Consideraciones para la Elaboración del Proyecto UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO (UTESA) Consideraciones para la Elaboración del Proyecto

CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD – OPS/OMS CENTRO PANAMERICANO DE INGENIERÍA SANITARIA Y CIENCIAS DEL AMBIENTE - CEPIS CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

Recurso hídrico Aguas Residuales AGRO CIUDAD

Cobertura de Saneamiento en América Latina en 1998 Disposición de excretas 27% Redes de alcantarillado 63% (600 m3/s) 86% sin tratar (516 m3/s) Agua residual tratada 14% (Con tratamiento aceptable 6%) Ríos y mares OPS, 2001 CEPIS/OPS

SRM

SRM

COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS Orgánicos (70%) Inorgánicos (30%) Proteinas (65%) Lípidos (10%) Carbohidratos (25%) Detritos Minerales Pesados Metales Sales Agua Residual Doméstica Agua (99,9%) Sólidos (0,1%) COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS Fuente: Tebbutt (1977)

Indicadores de materia orgánica LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Indicadores de materia orgánica DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno): Representa la cantidade de oxígeno requerida para la estabilización de la materia orgánica carbonacea, por medio de proceso biológico. DBO520  5 días a 20C Período de 20 días: 95 – 99% de oxidación Período de 5 días: 60 – 70% de oxidación

LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Ventajas de la DBO: Indicación aproximada de la fracción biodegradable del desecho Determinación aproximada de la cantidad de oxígeno necessaria para la estabilización de la materia orgánica Desventajas de la DBO : Bajos valores de DBO pueden ser falsamente obtenidos cuando los microrganismos no están adaptados Los microrganismos pueden ser inibidos por sustancias tóxicas Prueba lenta, complicando el control operacional de una planta de tratamiento de aguas residuales

LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa DQO (Demanda Química de Oxígeno): Mide el consumo de oxígeno ocurrido durante la oxidación química de la materia orgánica Ventajas de la DQO: Prueba rápida Indica el oxígeno necesario para la estabilización de la materia orgánica Desventajas de la DQO : Oxidación de la fracción biodegradable e inerte Ciertos constituyentes inorgánicos pueden ser oxidados e interferir en el resultado

pH LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Indicador de las características ácidas o básicas de las aguas residuales: pH neutro = 7 Importante para la concepción de los procesos biológicos y procesos físico-químicos Afecta el metabolismo de los microrganismos y, consecuentemente, la velocidad de degradación de la materia orgánica

Alcalinidad: Capacidad buffer del medio LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Alcalinidad: Capacidad buffer del medio Importante para el autocontrol del pH del agua residual En aguas residuales: generalmente relacionada en términos de alcalinidad a bicarbonato

Nitrógeno: LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Formas: N molecular (N2) N orgánico: N en la forma de proteínas, aminoácidos y urea N amoniacal (NH3 libre; NH4+ ionizado): 1ª fase de decomposición del N orgánico Nitrito (NO2-): fase intermedia de la oxidación del N amoniacal. Agua residual cruda: practicamente ausente Nitrato (NO3-): producto final de la oxidación del N amoniacal. Agua residual cruda: practicamente ausente

Nitrógeno LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Importancia del nