial cuando existen etapas posteriores de tratamiento

como filtros de lecho empacado intermitente y con recirculación o se utilizan

alcantarillas a presión.

La diferencia de precios entre un tanque estructuralmente resistente e

impermeable y uno de bajo costo es mínima, ya que los costos involucrados

en la reparación de este último excede incluso el valor estimado para un

tanque nuevo.

Funcionamiento y operación

Los sólidos sedimentables que se encuentran en el agua residual cruda

forman una capa de lodo en el fondo del tanque séptico. Las grasas, aceites

y demás material ligero tienden a acumularse en la superficie donde forman

una capa flotante de espuma en la parte superior y la capa de lodo

sedimentado en el fondo, corresponde al agua tratada y se puede llevar para

disposición en campos de infiltración o ser sometida una unidad de

tratamiento si esta existe.

La materia orgánica retenida en el fondo del tanque se somete a un proceso

de descomposición anaerobia y facultativa, transformándose en compuestos

y gases más estables como dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y

sulfuro de hidrógeno (H2S). El lodo que se acumula en el fondo del tanque


41

séptico esta compuesto sobre todo de hilachas provenientes del lavado de

prendas y de lignina, la cual hace parte de la composición del papel

higiénico, aunque estos materiales lleguen a degradarse biológicamente, la

velocidad de descomposición es tan baja que en últimas se acumulan.

Es interesante anotar que los primeros tanques sépticos se conocieron

como tanques de licuado, debido a que en ausencia de materiales extraños,

todos los sólidos presentes en el agua cruda se transformaban en

compuestos líquidos, para limitar la acumulación de lodos en los tanques

sépticos se recomienda el uso de papel higiénico biodegradable y la

instalación de trampas para detener las hilachas.

Aunque en los tanques sépticos se forme sulfuro de hidrógeno, no es común

la formación de olores, ya que el sulfuro de hidrógeno se combina con los

metales presentes formando sulfuros metálicos insolubles que se acumulan

en los sólidos que se sedimentan.

A pesar que la descomposición anaerobia que reduce el volumen del

material sólido depositado en el fondo del tanque, existe siempre una

acumulación neta de lodo. Parte del lodo alimentado se adhiere a las

burbujas de gas generadas en el proceso de descomposición del material

sólido del fondo del tanque, y asciende junto con ellas aumentando el

espesor de la capa de espuma formada en la superficie del tanque.

A largo plazo, la acumulación del lodo y espuma hace que se reduzca la

capacidad volumétrica efectiva del tanque; por tanto, es conveniente realizar

los bombeos periódicos del contenido del tanque a manera de


42

mantenimiento programado. En la Figura 7 se pueden apreciar las diferentes

capas y zonas que conforman un tanque séptico.

Figura 7. Diagrama del tanque sépticos donde se aprecian las zona y capas.

Problemas en la operación

Históricamente, el problema más importante que se presenta en la

operación del tanque séptico es el arrastre de sólidos, grasas y aceites. Este

arrastre de sólidos en el efluente del tanque séptico ocasiona la reducción

prematura en la capacidad de asimilación de carga hidráulica en los campos

de disposición de efluente por infiltración, dando origen a la formación de


43

zonas húmedas en la vecindad de las zanjas de infiltración y la acumulación

del efluente en la superficie del suelo.

El ingreso de aguas subterráneas al tanque séptico sin impermeabilización

trae como resultado : 1) sobrecarga hidráulica de los sistemas de

disposición en campos de infiltración, provocando la acumulación del

efluente en la superficie del suelo, 2) interrupción del proceso de digestión

anaerobia que se desarrolla dentro del tanque séptico, y 3) severa

sobrecarga hidráulica en los procesos de tratamiento dispuestos aguas

abajo, como es el caso de los filtros de lecho empacado intermitente y con

recirculación. Es de suma importancia entonces que un tanque séptico debe

poseer resistencia estructural y ser impermeable, si se desea que funcione

adecuadamente para proteger así el medio ambiente.

Elementos adicionales de los tanques sépticos

Para limitar la descarga de sólidos en el efluente de tanques sépticos se ha

usado un diseño con dos compartimentos. Con base en mediciones

realizadas, tanto en tanques de uno como de dos compartimientos, se ha

comprobado que los beneficios atribuidos a los tanques de dos

compartimentos se deben más al diseño que a la subdivisión del tanque

(Seabloom, 1982; Winneberger,1984).

Un método efectivo para reducir la descarga de sólidos sin tratamiento

consiste en instalar un filtro para mejorar la calidad del efluente en tanques

con un solo compartimiento (Figura 8). Durante la operación, el líquido fluye

dentro del filtro a través de los orificios de entrada localizados en la parte


44

central de la pared de la cámara de filtrado. Antes de pasar a la zona

central de la cámara, el efluente debe atravesar un tamiz situado en el

interior de la cámara. Debido a la gran superficie del tamiz, la colmatación

del mismo no se produce rápidamente; de ser necesario, el tamiz se puede

retirar para labores de limpieza (Figura 8).

En este caso, la cámara para filtrado del efluente cumple con las funciones

del segundo compartimento; además en estos dispositivos se pueden

instalar para disminuir la descarga de sólidos gruesos en el efluente de

tanques sépticos nuevos, o de aquellos que se encuentren en

funcionamiento siendo ello una gran ventaja. En la Figura 8 se aprecia el

esquema de un tanque séptico con cámara de filtración, la cual evacua el

filtrado por bombeo.

Figura 8. Diagrama del sistema de filtros y elementos filtrantes


45

Figura 9. Diagrama de filtración del efluente provista de bomba multietapa de gran cabeza

Consideraciones de diseño para fosas sépticas

Para el diseño y operación de tanques sépticos deben considerarse

aspectos como: 1) su forma, 2) su sistema estructural, 3) su

impermeabilización, 4) su dimensionamiento, 5) sus accesorios, 6) la

programación de inspecciones, y 7) la limpieza del tanque séptico.

Forma del tanque

La mayoría de los tanques sépticos construidos en concreto son

rectangulares, cuentan con un deflector interno que divide el tanque y con

puntos de acceso que permiten la inspección y la limpieza, (Ver Figura 10).


46

La primera cámara ocupa aproximadamente las dos terceras partes del

volumen total del tanque.

No obstante, el uso de tabiques divisores en tanques sépticos es más de

carácter histórico que científico. Tanto Seabloom et al (1982) como

Winneberg (1984) encontraron, con base en mediciones realizadas en

campo, que el desempeño de tanques sépticos con una única cámara es

igual o incluso mejor que el de aquellos tanques con dos cámaras para el

mismo volumen de líquido.

La ubicación de tabiques divisores limita el área superficial disponible para la

acumulación de lodos y espuma. Una forma más racional para usar el

tabique divisor consiste en ubicarlo longitudinalmente como se observa en la

Figura 10; esta configuración, además de mejorar la remoción de sólidos,

permite aumentar la integridad estructural del tanque.

Figura 10. Diagrama de ubicación de las pantallas y la trayectoria del flujo


47

Sistema estructural del tanque

El desempeño que puede lograrse con un tanque séptico a largo plazo

depende directamente de su integridad estructural, si este es elaborado de

concreto depende del método de construcción, del tipo de refuerzo en acero

y de la composición de la mezcla del concreto (Bounds, 1996). Para lograr

una máxima integridad estructural, las paredes y el fondo del tanque deben

ser fundidos monolíticamente, y la cubierta se debe fundir en el sitio,

utilizando el refuerzo en acero sobresale de los muros. En algunos casos se

utiliza un sello hidráulico entre los muros y la cubierta. Se debe evitar

colocar la cubierta sobre el tanque puesto que pueden presentar

separaciones cuando ocurren asentamientos diferenciales.

Prueba de permeabilidad

Como se ha definido con anterioridad, los tanques impermeabilizados son

necesarios para la protección tanto del medio ambiente como de las

instalaciones de tratamiento o vertido, dispuestas a continuación del tanque

séptico.

La comprobación de impermeabilidad e integridad estructural se debe

realizar para cada uno de los tanques llenándolos con agua antes y después

de su instalación. Las pruebas hidrostáticas se realizan en el lugar de


48

fabricación llenando el tanque con agua y aguardando 24 horas. Si no se

presentan fugas de agua después de dicho tiempo, el tanque es aceptado.

Debido a que parte del agua se absorbe en el concreto, es conveniente

llenarlo de nuevo y esperar otras 24 horas; si se presentan pérdidas totales

superiores a 1 galón de agua, el tanque es rechazado. Para evitar que la

cubierta se separe del cuerpo del tanque durante las pruebas hidrostáticas,

el nivel de agua se debe controlar. Es necesario que el procedimiento

descrito se repita cuando el tanque es instalado (Bounds, 1996).

Dimensionamiento del tanque

Varias relaciones empíricas se han desarrollado para estimar el tamaño de

los tanques sépticos. En varios códigos se recomienda como tamaño

mínimo 750 gal. (2.80 m3). La experiencia con tanques de diferentes

tamaños, realiza las siguientes recomendaciones para que estos alcancen

un eficiente desempeño con respecto a la remoción de DBO, SST, grasas,

aceites y reduzcan la frecuencia de bombeo de los contenidos del tanque al

exterior.

Tabla I. Recomendaciones de volúmenes para diseño de tanques sépticos

Una o dos habitaciones 1000gal. (3.78m3)

Tres habitaciones 1500gal. (5.67m3)

Cuatro habitaciones 2000gal. (7.57m3)

Más de cuatro Pedir asesoría de un


49

habitaciones ingeniero

Fuente: Aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados. Crites,

Tchobanoglaws, 2000.

Otra razón para usar tanques grandes estriba en la dificultad de ampliar el

tamaño del tanque existente cuando la vivienda cambia de propietario o es

ampliada.

Mantenimiento del tanque séptico

Dado que los tanques se encuentran enterrados, por lo tanto no están a la

vista, algunos propietarios olvidan que estos sistemas necesitan

mantenimiento periódico. Con frecuencia, los residentes de zonas pobladas

que cuentan con red de alcantarillado por gravedad se reubican en zonas

que utilizan tanques sépticos, suponiendo entonces que pueden descargar

cualquier material y volumen de agua dentro del sistema, como lo hacían

cuando contaban con la red de alcantarillado.

Es decir, los sistemas de tanque séptico sometidos a estas condiciones se

pueden ver afectados por la descarga de algunos constituyentes, ya que su

capacidad de manejo de caudal es finita. El abuso de dichos sistemas

ocasiona inevitables fallas, creando condiciones indeseables y posibles

riesgos para la salud. Es preciso considerar que la aplicación de algunas

recomendaciones simples para su correcta operación permite que funcione

durante más tiempo sin mayores problemas.

Inspección de rutina


50

La inspección rutinaria de tanques sépticos realizada una o dos veces al año

contempla: 1) revisión de la impermeabilidad del tanque, 2) revisión del

ingreso de aguas extrañas al tanque, 3) revisión de empaques en las

conducciones, que conectan el tanque séptico con el sistema de disposición

en campos de infiltración, y 4) revisión de la acumulación de lodo y espuma.

Las capas de lodo y espuma se pueden medir con ayuda de los elementos

que aparecen en la Figura 11.

Para medir el espesor de la capa de espuma se utiliza una vara en forma de

L, la cual se empuja a través de la capa de espuma hasta alcanzar el fondo

de la misma. El espesor de la capa de lodo se determina al leer la escala de

la vara. Para medir este aspecto, se utiliza el ensayo de extinción de la luz.

Tal prueba consiste en sumergir una fuente luminosa en el interior del

tanque; la fuente de luz se puede observar mientras atraviesa la columna de

agua, ya que cuando alcanza la capa de lodo se extingue.

Figura 11. Ensayos para determinar el espesor de capas de lodos y espuma

Extracción de lodo del tanque séptico


51

Como se describió antes, la acumulación progresiva de lodos y espuma

ocasiona a largo plazo una reducción en la capacidad volumétrica efectiva

del tanque. La capacidad de almacenar sólidos sedimentados se restablece

al extraer por bombeo el contenido del tanque. La frecuencia de extracción

ha sido estudiada ampliamente por Bounds (1995); los resultados de sus

análisis se presentan en forma gráfica en la Figura 12.

Figura 12. Análisis de la frecuencia en la extracción de lodos en tanque sépticos

Fuente: Aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados.

Crites, Tchobanoglaws, 2000.

Características y cantidades de los lodos de tanque sépticos

Entre las características principales de los lodos de tanques sépticos se

incluyen las cantidades esperadas, el contenido químico y de nutrientes así

como el contenido de metales pesados. Las particularidades de estos lodos

podrán variar con la frecuencia del bombeo, si su origen es residencial o

comercial, o bien con el uso de trituradoras de alimentos (U.S. EPA, 1984)


52

Características de los lodos de tanques sépticos

En la tabla se detallan las características físicas y químicas de los lodos de los

tanques sépticos. Tal como se muestra en dicha tabla estos lodos contienen

concentraciones altas de sólidos, grasa, DBO y nutrientes, así como metales

dependiendo de las sustancias químicas de uso doméstico y de lixiviado de los

materiales de las instalaciones domésticos

Tabla II. Características físicas y químicas de los lodos de tanque sépticos

Componente Media U.S. Media EPA Valor sugerido

para el diseño por

la EPA

DBO 6480 5000 7000

DQO 31900 42850 15000

Sólidos totales 34106 38800 40000

STV 23100 25260 25000

SST 12862 13000 15000

SSV 19027 8720 10000

NTK 588 677 700

NH3-N 97 157 150

Fósforo total 210 253 250

Alcalinidad 970 1000

Grasa 5600 9090 8000

PH 1.5-12.6 6.9 6.0

LAS 110-200 157 150

Unidades mg/l excepto el pH. Fuente: U.S. EPA1984.

Opciones para el tratamiento

Los lodos de los tanques sépticos requieren generalmente de un cierto nivel de

tratamiento antes de su disposición final o de su reutilización. En muchos casos,


53

los lodos de los tanques sépticos se descargan en una planta municipal de

tratamiento de aguas residuales. En otras circunstancias, las opciones para el

tratamiento incluyen los procesos convencionales de tratamiento de lodos, en

suelo o una combinación de tratamiento acuático y humedales artificiales. Los

lodos pueden procesarse en digestores o en lagunas de lodos como si fueran

líquidos, pueden deshidratarse para fabricar compost o pueden aplicarse en la

tierra.

En el siguiente análisis se consideran cinco alternativas para el

tratamiento de lodos de tanques sépticos:

• Tratamiento en una planta de tratamiento municipal

• Tratamiento como fuente de aguas residuales

• Tratamiento como lodos

• Tratamiento en suelo

• Tratamiento acuático

Tratamiento de lodos de tanques sépticos en una planta municipal de tratamiento

Si se va a procesar el lodo de los tanques sépticos junto con las aguas

residuales, será necesario construir una estación de recepción de lodos de

tanques sépticos, que estará conformada por un área de descarga (con

pendiente para permitir que el lodo fluya por gravedad desde los camiones de

transporte), un tanque de almacenamiento de lodos y una o más bombas

trituradoras. El tanque de almacenamiento se usa para acumular el lodo, de

manera que este pueda descargarse hacia la planta de tratamiento. El tanque

de almacenamiento debe cubrirse para controlar olores.

Se prefiere descargar el lodo en etapas iniciales del proceso con el fin de

remover arenas y filtrar. Si no hay instalaciones para triturar o filtrar frente a las


54

instalaciones de descarga de los lodos de tanques sépticos, éstos lodos deben

transferirse desde los tanques de almacenamiento hacia la planta de

tratamiento con bombas trituradoras. En algunos casos, dicha transferencia

puede llevarse a cabo mediante un flujo por gravedad.

Si el lodo de los tanques sépticos esta muy concentrado, puede diluirse

con aguas residuales procesadas. También se puede añadir al lodo en el

tanque de almacenamiento sustancias químicas como cal o cloruro con el fin de

neutralizarlo, hacerlo más tratable o reducir olores. Si no existen limitaciones de

capacidad, el tratamiento en conjunto y la disposición de los lodos de tanques

sépticos es uno de los métodos de manejo de lodos más efectivos en cuanto a

costos y más adecuado con relación al ambiente.

Tratamiento de lodos como aguas residuales

Dado que el lodo de los tanques sépticos contiene en general 98,5% de

agua, con frecuencia se le trata como una fuente de aguas residuales. Los

sólidos suspendidos más pesados se retiran de la corriente de desechos para

permitir el tratamiento biológico más efectivo de los compuestos orgánicos que

permanecen en ella.

Una alternativa para el tratamiento es que el lodo de tanques sépticos se

procesa con un enfoque convencional que incluye sedimentación primaria,

tratamiento biológico, filtración del efluente, y posteriormente las lagunas será la

aplicación directa en el terreno, ya sea por el método de tasa baja (irrigación) o

por infiltración rápida.


55

Tratamiento de lodos de tanques sépticos considerados como lodos

Las opciones para el tratamiento de lodos de tanques sépticos, incluyen

el compostaje, la aplicación en terreno, la digestión aeróbica y anaerobia, la

oxidación química y la estabilización con cal (U.S. EPA, 1984). Los procesos

que se usan en general para sistemas pequeños son el compostaje, la

aplicación en terreno (ver la siguiente sección) y la digestión aeróbica.

El compostaje es la estabilización de los desechos orgánicos a través de

la descomposición biológica aeróbica. El proceso puede realizarse con varias

configuraciones. Los tipos diferentes de compostaje incluyen dos métodos al

aire libre: con volteo y con pilas estáticas para compostaje, y cerrado para

compostaje mecánico. El lodo de los tanques sépticos debe deshidratarse antes

de iniciar el proceso. En la tabla se presentan los parámetros de operación

para la elaboración de compost a partir de lodos de tanques sépticos. El

compost producido puede venderse o regalarse.

La digestión aerobia se practica generalmente en tanques abiertos o en

recipientes. Se necesitan tiempos de retención de los sólidos de 30 a 40 días

para estabilización a temperaturas de 18 a 29° C (U.S. EPA, 1984). La

aireación superficial o los difusores sumergidos se utilizan para mantener un

nivel mínimo de oxígeno disuelto de 1 mg/L. Sin aireación adecuada se pueden

producir olores. Si fuera en exceso puede haber problemas de formación de

espumas. Debido a estas limitaciones, a los tiempos de retención largos, a la

inversión de mucho capital y a los altos costos de operación (comparado con el

tratamiento en suelo o en lagunas), es poco probable que la digestión aerobia

sea atractiva en el aspecto económico excepto para grandes instalaciones de

tratamiento de lodos de tanques sépticos o para aquellas independientes con

limitaciones de terreno (U.S. EPA, 1984).


56

Tabla III. Parámetros operacionales para el compostaje de lodos de tanque sépticos

Parámetros Intervalo Mecanismo de control

Contenido de humedad de

la mezcla de compost

40-60% Deshidratación del lodo de tanques

sépticos hasta 10 a 20% de sólidos

seguido de adición de material ligante (con

adición de aserrín y astillas de madera), 3:1

por volumen de material agregado a lodos

de tanques sépticos deshidratados

Oxígeno 5-15% Acción de revolver periódicamente

(volteo), aireación forzada (pilas estáticas),

agitación mecánica con aire comprimido

(mecánica)

Temperatura(la que debe

alcanzar el compost)

55-65°C Resultado natural de la actividad biológica

en las pilas, demasiada aireación reducirá

la temperatura

pH5-8 El lodo de los tanques sépticos se

encuentra en general dentro de este rango

de pH, normalmente no es necesario

hacer ajustes

Relación carbono/nitrógeno 20:1 a 30:1 Adición de material ligante

Tratamiento en suelo

El tratamiento en suelo o la aplicación en terreno es el principal método de

tratamiento y disposición de lodos de tanques sépticos en Estados Unidos (U.S.

EPA, 1984). Los tipos de tratamiento en suelo, incluyen sistemas de tasa baja,

de riego superficial de infiltración rápida. El tratamiento de lodos de tanques

sépticos se logra principalmente por medio del método de tasa baja, aunque

con muchas variaciones en las técnicas de aplicación.

La técnica de aplicación terrestre más común es la irrigación superficial. El

camión de transporte que extrae el contenido de los tanques sépticos es el


57

vehículo que aplica el lodo de los tanques sépticos en la tierra. Durante la

época de lluvias o cuando el suelo esta congelado, el lodo de los tanques

sépticos debe almacenarse. En algunos casos, las condiciones del suelo son

tan críticas que el vehículo que aplica el lodo necesita llantas de alta flotación,

las cuales, si no son adecuadas para hacer largos recorridos en autopistas,

exigen la necesidad de un vehículo adicional.

Para la aplicación superficial también se utilizan aspersores fijos, irrigación por

surcos y riego superficial. Los principales puntos de preocupación asociados a

la aplicación superficial son el contro l de la escorrentía, los olores y los riesgos

potenciales asociados con la salud.

Para poder enfrentar las preocupaciones de contaminación de aguas

subterráneas, es necesario un procedimiento adecuado del proceso tanto para

la aplicación superficial como para la subsuperficial.

Tratamiento acuático

En el tratamiento del lodo de los tanques sépticos se ha usado en forma

experimental un proceso relativamente nuevo que combina el tratamiento

acuático con aireación y los humedales artificiales. En 1988, el lodo de tanques

sépticos decantado se trato en Harwich, Massachusetts, utilizando este sistema

acuático solar (Teal y Peterson, 1991). El desempeño del tratamiento para la

operación experimental, tenia un tiempo de retención de 15 días.


58

FILTROS DE ARENA CON RECIRCULACIÓN

Los filtros son unidades de tratamiento físico y biológico que se ha utilizado

desde hace años en el manejo de aguas residuales. Entre los más empleados

en el tratamiento de aguas residuales se cuenta con 1) filtro percoladores

convencionales y de tasa alta,2) los de tasa alta con medio granular y poroso,

usados para filtración de efluentes tratados; y 3) filtros de tasa baja con medio

granular y poroso.

Los filtros de tasa alta utilizados en la filtración de efluente de instalaciones de

tratamiento centralizado, serán considerados junto con el sistema de

reutilización y repurificación de aguas residuales.

Considerando principalmente los filtros de tasa baja usados en el tratamiento de

aguas residuales provenientes de viviendas aisladas, y de otras instalaciones

de pequeños sistemas descentralizados de tratamiento, siendo los de mayor

uso: 1) filtros de arena intermitentes, y 2) filtros de medio granular con

recirculación. Los tipos de filtros se describen a continuación. Antes de realizar

un análisis individual de los diferentes tipos de filtros lentos, se considera de

gran utilidad abordar primero elementos funcionales y describir los mecanismos

de remoción característicos de estas unidades de tratamiento.

Características funcionales de los filtros


59

La mayoría de estas unidades de tratamiento cuentan con los siguientes

elementos básicos:

1. Un contenedor aislado, donde se confina el medio filtrante

2. Un sistema de drenaje para evacuar el líquido tratado

3. El medio filtrante

4. Un sistema para alimentación y distribución del líquido a tratar sobre el

medio filtrante

5. Un medio de soporte

Cada una de estas características se consideran brevemente a continuación.

En la Figura 13 se puede apreciar los elementos que conforman un filtro,

excepto la unidad contenedora.

Figura 13. Corte del lecho filtrante

Unidad contenedora del medio


60

Su función es albergar el medio filtrante, puede ser simplemente una

excavación en tierra o una unidad más elaborada como una estructura de

concreto o madera (Figura 14). La elección depende del tipo de filtro que se

desee implementar, de las condiciones del terreno donde se ubicara la unidad y

de factores económicos.

El material más común para impermeabilización es el PVC polipropileno

con 30 milésimas de pulgada (0.76 mm.) de espesor. En lugares donde el

suelo de fondo tiene una rápida permeabilidad y una adecuada separación de

las aguas subterráneas, las unidades contenedoras se construyen sin

geomembrana (filtros sin fondo), reduciendo significativamente los costos.

Figura 14. Ejemplos de unidades contenedoras de filtros

Sistema de drenaje


61

Este se emplea para recolecta r el líquido tratado y transportarlo a una cámara

de bombeo o un campo de infiltración para su disposición final. Los sistemas

de drenaje más comunes cuentan con tuberías acanaladas o perforadas; las

más usadas son las acanaladas que cuentan con ranuras de 0.25 plg.(6mm) de

ancho y que van hasta la mitad del diámetro de tubería, para prevenir la

formación de películas biológicas. Las ranuras se ubican a lo largo de la

tubería. Cuando se utilizan tuberías acanaladas las ranuras se ubican hacia

arriba como se aprecia en la Figura 15 para prevenir que la formación de

sólidos sedimentados en el fondo de la tubería bloquee la ranuras. En los filtros

intermitentes y en los que tienen recirculación, la tubería de drenaje se cubre

con una capa de medio granular de un tamaño de partícula lo suficientemente

grande como para evitar el taponamiento de las ranuras.

Figura 15. Sistema de drenajes para filtros de gran tamaño

Medio filtrante


62

Durante muchos años se han investigado y usado diferentes tipos de medios

filtrantes incluyendo: carbón activado, antracita, vidrio, cortezas de árbol,

granate, grava, restos de minerales, piedra, plásticos, arcillas. Hasta la fecha,

la arena se constituye como el medio filtrante más utilizado en la construcción

de filtros de lecho empacado intermitentes, aunque también se ha comprobado

la eficiencia del vidrio reciclado como medio filtrante de este tipo de filtros. Los

medios filtrantes más utilizados en la construcción de filtros de lecho empacado

intermitentes con recirculación son arena gruesa y grava fina, aunque también

es común el uso de la arcilla gruesa expansiva.

Sistema de distribución

Para aplicar uniformemente sobre el medio filtrante el líquido a filtrar se

requiere un sistema de distribución, que puede operar a presión o por

gravedad. Entre los sistemas de distribución empleados se cuenta con

boquillas de aspersión, cangilones inclinados, moldes especiales de plásticos y

sistema con tuberías perforadas para distribución a presión.

El sistema de distribución más empleado en filtros de lecho empacado de

intermitentes corresponde al de tuberías perforadas con múltiples orificios de

1/8 de plg. (3mm.). El diámetro de tubería de distribución se establece de

manera que la diferencia en la descarga entre orificios no supera el 10% (ver

Figura 16). La tubería perforada se coloca sobre el lecho filtrante de grava, con

los orificios hacia arriba; los orificios se cubren con pequeñas tapas. Para

prevenir que la grava tapone con los orificios y para que la descarga a presión

atraviese la capa superficial de suelo. En zonas con climas fríos, el sistema de

dosificación se debe diseñar en forma tal que permita evacuar el agua residual

remanente en la tubería de distribución después de un ciclo de aplicación, o

permitir que la orientación de cada cuarto orificio pueda colocarse para abajo.


63

Figura 16. Sistema de distribución para filtros

Figura 17. Tapas para la protección de orificios de distribución

Dosificación intermitente


64

Esta permite que el líquido que se va a tratar sobre el lecho empacado

puede ser intermitente o con recirculación. En la dosificación intermitente, el

líquido es aplicado al lecho empacado una sola vez. Para optimizar la eficiencia

del sistema, como se analizará más adelante, el volumen total del líquido se

distribuye uniformemente, en varias aplicaciones que van de 12 a 72 veces por

día. Dado que el líquido se aplica periódicamente, este tipo de sistema recibe

el nombre de sistema intermitente (filtros de arena intermitente). Al

incrementarse a menudo la dosificación de 4 a 24 veces por día se encontró

que el desempeño de los filtros mejora, en especial si el medio filtrante está

conformado por arena de diámetro grande (Furman et al. ,1955). En una

investigación realizada con mayor detalle en la Universidad de California, se

constató que el desempeño de un filtro de arena intermitente era

significativamente mejor si la dosificación se realizaba 12 veces por día, en

contraposición a 4 veces por día (Nor. 1991; Darby et al.,1996). El impacto del

número de aplicaciones sobre el desempeño de los filtros se puede entender

con mayor claridad, una vez leído el material de mecanismos de remoción

presentado a continuación.

Dosificación con recirculación

En este tipo de sistema una fracción de líquido filtrado se vierte o destina

para reutilización, mientras que la otra retorna a un tanque de recirculación,

donde se mezcla con efluente de un tanque séptico, para ser aplicado

nuevamente sobre el medio filtrante. Dado a que el líquido recircula, pasando

varias veces a través del medio filtrante, este tipo de sistemas recibe el nombre

de sistema con recirculación (filtros de grava con recirculación).

Estos sistemas emplean relaciones de recirculación que va desde 3:1

hasta 5:1, con base en el caudal descargable del tanque séptico. El principal


65

efecto de la recirculación es reducir la carga orgánica aplicada al filtro con cada

dosis e incrementar el oxígeno disuelto en el filtro. En general, la frecuencia de

la dosis varía de 48 a 120 por día (dosis que dura menos de 2 a 3 minutos cada

10 a 25 minutos).

Elementos adicionales de los filtros

Los elementos adicionales que requiere una unidad de filtración depende

del tipo de dosificación con la cual opere el filtro (intermitente o con

recirculación). Los principales elementos adicionales que requiere una unidad

intermitente son: cámaras de bombeo, bombas y sistemas eléctricos de control.

Los sistemas de control para filtros intermitentes se consideran más adelante.

Los sistemas con recirculación necesitan, además de los elementos

mencionados para sistemas intermitentes, unidades para almacenar el líquido

recirculado y para dividir el caudal que va a ser enviado a campo de infiltración,

el cual se mezclará con el caudal de entrada para una nueva aplicación sobre el

medio filtrante. La división del mismo se puede realizar de diferentes formas.

Mecanismos de remoción

Los mecanismos de remoción de DBO, SST, turbiedad, nitrógeno y

coliformes fecales y totales, durante la operación de filtrado en sistemas

intermitentes y con recirculación se consideran a continuación. Aunque los

mecanismos de remoción son fundamentalmente los mismos para los dos tipos

de filtros, existen diferencias relacionadas con la forma de aplicación del líquido

en los filtros de recirculación.

Teoría de sistema de filtración y funcionamiento


66

En la operación de filtros de recirculación, la variables del proceso que

afectan el desempeño del filtro en cuanto a remoción de DBO, SST, grasas,

aceites y turbiedad, son las mismas que afectan a los filtros intermitentes. El

volumen del líquido recirculado es de gran importancia , puesto que diluye el

efluente de tanques sépticos, de manera que la materia orgánica aplicada en

cada dosis, y absorbida en la película bacterial, puede ser procesada con más

facilidad por la bacterias en cada dosis. Como la profundidad de la capa de

agua que fluye a través del medio filtrante es mayor a la que se presenta en

filtros de arena intermitentes, cabe la posibilidad que partículas coloidales

pequeñas, incluyendo bacterias y virus, pueden atravesar el medio filtrante sin

que haya absorción.

Poco tiempo después de que un filtro entra en funcionamiento, aparece

una delgada película bacterial en las capas superiores sobre los granos del

medio filtrante, la cual es muy importante dentro del funcionamiento normal del

filtro, ya que mediante la absorción retiene microorganismos y material coloidal

soluble y partículas presentes en el agua residual sedimentada. El material

retenido se descompone y oxida durante el intervalo de tiempo entre

aplicaciones de líquido.

La materia orgánica soluble se asimila casi de manera instantánea,

mientras que el material coloidal se solubiliza en forma enzimática. El material

soluble atraviesa entonces la membrana celular y de esta forma se convierte en

productos finales de degradación. Con cada aplicación de líquido, algunos

productos finales entran al lecho y eventualmente son removidos del fondo del

filtro. Las partículas de mayor tamaño son retenidas dentro del medio filtrante,

la retención se presenta mediante medios mecánicos y de contacto aleatorio.

Al igual que con las sustancias solubles y el material coloidal, las

partículas orgánicas de mayor tamaño se degradan en forma bioquímica entre


67

dosis y en las primeras horas de la mañana, cuando se reduce la carga

orgánica y de sólidos que se aplica sobre el filtro.

Cuando el filtro madure, la película bacterial cubrirá todo el medio

filtrante. Dado que las partículas más grandes se remueven en la parte superior

del filtro, no existe una distribución lineal de sólidos dentro del mismo, de

manera que se presenta una gran acumulación en las primeras 4 a 8 plg. (100 a

200 mm.) de la parte superior.

La importancia del tamaño de las partículas del medio filtrante y de la

tasa de aplicación hidráulica se puede comprender al observar la Figura 18, en

la cual se muestra que, cuando el volumen de líquido aplicado es suficiente

para llenar los espacio vacíos, parte del material orgánico, partículas coloidales

y microorganismos pueden atravesar el filtro sin tratamiento alguno. Cuando se

reduce el volumen del liquido aplicado en cada dosis se puede presentar

parcialmente un flujo no saturado, si el volumen de líquido aplicado en cada

dósis se reduce aún más, el líquido fluirá a través del medio filtrante en forma

de una delgada pelíc ula, cuando esto ocurre, los constituyentes del agua

residual aplicada que en forma soluble y coloidal son absorbidos, y el oxígeno

del aire ubicado entre los intersticios del medio pasa a través de la película de

líquido hasta las bacterias aeróbicas, responsables de la oxidación de la

materia orgánica carbonácea. Cabe indicar que la concentración de oxígeno en

el aire a 20°C es de aproximadamente 250 mg/l. En razón de que la absorción

y la elevada concentración de oxígeno en el aire juega un papel importante en

la operación de los filtros intermitentes y con recirculación, es indispensable que

el líquido aplicado sobre el medio filtrante forme esa película líquida, de esta

manera, se lograr un desempeño más eficiente.

Figura 18. Efecto de la tasa de aplicación hidráulica sobre el flujo a través del medio filtrante


68

Cuando el líquido fluye formando una película delgada, la oxidación de la

materia orgánica carbonácea ocurre en la parte superior del lecho filtro.

Simultáneamente, el amonio se convierte en nitrato (nitrificación) y, en las

pequeñas zonas anóxicas del filtro, los nitratos se convierten en nitrógeno

gaseoso (desnitrificación). Se ha demostrado que la desnitrificación biológica

ocurre bajo condiciones anóxicas y para ciertas bacterias, bajo condiciones

aerobícas (Robertson y Kuenen, 1990).

Los organismos responsables de la desnitrificación utilizan, como fuente

de energía, el carbono presente en la materia orgánica absorbida. Para

mantener la eficiencia del filtro, los microorganismos deben permanecer en la

tasa de crecimiento endógeno. Si la carga orgánica aplicada al filtro es muy

grande, la tasa de crecimiento bacterial aumentará y se presentará una

acumulación de película bacterial dentro del filtro, provocando que el sistema

falle, como se describirá más adelante.

El flujo en forma de una delgada película es de vital importancia en caso

de requerir eliminación de virus, ya que se ha demostrado que la formación de

una película bacterial densa sobre el medio filtrante, como resultado del

incremento en el número de dosis por día, tiene un efecto significativo sobre la


69

remoción de virus; a pesar de utilizar material de vidrio como material filtrante,

se observó un efecto similar cuando se utilizó arena.

La materia orgánica presente en el afluente se distribuye a una mayor

profundidad dentro del filtro debido al volumen de líquido adicionado, que

además sirve para lavar y arrastrar fuera del filtro material orgánico

parcialmente descompuesto, desechos bacteriales y residuos retenidos en el

filtro durante las dosis anteriores. El material extraído del filtro tiende a

acumularse en el fondo del tanque de recirculación. En filtros con recirculación

de alta carga se debe instalar una trampa de sólidos para remover el material

extraído del filtro antes de realizar la descarga del efluente.

Desarrollo e historia de su utilización

Los filtros con recirculación evolucionaron a partir de los filtros

intermitentes de arena en la década de 1970 cuando Hines introdujo su

utilización en Illinois, Estados Unidos (Hines y Farveau, 1974). El Filtro

intermitente utilizado por Hines constaba de un tanque séptico, un tanque

de almacenamiento y recirculación, y un filtro sin cobertura. El contenido

del tanque séptico de recirculación se bombea sobre el lecho filtrante de

dos a ocho veces por hora. Una válvula (o divisor de caudal) en el tanque

de recirculación permite que el efluente del filtro ingrese al tanque o siga

la ruta de disposición / reutilización, dependiendo del nivel de líquido en el

tanque de recirculación. A mediados de la década de los 70, los sistemas

de filtros con recirculación se emplearon en el tratamiento de efluentes de

tanques sépticos antes de su disposición en zanjones de oxidación.

En Virginia del Oeste, se reemplazó la arena como medio filtrante por

cenizas de carbón generadas en las plantas de energía (Swanso y Dix,


70

1988). En Oregon, la arena se reemplazó por grava fina (Ronayne eta.

1984.) La utilización de este tipo de medios filtrante produjo la reducción

o eliminación de la contaminación de los filtros y la posibilidad de manejar

cargas mayores. En la Figura 19, se presenta un diagrama del flujo

correspondiente a un filtro moderno con recirculación. Como se aprecia

en dicha figura, el sistema de filtro con recirculación requiere una unidad

similar al filtro de arena.

Figura 19. Diagrama de un filtro de medio granular con recirculación


71

Consideraciones de diseño

Algunos factores importantes en el diseño de filtros de recirculación son:

el tipo y tamaño de partícula del medio filtrante, la profundidad de lecho

filtrante, la tasa de carga hidráulica, la tasa de carga orgánica, el número, el

caudal, y la distribución de la dosis, así como un diseño modular, los cuales

serán examinados.

Tipo y tamaño de medios filtrantes

Los tipos de medios filtrantes que se utilizan en los filtros con recirculación

van desde arenas hasta gravas finas, pasando por cenizas de horno. El

tamaño más fino reportado corresponde a una arena con diámetro efectivo de

0.30 mm (Belicekn 1986), la cual presentó una rápida colmantación y carreras

de filtración cortas; éstos resultados condujeron a los investigadores a

recomendar un tamaño de partícula mayor de 0.60 mm. Cenizas de hornos

tamizadas se han utilizado con tamaños que varían entre 0.90 y 2.40 mm. En

cuanto a las gravas se ha empleado tamaños medianos desde 1 hasta 6 mm y

tamaños finos de 2.50 mm. Se ha observado que el uso de tamaños de grava

superiores de 3.00 mm, disminuye drásticamente la remoción de nitrógeno (Ball

y Denn,1997).


72

Tabla IV. Criterios de diseño para filtros con recirculación

FACTOR DE DISEÑO UNIDAD INTERVALO VALOR USAL

Medio filtrante

Material Medio granular lavado y

durable

Tamaño efectivo mm. 1-5 2.50

Profundidad mm. 450-900 600

Coeficiente de uniformidad Menor de 2.5 2.00

Drenaje

Clase Tubería de drenaje

perforada o ranurada

Tamaño mm. 75-100 100

Pendiente % 0-0.10 0

Distribución a presión

Tamaño de tubería mm. 25-50 38

Tamaño del orificio mm. 3-6 3

Altura hidráulica en el orificio M 1-2 1.60

Distancia entre tuberías M 0.50-1.20 0.60

Distancia entre orificios M 05.0-1.20 0.60

Parámetros de diseño

Carga orgánica mm./d 120-200 160

Carga de DBO Kg DBO / m2 d 0.01-0.04 Menor de 0.025

Relación de recirculación 3:1- 5:1 4:1

Tiempo de dosificación

Duración de aplicación Min Menor de 2 -3 Menor de 2-2

Periodo entre aplicaciones Min 15-25 20

Dosificación

Frecuencia Veces/día 48-120

Caudal/orificio L/orificios-dosis 3.8-11.4 7.6

Volumen del tanque de e

dosificación

Caudal/dia 0.5/1.5 1

Fuente: Aguas residuales para pequeños nucleos y descentralizados . Crites, Tchobanoglous,

2000.


73

Profundidad de lecho filtrante

Los filtros de lecho confinado con recirculación emplean lechos con

profundidades que van desde 600 hasta 1200 mm, aunque anteriormente se

utilizaban más profundos. No se recomienda su utilización con menos de 600

mm. siendo este el valor más común.

Tasa de carga hidráulica

La tasa de carga hidráulica con base en el caudal de diseño oscila entre

120 y 240 mm/día dependiendo del tamaño del medio filtrante. El valor más

común de tasa de carga hidráulica para filtros con recirculación usados en el

tratamiento de efluentes de tanque séptico es de 200 mm/día, con base en un

caudal máximo controlado en el tanque mencionado.

Tasa de carga orgánica

Al igual que los filtros intermitentes, la tasa de carga orgánica comprende

la materia orgánica soluble y partícula que se aplica al filtro por unidad de área.

Aunque no estén establecidos valores de esta tasa para los filtros de medio

granular con recirculación los valores más usuales van de 0.01 a 0.04 kg.

DBO/m2 día. Valores mayores de tasa de carga orgánica se pueden utilizar,

realizando variaciones en la dosificación (Parker,1996).

Relación de recirculación y frecuencias de dosificación

Los valores de recirculación están en general entre 4:1 y 5:1. La

dosificación ajustada con temporizador establece una duración en la aplicación

de caudal que va de 1 a 5 minutos e intervalos entre dosis que oscilan entre 12

y 25 minutos para aguas residuales con concentraciones altas, se pueden

manejar dosis de 2 minutos de duración cada 6 minutos.


74

División del caudal

Dado que gran parte del caudal que pasa a través del filtro se lleva al

tanque de recirculación para ser mezclado con agua residual proveniente del

tanque séptico, se debe disponer de algún mecanismo para dividir el caudal, lo

que podría ser: un tanque divisor, una válvula con orificio de recirculación

acoplado a un flotador de bola, la utilización de un tabique divisor de caudal en

el filtro.

La válvula con orificio de recirculación y flotador de bola combina las

ventajas de la válvula de flotador de bola sencilla y el tanque de repartición de

caudales, sin recurrir a controles eléctricos. Cuando existe poco caudal, todo el

efluente del filtro se recircula al tanque; cuando el tanque se llena, una pequeña

fracción del caudal de recirculación se evacua del sistema mediante el último

orificio.

Distribución de la dosis

Cuando el caudal aumenta y se requieren más laterales de

distribución y orificios de descarga, puede que una sola bomba no sea

suficiente para manejar el caudal de descarga en los orificios. Cuando

esto ocurre, el área del filtro se puede dividir en varias secciones y con

ayuda de una válvula mecánica de distribución, se puede realizar una

dosificación secuencial en cada una de las secciones establecidas por el

filtro. Por lo general una sola bomba puede mantener a presión hasta seis

secciones separadas dependiendo de la frecuencia de aplicación. En

algunos diseños se utilizan dos bombas para mantener a presión una o

dos secciones. Cuando se usan dos bombas, la tubería de descarga, se

interconecta con una válvula apropiada. Con las secciones


75

interconectadas, el sistema puede operar con una sola bomba hasta que

se repare lo que ha fallado.

Diseño modular

Cuando se piensa en futuras ampliaciones del sistema de tratamiento

con filtros, como consecuencia del aumento en el caudal a tratar, se

puede recurrir a un diseño modular. En un arreglo típico, las unidades

adicionales de filtración se deben ubicar en el tanque de recirculación, el

cual debe diseñarse desde el principio, de acuerdo con la capacidad con

la que al futuro se desea contar.


76

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

El proyecto consiste en un sistema piloto de recolección y tratamiento de agua

residuales que se desarrolló en Puerto Barrios, tomando como base dos

sectores de la población, es decir, dos manzanas independientes con

alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos y el tratamiento de las aguas

residuales para cada sector independiente, monitoreando el resultado de ambos

sistemas en términos de su adecuado funcionamiento y eficiencias esperadas.

( Se excluirán las aguas de lluvia del sistema).

El sistema de alcantarillado sanitario esta diseñado para que funcione sin

arrastre de sólidos utilizando para el colector principal tubería de PVC de

4” considerada de pequeño diámetro. Este esquema de funcionamiento

es posible a través de una fosa séptica en cada vivienda la cual recibirá

las aguas, para después conectar la tubería de salida en la conexión

domiciliar del sistema completando así el esquema propuesto.

De los anterior se definen tres componentes principales: la fosa séptica

intradomiciliar, el alcantarillado sanitario y el sistema de tratamiento.

El sistema consiste en un sistema de colector principal de PVC de 4”, caja de

registro como unidades de interconexión y limpieza del sistema, conexiones


77

domiciliares simplificadas para recolección, la fosa séptica intradomiciliar y el

sistema de tratamiento que consisten en un tanque de almacenamiento,

sistema de bombeo y filtros de arena de flujo intermitente.

El sistema se encuentra ubicado en el Municipio de Puerto Barrios,

Departamento de Izabal, tomando como base dos sectores a orillas del Río

Escondido ubicados entre la 5ª. Y 7ª. Avenidas y la 14 y 15 calles.

A continuación se describen el número de las viviendas que serán servidas, la

longitud de la tubería, número de cajas y cantidad de conexiones domiciliares

que integran el sistema de recolección:

Tabla V. Descripción del sistema por sectores

Descripción Sector I Sector II

Viviendas 15 11

Colectores principales de 4” 360.00 m 381.00 m

Caja para registro 6 unidades 6 unidades

Conexiones domiciliares 15 unidades 15 unidades

Cabezal de descarga 1 unidad 1 unidad FUENTE: Proyecto piloto alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y

planta de tratamiento, CHF Proyecto LEPPI, Municipalidad de Puerto Barrios, EPA – USAID.

En la siguiente tabla se muestra los parámetros de diseño que se

utilizaron para llegar a la instalación del sistema propuesto.


78

Tabla VI. Parámetros de diseño del alcantarillado sanitario Descripción SECTOR I SECTOR II

Población actual 90 hab. = 15 casas

en1998

66 hab. = 11 casas 12 hab. =

4 locales, 55 hab. = 2 iglesias

+ 1 escuela

Población futura 120 habitantes / saturación 120 habitantes / saturación

Periodo de Diseño No menor de 30 años No menor de 30 años

Densidad de vivienda actual 6 hab./viv. En 1998 6 hab./viv. En 1998

Densidad de vivienda futura 8 hab./viv. Al futuro 8 hab./viv. Al futuro

Densidad de habitantes 0.33 hab. / metro lineal 0.50 hab. / metro lineal

Dotación estimada 150 l/hab/día 150 l/hab/día

Factor de retorno 80% 80%

Caudal ilícito 10 l/hab/día 10 l/hab/día

Caudal de infiltración 10 l/hab/día 10 l/hab/día

Caudal medio 0.0021l/seg/hab. 0.0020 l/seg./hab.

Caudal medio 0.25 l/seg. 0.39 l/seg.

Caudal Máximo 0.64 l/seg. 1.00. l/seg.

Caudal Minimorum de diseño 0.20 l/seg. 0.20 l/seg.

Chequeo de Q Min. en tramos

iniciales

Uso simultaneo Uso simultaneo

Factor de Q máximo 2.6

2.6

Velocidad mínima de diseño

0.30 m/seg.

0.30 m/seg.

Diseño mínimo Tubería de 4” PVC Tubería de 4” PVC

FUENTE: Proyecto piloto alcantarillado sanitario sin arrastre de sólidos de pequeño diámetro y



79

Figura 20. Descripción del sistema de recolección tratamiento y descarga



Descripción de sistema

1. Se inicia con la fosa séptica intradomiciliar

2. Se conecta al sistema principal de PVC de 4”

3. Cajas de inspección y cambios de dirección

4. Entra a la estación de bombeo

5. Entra al sistema de recirculación

6. Pasa al filtro de arena

7. Cabezal de descarga


80

Descripción del sistema de tratamiento

Este consiste en un sistema de filtros de recirculación, compuesta de un

sistema de bombeo y el filtro de flujo intermitente. Como se muestra en los

planos a continuación.

Estación de bombeo

La estación de bombeo está construida de acuerdo a las dimensiones

mostradas en los planos. Dicha estación es de concreto armado, el cual

debe tener una fuerza mínima de compresión de 3500 psi, de 28 días de

curado. El hierro de la fundición debe ser de grado 60. Los canales de agua

deben utilizar en todas las uniones junta de construcción. Las bombas y sus

accesorios son de los modelos que se seleccionaron de la fabrica Orenco,

Inc. El equipo de bombeo incluye un filtro con bio tubos, bombas dúplex,

todo el equipo instrumental y eléctrico necesario para complementar el

sistema. Los accesorios de PVC que se utilizaron son conforme a las

dimensiones mostradas en planos presentadas por el fabricante Orenco, Inc.

Todo el equipo se instaló de acuerdo a las recomendaciones de los

fabricantes. El sistema eléctrico esta acorde con los códigos

predominantes. La válvula de recirculación es de manufactura Orecon, Inc.

e instalada siguiendo las recomendaciones del fabricante. Toda la tubería

es de PVC.


81

Filtro

El filtro de recirculación fue construido de acuerdo a las dimensiones

mostradas en los planos. La construcción se hizo en concreto reforzado, las

paredes son de blocks, como se indica en los planos. Se utilizó arena para

nivelar la base del filtro. Una línea de PVC de 30 milímetros se colocó sobre

la arena nivelada. Una tubería para desagüe de 4” fabricada por Orenco,

Inc. Se colocó como lo indican los planos . Seis pulgadas de piedrín de ½” a

¾”, se colocaron sobre toda la superficie. Dos pies de arena, con un

tamaño efectivo de 1.5 a 2.5 mm. y de coeficiente de uniformidad de 1.5 a

2.5 debe colocarse sobre el piedrín. Si no se consigue la arena adecuada,

se puede sustituir con piedrín de ½” a ¾”. Se colocaron aproximadamente

5” de piedrín sobre la arena / piedrín. Los laterales de PVC con orificios de

1/8” (2’ de centro de orificios) se instalaron sobre el piedrín, con escudos de

orificio y accesorios para la alineación como lo indican los planos, los

mismos fabricados con Orecon, Inc. Aproximadamente 1” de piedrín se

colocó sobre los laterales.


82

Figura 21. Localización dentro del área urbana del Puerto de Izabal


83



Figura 22. Ubicación de la planta de tratamiento con respecto al río el Cangrejal




84

Figura 23. Esquema del filtro de área con recirculación

Fuente: Ing. Louis Salguero(EPA/Región IV) traducido por Ing. Mario Ramírez

Figura 24. Elevación lateral del filtro y sus detalles


85


Figura 25. Sección de la estación de bombeo


Figura 26. Sección estructural de la estación de bombeo



86

Figura 27. Detalles estructurales de la estación de bombeo

Fuente: Ing. Louis Salguero(EPÁ/Región IV) traducido por Ing. Mario Ramírez


87


88

Características de LAS AGUAS RESIDUALES

Durante el ciclo hidrológico, el hombre utiliza el agua con diversos

propósitos para satisfacer sus necesidades (abastecimiento de agua potable,

irrigación, etc.) y desarrollarse, de tal manera que se definen dos etapas en este

proceso: 1) la del aprovechamiento y 2) la de la evacuación o retorno. La

consecuencia lógica de la etapa de retorno es un producto o desecho de las

aguas ya utilizadas. Estas aguas de desecho poseen una alteración en sus

propiedades físico-químicas y microbiológicas debido a ese uso, por lo que se

convierten en aguas contaminadas, lo que se transmite a los ríos, lagos, etc.

Clasificación de las aguas residuales:

• Aguas residuales domésticas: (agua proveniente de lavado de ropa y

utensilios de cocina, limpieza, higiene personal, inodoros).

• Aguas residuales comerciales: (agua proveniente de locales comerciales,

como venta de carnes, frutas y verduras, cafeterías, mercados cantonales,

centros turísticos, etc.).

• Aguas de lluvia (agua proveniente de precipitaciones).

Constituyentes de las aguas residuales:


89

Las aguas residuales municipales son líquidos turbios que contienen

material sólido en suspensión. Cuando son frescas, su color es gris y tienen un

olor a moho ligeramente intenso, pero no ofensivo. Flotan en ellas cantidades

variables de materia, sustancias fecales, trozos de alimentos, basura, papel y

otros residuos provenientes de las actividades cotidianas.

Su composición se determina a través de:

• La composición original del agua

• Los residuos y desechos vertidos al sistema de alcantarillado proveniente de

viviendas, comercios, y actividades artesanales.

• Sustancias arrastradas por el agua de la superficie del suelo o infiltradas a la

red de alcantarillado en forma no controlada

La siguiente tabla presenta datos típicos de los constituyentes

encontrados en el agua residual doméstica. En función de las concentraciones

de estos constituyentes, podemos clasificar el agua residual como fuerte, media

o débil. Tanto los constituyentes como sus concentraciones presentan

variaciones en función de la hora / día, el día de la semana, el mes del año y

otras condiciones locales.

Tabla VII. composición típica del agua residual doméstica

Contaminante Concentración

Unidad Débil Media Fuerte

Sólidos totales (ST) mg/l 350 720 1200

Disueltos totales (SDT) mg/l 250 500 850

Fijos mg/l 145 300 525

Volátiles mg/l 105 200 325


90

Sólidos en suspensión (SS) mg/l 100 220 350

Fijos mg/l 20 55 75

Volátiles mg/l 80 165 275

Sólidos sedimentables ml/l 5 10 20

Demanda bioquímica de oxígeno, mg/l

5 días, 20°C(DB05 ,20°C) mg/l 110 220 400

Carbono orgánico total (COT) mg/l 80 160 290

Demanda química de oxígeno (D00) mg/l 250 500 1,000

Nitrógeno (total en forma de N) mg/l 20 40 85

Orgánico mg/l 8 15 35

Amoníaco libre mg/l 12 25 50

Nitritos mg/l 0 0 0

Nitratos mg/l 0 0 0

Fósforo (total en forma de P) mg/l 4 8 15

Orgánico mg/l 1 3 5

Inorgánico mg/l 3 5 10

Cloruros mg/l 30 50 100

Sulfatos mg/l 20 30 50

Alcalinidad (como C.C03) mg/l 50 100 200

Grasas mg/l 50 100 150

Coliformes totales No./100ml 106-

107

107-

108

107-109

Compuestos orgánicos volátiles

(COVs)

Microg/l < 100 100-

400

> 400

Metcalf & Eddy, INGENIERÍA DE AGUAS RESIDUALES, TR ATAMIENTO, VERTIDO Y

REUTILIZACIÓN, Editorial McGraw Hill; pag.125.

* A criterio del autor es necesario considerar que las características de

estas aguas residuales en materia orgánica son mayores que las aguas


91

residuales de nuestro medio, ya que en los Estados Unidos un alto

porcentaje de viviendas utilizan trituradora en los fregaderos de las

cocinas.

Contaminantes de importancia del agua residual

A continuación se presenta un listado de contaminantes presentes en las

aguas residuales que son de interés para su tratamiento.

• Sólidos en suspensión

• Materia orgánica biodegradable

• Patógenos

• Nutrientes

• Contaminantes prioritarios

• Materia orgánica refractaria

• Metales pesados

• Sólidos orgánicos disueltos

Objetivos de tratar las aguas residuales

El problema de disponer de las aguas residuales fue imponiéndose debido

al uso del agua para recoger y arrastrar los productos de desecho de la vida

humana. Anteriormente, los volúmenes de desecho, sin que el agua sirviese de

vehículo, eran muy pequeños y su eliminación se limitaba a los excrementos

familiares o individuales. El primer método consistía en dejar los desechos

corporales y la basura en la superficie de la tierra, en donde eran parcialmente

degradados por las bacterias, (principalmente de tipo anaerobio), esto originaba

la producción de olores ofensivos. Después la experiencia demostró que si

éstos desechos eran enterrados prontamente, se prevenía el desarrollo de tales


92

olores. La siguiente etapa consistió en el desarrollo de los retretes o letrinas

enterrados, que es un método de eliminación de los desechos de excremento

que todavía se emplea.

Con el desarrollo de los suministros de agua a las poblaciones y el uso de

la misma para arrastrar o transportar los desechos caseros, se hizo necesario

encontrar métodos para disponer no solamente de los desechos mismos, sino

para el agua portadora. Se emplearon para ello los tres métodos posibles: la

irrigación , la disposición subsuperficial y la dilución.

A medida que fue creciendo la población urbana, se presenta el aumento

de volúmenes de aguas residuales y desechos orgánicos, resulto que todos

los métodos de disposición eran tan poco satisfactorios que se hizo

indispensable tomar medidas esenciales para remediarlos y se inicio el

desarrollo de los métodos de tratamiento, antes de la disposición final de las

aguas residuales.

Los objetivos que hay que tomar en consideración en el tratamiento de las

aguas residuales incluyen 1) la conservación de las fuentes de abastecimiento

de agua para uso doméstico. 2) La prevención de enfermedades. 3) La

prevención de molestias.4) El mantenimiento de aguas limpias para el baño y

otros propósitos recreativos. 5) Mantener limpias las aguas que se usan para

la propagación y supervivencia de peces. 6) Conservación del agua para

usos industriales y agrícolas. 7) La prevención de azolve de los canales

navegables. 8) Evitar la contaminación visual.


93

Parámetros de calidad del agua evaluados en el estudio

Temperatura

Este parámetro físico se define como fundamental en el desarrollo del proceso

de tratamiento.

Nitratos

Este parámetro físico se explica como la presencia de proteínas y urea

que es utilizada por las algas para desarrollar su crecimiento, lo que nos

interesa que sea eliminado ya que el río el Cangrejal, vierte sus aguas

hacia la bahía de Amatique.

Demanda química de oxígeno

Nos sirve para medir la cantidad de materia orgánica presente en el agua

residual. Esta siempre debe ser mayor que la DBO.

Sólidos en suspensión

Éstos son importantes en razón que desarrollan depósitos de fangos y de

condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno

acuático.

Turbiedad

A través de ella se determina la calidad de aguas vertidas hacia el cuerpo

receptor en relación la materia coloidal y residual en suspensión, de igual

forma se observa la eliminación de la turbiedad después de pasar del filtro

hacia la descarga final.


94

Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días

Este parámetro de contaminación orgánica para el agua residual,

determina la relación entre la medición de oxígeno disuelto que consumen

los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia

orgánica.

Potencial de hidrógeno

Nos permite definir el medio adecuado para la proliferación y desarrollo de la

mayor parte de la vida biológica.

Descripción de los puntos de muestreo

Los puntos seleccionados para realizar el muestreo fueron los siguientes:

1. En el río el Cangrejal aguas arriba del sistema de tratamiento, para conocer

la condiciones en las que se encuentra el cuerpo receptor antes del vertido

del agua tratada que sale del sistema.

2. En la entrada al sistema de tratamiento del filtro con recirculación para poder

determinar las características del aguas residual que ingresa al mismo.

3. En la salida de la descarga final del tratamiento para determinar como se

vierten las aguas hacia el cuerpo receptor.

En la Figura 28 se muestra la ubicación de los puntos de muestreo utilizados.

De acuerdo a la metodología planteada en el estudio, se realizó un número de

20 muestreos, utilizando para ello los procedimientos estandarizados que


95

utiliza el laboratorio de calidad del agua de la Escuela Regional de Ingeniería

Sanitaria.

Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla VIII.

Figura 28. Localización de los puntos de muestreo en el sistema en estudios

Punto de muestreo aguas arriba Río el Cangrejal

Punto de muestreo entrada al sistema pozo de visita

Punto de muestreo salida del filtro en tubería de descarga


96



Tabla VIII. Resultado de los análisis de laboratorio, parámetros físicos y químicos


97

Fuente: datos de la laboratorio realizado por Ing. Ramírez

Fecha 14-FebPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 4.84 14.00 38.00 29.50 6.99 0.00Entrada PTAR 27.00 26.84 479.00 160.00 125.00 7.06 0.00Salida PTAR 27.00 36.96 21.00 2.40 2.42 7.16 0.00

Fecha 01-MarPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 2.64 18.00 1.60 14.10 7.02 0.00Entrada PTAR 27.00 11.44 94.00 234.00 173.00 7.24 0.00Salida PTAR 27.00 16.72 14.00 4.00 3.20 7.27 0.00

Fecha 17-MayPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 28.00 2.00 423.00 94.00 46.90 7.03 11.33 0.03Entrada PTAR 28.00 22.30 505.00 62.00 69.60 7.69 245.00 0.49Salida PTAR 28.00 12.90 41.00 10.80 2.95 7.21 15.00 0.37

Fecha 30-JulPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 28.00 5.72 43.00 39.60 36.70 7.11 14.00 0.33Entrada PTAR 28.00 169.40 958.00 136.00 276.00 6.60 125.00 0.13Salida PTAR 28.00 12.32 18.00 2.20 1.30 6.20 6.67 0.37

Fecha 06-AgoPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 27.00 3.42 34.00 38.60 26.50 7.05 19.00 0.56Entrada PTAR 27.00 146.50 834.00 109.00 186.00 6.98 289.00 0.35Salida PTAR 27.00 9.15 12.00 1.60 1.05 6.05 8.56 0.71





Fecha 04-SepPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 29.00 6.60 29.00 39.20 35.30 7.10 7.33 0.25Entrada PTAR 29.00 92.40 1856.00 577.00 547.00 7.44 565.00 0.30Salida PTAR 29.00 28.16 81.00 36.40 9.97 7.28 33.33 0.41

Fecha 28-SepPto. de muestreo Temp °C Nitratos mg/l DQOmg/l Solidos suspension mg/l Turbiedad UTN PH DBO5 mg/l REL DBO5/DQORio aguas arriba 28.00 6.16 7.00 22.00 10.50 6.86 3.33 0.48Entrada PTAR 28.00 25.80 300.00 77.00 38.00 7.95 137.50 0.46Salida PTAR 28.00 13.64 10.00 14.40 1.42 7.23 8.33 0.83


98

Tabla IX. Resultados de temperatura en grados celcius

Figura 29. Variación de la temperatura

Muestra Temperatura Mínimo 27.00 14-Feb 1 27.00 Máximo 29.00 01-Mar 2 27.00 Medio 28.00 17-May 3 28.00 Promedio 27.45 30-Jul 4 28.00

06-Ago 5 27.00 13-Ago 6 27.00 20-Ago 7 27.00 24-Ago 8 27.00 30-Ago 9 27.00 04-Sep 10 29.00 28-Sep 11 28.00

26.00

26.50

27.00

27.50

28.00

28.50

29.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

RESULTADOS DE TEMPERATURA


99

Tabla X. Resultados de nitratos en miligramos por litro

Figura 30. Variación de nitratos

Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %14-Feb 1 26.84 36.90 (37.48) 01-Mar 2 11.44 16.72 2.64 (46.15) 17-May 3 22.30 12.90 2.00 42.15 30-Jul 4 169.40 12.32 5.72 92.73

06-Ago 5 146.50 9.15 3.42 93.75 13-Ago 6 150.04 43.12 9.24 71.26 20-Ago 7 1.76 6.16 14.96 (250.00) 24-Ago 8 94.60 16.72 3.96 82.33 30-Ago 9 74.80 37.84 5.28 49.41 04-Sep 10 92.40 28.16 6.66 69.52 28-Sep 11 25.80 13.64 6.16 47.13

Mínimo 22.30 9.15 2.00 42.15 Máximo 169.40 43.12 9.24 93.75 Medio 95.85 26.14 5.62 67.95 Promedio 74.17 21.24 6.00 19.51

Nitratos

-20.0040.0060.0080.00

100.00120.00140.00160.00180.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

RESULTADOS DE NITRATOS

Fosa sépticaFiltro

Río


100

Tabla XI. Resultados de la demanda química de oxígeno en miligramos por

litro

Figura 31. Variación de la demanda química de oxígeno

Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %14-Feb 1 479.00 21.00 14.00 95.62 01-Mar 2 94.00 14.00 18.00 85.11 17-May 3 505.00 41.00 423.00 91.88 30-Jul 4 958.00 18.00 43.00 98.12

06-Ago 5 834.00 12.00 34.00 98.56 13-Ago 6 482.00 9.00 13.00 98.13 20-Ago 7 237.00 7.00 31.00 97.05 24-Ago 8 511.00 11.00 16.00 97.85 30-Ago 9 519.00 9.00 29.00 98.27 04-Sep 10 1,856.00 81.00 20.00 95.64 28-Sep 11 300.00 10.00 7.00 96.67

Mínimo 94.00 7.00 7.00 85.11 Máximo 1,856.00 81.00 423.00 98.56 Medio 975.00 44.00 215.00 91.83 Promedio 615.91 21.18 58.91 95.72

DQO

-200.00

400.00600.00800.00

1,000.00

1,200.001,400.001,600.001,800.002,000.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

RESULTADOS DE DQO

Fosa sépticaFiltroRío


101

Tabla XII. Resultados de sólidos en suspensión en miligramos por litro

Figura 32. Variación de sólidos en suspensión

Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %14-Feb 1 160.00 2.40 38.00 98.50 01-Mar 2 234.00 4.00 1.60 98.29 17-May 3 94.00 62.00 94.00 34.04 30-Jul 4 136.00 2.20 39.60 98.38

06-Ago 5 109.00 1.60 38.60 98.53 13-Ago 6 82.00 1.00 37.60 98.78 20-Ago 7 47.20 2.80 130.00 94.07 24-Ago 8 90.00 0.80 38.00 99.11 30-Ago 9 79.00 10.60 17.60 86.58 04-Sep 10 577.00 36.40 39.20 93.69 28-Sep 11 77.00 14.40 22.00 81.30


Sólidos en Suspensión

-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

RESULTADOS DE SOLIDOS EN SUSPENSION



102

Tabla XIII. Resultados de turbiedad en UTN

Figura 33. Variación de la turbiedad

Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %

14-Feb 1 125.00 2.42 29.50 98.0601-Mar 2 173.00 3.20 14.10 98.1517-May 3 69.60 2.95 46.90 95.7630-Jul 4 276.00 1.30 36.70 99.53

06-Ago 5 186.00 1.05 26.50 99.4413-Ago 6 77.90 2.68 6.98 96.5620-Ago 7 51.40 3.81 158.00 92.5924-Ago 8 95.00 1.00 16.40 98.9530-Ago 9 85.40 1.41 12.90 98.3504-Sep 10 547.00 9.97 35.30 98.1828-Sep 11 38.00 1.42 10.50 96.26

Mínimo 38.00 1.00 6.98 92.59 máximo 547.00 9.97 158.00 99.53 Medio 292.50 5.49 82.49 96.06 Promedio 156.75 2.84 35.80 97.44

Turbiedad

-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

RESULTADOS DE TURBIEDAD



103

Tabla XIV. Resultados de potencial de hidrógeno

Figura 34. Variación de potencial de hidrógeno

Muestra Fosa séptica Filtro Río14-Feb 1 7.06 7.16 6.99 01-Mar 2 7.24 7.27 7.02 17-May 3 7.69 7.21 7.03 30-Jul 4 6.60 6.20 7.11

06-Ago 5 6.98 6.05 7.05 13-Ago 6 7.28 7.33 6.98 20-Ago 7 7.30 7.25 6.99 24-Ago 8 7.01 7.08 6.73 30-Ago 9 7.44 7.52 7.01 04-Sep 10 7.44 7.28 7.10 28-Sep 11 7.95 7.23 6.86

Mínimo 6.60 6.05 6.73 Máximo 7.95 7.52 7.11 Medio 7.28 6.79 6.92 Promedio 7.27 7.05 6.99

Potencial de Hidrógeno

-

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

RESULTADOS DE pH



104

Tabla XV. Resultados de la demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días en

miligramos por litro

Figura 35. Variación de la demanda bioquímica de oxígeno a 5 días

Muestra Fosa séptica Filtro Río Remoción %14-Feb 1 - - - - 01-Mar 2 - - - - 17-May 3 245.00 15.00 11.33 93.88 30-Jul 4 125.00 6.67 14.00 94.66

06-Ago 5 289.00 8.56 19.00 97.04 13-Ago 6 160.00 1.67 2.00 98.96 20-Ago 7 60.00 18.33 6.67 69.45 24-Ago 8 235.00 10.00 7.00 95.74 30-Ago 9 251.20 38.33 11.33 84.74 04-Sep 10 565.00 33.33 7.33 94.10 28-Sep 11 137.50 8.33 3.33 93.94


DBO5

-

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

RESULTADOS DE DBO5



105

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Temperatura

De acuerdo a los resultados obtenidos de este parámetro se observó

la poca variación en el tiempo, durante los meses de mayo y julio, existió

un alza en la temperatura, ya que es la época de calor en la región.

El valor máximo señala 29° Celcius, el valor promedio 27.45°C. y un valor

mínimo de 27°C.

Nitratos

Conforme a la tabulación de datos, resulta que la concentración de

nitratos con respecto al tiempo en que se realizaron los muestreos durante

aproximadamente un año, nos permite obtener un panorama del funcionamiento

del sistema de remoción.

En el punto de muestreo en el pozo de visita a la entrada de la planta: no

existe una tendencia definida ya que se presentan variaciones muy marcadas

en el transcurso del tiempo en la realización de los muestreos, se puede

observar en la Figura 30 , como valor máximo 169.30 mg/l, un valor promedio

de 74.17 mg/l y un valor mínimo de 22.30 mg/l.

En la salida del filtro se puede observar un valor que marco la diferencia

con el resto , lo cual se debió a que esta muestra fue tomada en un momento


106

en que se realizó mantenimiento al filtro. Como valor máximo 43.12 mg/l, un

valor promedio de 21.24 y un valor mínimo de 9.15 mg/l.

En la posición de muestreo en el río se obtuvo un valor máximo de 9.24

mg/l, un valor medio 5.90 mg/l y un valor mínimo es de 2.00 mg/l.

La remoción de los nitratos oscila de un 93.75 % como máximo un

promedio de 62.36% y un valor mínimo de 42.15% resultados que de acuerdo al

valor determinado en el río no afecta, ya que el caudal que produce la planta es

mucho menor que el caudal que este lleva en sí y por la dilución en el

transcurso de su recorrido. Solo existe un dato que nos muestra una variación

en el proceso de remoción que creemos que ocurrió como un error en la toma

en la muestra No.7 .

Demanda química de oxígeno

De acuerdo a la información obtenida la concentración del oxígeno en

distintas fechas fue muy variable.

En el punto de muestreo en el pozo de visita a la entrada de la planta; se

obtuvo un valor máximo de 1856.00 mg/l, un valor promedio de 615.91 mg/l y

un valor mínimo de 94.00 mg/l.

En el muestreo de la salida del filtro; se obtuvo un valor máximo 81.00

mg/l, un valor promedio de 21.18 y un valor mínimo de 7.00 mg/l.

En la posición de muestreo en el río el Cangrejal como referencia aguas

arriba; se obtuvo un valor máximo de 423.00 mg/l, un valor medio 215.00 mg/l y

un valor mínimo de 58.91 mg/l.


107

La remoción de la demanda química de oxígeno obtenida oscila de un

98.56% como valor máximo, un valor promedio de 95.72% y un valor mínimo

de 85.11%, por lo que de acuerdo al va lor determinado en el río no afecta ya

que el caudal que produce la planta es mucho menor que el que lleva este en

sí, se puede observar que los valores de DQO que salen del filtro son mucho

menores que los del río.

Sólidos en suspensión

En el punto de muestreo del pozo de visita a la entrada de la planta; se

puede observar un valor máximo 577.00 mg/l, un valor promedio de 153.20

mg/l y un mínimo de 47.20 mg/l.

En la salida del filtro el muestreo observa una tendencia defina, ya que en

el transcurso del tiempo en que se llevó a cabo, se obtienen los siguientes

valores: máximo 62.00 mg/l, promedio de 12.56 mg/l y mínimo de 0.80 mg/l.

La muestra en el río el Cangrejal como referencia aguas arriba; presenta

la tendencia no definida ya que la oscilación de datos se ilustra en la Figura

33 donde existe mucha variación, el valor máximo que se pudo obtener es de

130.00 mg/l, el medio 45.11 mg/l y un mínimo es de 1.60 mg/l.

La remoción de los sólidos en suspensión oscila en porcentaje de 99.11

% como máximo, promedio de 89.21% y mínimo de 34.04% de acuerdo al valor

determinado en el río no afecta ya que éste produce mayor presencia de

sólidos, en relación al caudal que sale de la planta.

Turbiedad

En el punto de muestreo en el pozo de visita a la entrada de la planta: la

tendencia en esta unidad fue muy variable, la misma precisa como valores los


108

siguientes: máximo 547.00 mg/l, promedio de 156.75 mg/l y un mínimo 38.00

mg/l. Siendo valores que provienen de un sistema sin arrastre, esto nos da la

pauta que existen problema en el sistema de recolección.

En el muestreo en la salida del filtro, según el parámetro para esta unidad,

nos permite definir más su tendencia y obtener los resultados deseados: valor

máximo 9.97 UTN, promedio de 2.84 UTN y mínimo de 1.00. Ver Figura 33.

En la posición de muestreo del río El Cangrejal como referencia aguas

arriba: no se define una tendencia, ya que los datos varían en el transcurso del

tiempo, como valor máximo tiene 158.00 UTN, un valor promedio de 35.80 UTN

y un valor mínimo de 6.98 UTN.

La remoción de la turbiedad oscila de un 99.53 % como máximo un

promedio de 97.4% y un valor mínimo de 92.59% éstos valores que de acuerdo

al valor determinado en el río no afecta, ya que producen mayor presencia de

turbiedad en este, de la que se da en la planta.

Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días

No hay ninguna tendencia definida de acuerdo con el tiempo ya que la

variación de datos es muy puntual, no permite tener una uniformidad de DBO5

en este lapso.

En el muestreo realizado en el pozo de visita a la entrada de la planta: la

tendencia de la variación de los datos es muy variable por el tipo de sistema

que se tiene la carga que se maneja es alta, por el tipo de agua residual que se

está utilizando. El valor máximo 565.00 mg/l , con un valor promedio de 229.74

mg/l y un valor mínimo de 60.00 mg/l.


109

En el sitio de muestreo en la salida del filtro, la variabilidad es baja por la

consistencia de los valores obtenidos ya que mantiene sus datos con respecto

al tiempo. Las cargas son absorbidas y eliminadas lo que permite tener un

mejor funcionamiento. Los datos obtenidos son: máximo 38.33 mg/l, medio

15.58, el mínimo 1.67mg/l.

El muestreo en el río El Cangrejal como referencia aguas arriba: en este

caso la variabilidad es baja por la consistencia de los valores obtenidos

manteniendo sus datos con respecto al tiempo. Las cargas presentes son

constantes para un río. Las variaciones de los datos son: del máximo 19.00mg/l,

medio 9.11, y el mínimo 2.00mg/l.

La remoción de la DBO5 oscila de un 98.56% como máximo, un promedio

de 91.39% y un valor mínimo de 69.45%, siendo éstos valores los que

determinan que no afecta ya que en el río se produce mayor presencia de

demanda bioquímica de oxígeno, de la que produce la planta.

Potencial de hidrógeno

La variación con respecto al tiempo es muy baja, por lo que el proceso,

debe mantenerse estable.

En el punto de muestreo en el pozo de visita a la entrada de la planta: se

tiene valores máximos 7.95, valor promedio 7.27 y mínimo 6.60.

En la salida del filtro según la muestra se definen valores máximos de

7.52, valor promedio 7.05 y mínimo 6.05.

En la muestra tomada en el río El Cangrejal, referencia aguas arriba: se

tiene valores máximos 7.11, valor promedio 6.73 y mínimo 6.99.


110


111

TARIFA RECOMENDADA

A continuación se presenta la determinación de la tarifa a emplear para la

adecuada administración, operación y mantenimiento del sistema de

tratamiento de aguas residuales del barrio el Cangrejal. Como primer paso se

describe el sistema, los elementos que la conforman, paso siguiente se procede

a la determinación de las tarifa para el tratamiento primario y secundario para

determinar una tarifa completa.

El tratamiento primario esta integrado por una fosa séptica intradomiciliar

que tiene incorporado un biofiltro que nos permite que sólidos y arenas no

penetren al sistema de recolección.

El sistema de recolección transporta las aguas producidas por las fosas

sépticas, utiliza los pozos de visita que se emplean en cambios de dirección y

uniones.

El tratamiento secundario se compone de un tanque de almacenamiento,

para alimentar al sistema de bombeo en el cual se cuenta con dos bombas que

funcionan alternadas, una válvula de dosificación de caudal hacia el filtro de

grava con recirculación de flujo intermitente y su descarga final.


112

TARIFA DE TRATAMIENTO PRIMARIO

Para el cálculo de la tarifa del tratamiento primario, se ha estimado la

extracción de lodos de las fosas sépticas, una vez por año en la época seca.

Para ello se necesitara una bomba de achique de 2” de diámetro para

extracción de sólidos, un carretón para poder llevar un tanque plástico con

capacidad de 2,000 litros, se requerirá de dos personas para la recolección,

transporte y disposición final del lodo extraído, siendo esto colocado en los

patios de secado de lodos que será construidos en terrenos municipales como

parte del apoyo.

El costo inicial esta integrado por la compra del depósito de

almacenamiento el cual tiene un costo de Q.2,000.00, bomba de achique de 2”

y magueras con un costo de Q.10,200.00, el carretón para el transporte del

depósito con un costo de Q. 9,200.00 y la construcción de patios de secado con

un costo de Q. 6,000.00

El costo inicial de inversión para el tratamiento primario es de Q.

27,400.00. Se determinó como anualidades en los 30 años a un interés de10%,

obteniendo Q2,906.57 al año.

El salario de los operadores se determinó utilizando un factor donde

se encuentran integrados los séptimo, IGSS, prestaciones. Se determinó

de la manera siguiente: 1.77 * Q.30.00 día * 2 operadores * 30 días

/mes/año = Q. 3,186.00 un mes al año = Q. 265.50/mes.

El consumo de gasolina para transporte de los lodos desde las viviendas

hasta los patios de secado donde se realizará un recorrido estimado de 300

km., con rendimiento del vehículo de 30.00 km./gal., consumiendo 10 gal. A un


113

costo de Q. 20.00/gal gastando un total de Q. 200.00 un mes al año = Q.

16.67/mes.

Tabla 16. Gastos para el tratamiento primario

Renglones Costo/mes

Costo inicial Q.27,400.0| (Q.2906.57/ año) Q. 242.21

Salario operadores Q. 265.50

Combustible Q.16.67

Sumatoria de los renglones Q. 524.38

Gastos de administración (10%) Q. 52.44

Gastos imprevistos (10%) Q. 52.44

Total Q. 629.26

Tarifa calculada = Q. 629.26 /33 servicios = Q. 19.07/mes

TARIFA DE TRATAMIENTO SECUNDARIO

Para determinar la tarifa para el tratamiento secundario de aguas

residuales se tomaron en consideración los datos siguientes:

Operación: Se emplearán dos operadores para que se turne 24 x 24

Horas, que se encarguen de la limpieza, mantenimiento de la planta y

operación del sistema :

Salario 1.77 * Q.30.00 día * 2 operadores * 30 días /mes = Q. 3,186.00 /mes

Cambio del equipo cada 10 años se realizará un cambio, siendo esto dos

veces ya que el sistema se diseño con un periodo de vida útil de 30 años.

Cambio de equipo de bombeo = Q.3,108.63 /( 12 mes/año) = Q. 259.05/mes


114

Consumo de energía eléctrica, que realiza el sistema se estimó

anualmente de acuerdo a los datos obtenidos del diseñador y del sistema que

funciona actualmente: Consumo de energía Q. 7,600.00/año

= Q.

633.33/mes

Tabla 17 Gastos para el tratamiento secundario

Renglones Costo/mes

Operadores Q. 3,186.00

Cambio de equipo de bombeo cada 10

años

Q. 259.05

Consumo de energía eléctrica Q. 633.33

Sumatoria de los renglones Q. 4,078.38

Gastos de administración (10%) Q. 407.84

Gastos imprevistos (10%) Q. 407.84

Total Q. 4,894.06

La tarifa se calculará dividiendo el total a recaudar mensualmente entre el

número de servicios domiciliares que están conectados a la planta de

tratamiento. Tarifa calculada Q. 4,894.06 / 33 servicios = Q. 148.30/ mes

Tarifa Propuesta

Se realizó la unificación del tratamiento primario y secundario para

obtener la Tarifa para que el servicio se mantenga y opere adecuadamente

sumando 19.02+148.30 =Q.

167.32/mes

(Q. 8.00 = $1.00)


115

Manual de operación y mantenimiento

Definiciones

Operación

Es el conjunto de acciones externas que se ejecutan en las instalaciones o

equipos para lograr el buen funcionamiento óptimo de un sistema.

Mantenimiento

Es el conjunto de acciones internas que se realizan en las instalaciones o

equipos, para prevenir daños o reparar los mismos, sí así fuera el caso

con el fin de lograr el buen funcionamiento de un sistema. El

mantenimiento puede ser:

• Mantenimiento preventivo

Es el conjunto de acciones que se planifican y ejecutan antes de que se

produzcan daños en el sistema.

• Mantenimiento correctivo

Consiste en la reparación inmediata y oportuna de cualquier daño que se

produzca en las instalaciones y equipos, que pueden ser de diferente

naturaleza, por lo que es difícil que pueda preverse, y menos programarse.

Quizá única política razonable es disponer de condiciones indispensables como

personal especializado, material, equipo de reparación y transporte.


116

Descripción del sistema de tratamiento

El sistema de tratamiento consiste en un filtro y una estación de bombeo.

El filtro contiene un desagüe interno, grava y un sistema de distribución de

descarga, está dividido en cuatro zonas: el suministro hacia las zonas es

controlada por una válvula de distribución operada hidráulicamente. Los dos

filtros están diseñados para un flujo diario promedio de 0.21 litros por segundo.

La estación de bombeo consiste de una bóveda con capacidad de retener

el flujo de un día. Las dos bombas contenidas en la bóveda del biotubo

distribuyen las aguas servidas hacia el filtro. La bóveda del biotubo contiene

un filtro que protege las bombas de sólidos que entran en el sistema, este

puede operar con una bomba. Una válvula divisoria en la estación recircula el

flujo de retorno del filtro en una relación 4 a 1 durante la operación normal. Es

decir, cada gota de aguas servidas pasa a través del filtro por lo menos cuatro

veces. Cuando el nivel en el tanque es bajo, todo el flujo de retorno del filtro es

recirculado. Una tubería de escape con una válvula de control ha sido

instalada en el tanque. Cuando el sistema no está en operación, el flujo va

hacia la estación de bombeo y saldrá por esta tubería hacia el río. Se espera

que esto sea utilizado solamente en caso de emergencia.

Operación

El flujo entra a la estación de bombeo desde el sistema de recolección de

aguas servidas por gravedad. Las bombas en la estación están controladas

por un sistema de boyas. La boya más baja apaga las bombas cuando el nivel

en la estación desciende por debajo de esta. Un nivel ascendente activará la


117

siguiente boya que prenderá la bomba para un ciclo normal de dosificación

hacia el filtro. Si el nivel continúa subiendo, la última boya se activa y el ciclo de

bombeo se cambiará de tal manera que más aguas servidas entrarán al filtro,

esto continuará hasta que el nivel en la estación descienda por debajo de esta

boya y las bombas entonces regresarán a operar bajo un ciclo normal.

Los instrumentos que vienen con las bombas controlan su operación,

estas operan alternamente. Cuando la boya de alto flujo está activada, la

bomba se prende y distribuye las aguas servidas a una zona del filtro por una

duración de tiempo que puede fijarse usando los instrumentos programables.

La bomba entonces se apaga y permite que drene la zona del filtro. El período

de tiempo que la bomba permanece apagada se determina por un medidor de

tiempo programable que viene con los instrumentos. Cuando el ciclo de

descanso se complete, la próxima bomba se prende y bombea las aguas

servidas hacia la siguiente zona del filtro.

Posteriormente tiene lugar un tiempo de descanso, en donde el ciclo se

repite con la primera bomba distribuyendo aguas servidas hacia la siguiente

zona; este período de descanso, es de vital importancia para la operación del

sistema. El filtro es un sistema biológico que requiere oxígeno para poder

descomponer el contenido orgánico de las aguas servidas. Cuando la bomba

se apaga y permite que el filtro se drene es introducido aire al filtro para que sea

utilizado por los microorganismos.

Mantenimiento

El sistema utilizado para el tratamiento es muy bajo en mantenimiento,

pero requiere de algún cuidado. A continuación se discuten varios

procedimientos para mantener el sistema operando a su máxima eficiencia.


118

Los procedimientos serán presentados en una frecuencia recomendada de

acuerdo al tiempo en que estos deban ocurrir. La operación primaria y las

labores de mantenimiento incluyen la observación del afluente y efluente, la

inspección del equipo de dosificación del filtro, el mantenimiento de las

superficies del filtro, la verificación del flujo de orificios de descarga y el lavado

anual del sistema de distribución. La superficie del filtro debe estar limpia de

maleza.

Tareas semanales

• Inspeccionar las bombas para asegurase que están funcionando.

• Inspeccionar el efluente final y observar su claridad.

• Observar la diferencia de nivel entre la estación de bombeo y la bóveda

biotubo de la bomba, si la diferencia de nivel excede de 15.24 cm., la

limpieza del filtro de la bomba de la estación debería apagarse y el filtro

debe sacarse para lavarse. Se considera que el filtro debe limpiarse dos

veces al año.

• Retirar la maleza de la superficie del filtro.

• Cada bomba está equipada con un medidor de horas. Se recomienda que

se mantenga un libro para llevar registro de las mismas. Las bombas

deberían tener el mismo número de horas de uso. Las diferencias en el

número de horas de uso u otras situaciones entre las bombas puede indicar

un problema en el sistema.

Tareas cada seis meses


119

• Verificar la altura del chorro del agua saliendo del orificio, esta debería tener

un mínimo de 1.52 mts. Si no mide esto como mínimo, verifique que no

haya obstrucciones en el sistema de distribución o problemas con la bomba.

• Inspeccione la estación de la motobomba para que no hayan sólidos y natas

(lana/moho). Retírelos si es necesario.

• Inspeccionar que las bombas e instrumentos estén funcionando bien.

• Revisar la bomba del filtro. Limpiar cada vez que sea necesario.

• Comprobar que en la superficie del filtro no haya acumulación de agua que

puede indicar obstrucción. Ya que esta por menor que sea debe

solucionarse rompiendo los depósitos de materia orgánica o inorgánica

contenidos en la capa superior del filtro. Si estas continúan y son serias, se

requerirá el reemplazo de la piedrilla, la que se considera no requerirá

reemplazo en los primeros diez años.

Tareas anuales

• Lavar y limpiar el sistema de distribución del filtro. Cada tubería de

distribución tiene una válvula al final que se debe abrir cuando se limpia el

sistema. Las tuberías deberían lavarse y limpiarse individualmente hasta

que no haya evidencias de sólidos saliendo de cada tubo. Esta operación

debería tomar por lo menos un minuto por tubo.


120

CONCLUSIONES

1. De acuerdo con la evaluación de los parámetros físicos y químicos

realizados a la planta de tratamiento de aguas residuales del Barrio El

Cangrejal, Municipio de Puerto Barrios, Departamento de Izabal, se observa

que está funcionando adecuadamente en su proceso biológico de

tratamiento ya que existe una remoción de 65% nitratos, 91% DQO y 95%

DBO5. Datos y gráficos en la página 100.

2. Así mismo se observó que los parámetros de sólidos en suspensión el 89%

son removidos y de turbiedad el 97%. Estos se encuentran dentro de los

porcentajes de remoción adecuada ya que son más bajos a la salida del

filtro que los del río Escondido, siendo esto beneficioso para el cuerpo

receptor. Datos y gráficos en las páginas 101 y 102.

3. El efluente de la planta presenta una mínima contaminación al cuerpo

receptor (río Escondido) estando dentro de los valores promedio.

4. Se estimó una tarifa de Q.167.32 por servicio domiciliar, para la

sostenibilidad del sistema de tratamiento primario y secundario, siendo la

municipalidad la que absorbe los costos de operación y mantenimiento.


121

RECOMENDACIONES

1. Técnicamente si es aconsejable el uso de esta alternativa tecnológica.

2. Realizar el estudio socioeconómico de la población beneficiada con este

proyecto, con el objeto de determinar su capacidad de pago de Q.167.32 por

servicio domiciliar por mes, para la administración operación y

mantenimiento del sistema.

3. Se recomienda a la Municipalidad instalar un área donde se pueda construir

patios de secado de lodos para disponer adecuadamente de los lodos

extraídos de las fosas sépticas o si se cuenta con plantas de tratamiento

donde se puede trata los mismos, para poder reutilizarlos posteriormente

como abono en el mejoramiento de suelos.

4. Cuando se aumenten los caudales deberá hacerse un estudio para conocer

como funciona en condiciones máximas de operación, aforo de entrada

0.20 l/s, caudal medio 0.39 l/s y caudal máximo 1.00 l/s, al final del periodo

de diseño.


122

BIBLIOGRAFÍA

Cooperación técnica República Federal de Alemania / Programa de Salud

Ambiental (GTZ). Manual de disposición de aguas residuales, (Tomo I y

II), Lima, Perú s.e.1991

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reutilizado , Edición tercera. (Tomo I y II). México. Editorial McGraw Hill,

1,996.

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para la planta de tratamiento de aguas residuales de la población del municipio

de San Juan Comolapa, Chimaltenango, Tesis Ing. sanitario. Guatemala,

Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, Escuela

Regional de Ingenieria Sanitaria y Recursos Hidráulicos –ERIS-, 1996.

Castellanos Manzo, Eldin Osvaldo, Evaluación preliminar a la puesta en marcha

y propuesta de un manual de operación y mantenimiento para la planta de

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Guatemala, Tesis Ing. sanitario. Guatemala, Universidad de San Carlos de

Guatemala, Facultad de Ingeniería, Escuela Regional de Ingeniería

Sanitaria y Recursos Hidráulicos –ERIS-, 1999.

Linarez Cruz, Juan Carlos, Evaluación y propuesta de mejoramiento para la

planta de tratamiento de aguas servidas de la población del municipio de


123

Retalhuleu, Retalhuleu, Tesis Ing. sanitario. Guatemala, Universidad de

San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, Escuela Regional de

Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos –ERIS-, 1999.

CHF/ LEPPI – USAID –G/CAP – EPA. Informe proyecto piloto “ Alcantarillado

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tratamiento de aguas residuales”. Municipalidad de Puerto Barrios. s.e.

Enero 1999.

Crites Y Tchobanoglous, Aguas residuales para núcleos pequeños y

descentralizados, Colombia. Editorial McGraw Hill Interamericana, mayo

2000.


124

ANEXOS


125

Figura 36. Vista de la fosa sépticas intradomiciliares

Figura 37. Vista del biofiltro que evita el arrastre de sólidos en la tubería de recolección


126

Figura 38. Estación de bombeo y caseta de controles

Figura 39. Filtro de grava con recirculación


127

Figura 40. Vista de la ubicación de las válvulas de compuerta para limpieza de las líneas de distribución del filtro.

Figura 41. Detalles de las tapaderas de distribución del agua residual


128

Figura 42. Planta de tratamiento sector uno que se ubica a un lado de la escuela

Figura 43. Planta de tratamiento de sector dos


129

Figura 44. Cuerpo receptor río El Cangrejal, que contribuye a la bahía de

Amatique

Figura 45. Entidades participantes en el proyecto piloto


130


131


SUSTENTANTE


ASESOR y EXAMINADOR

MSC. ING. JORAM MATIAS GIL LAROJ

EXAMINADOR

MSC. ING. GUILLERMO GARCIA OVALLE

EXAMINADOR


132

Guatemala, julio 2003

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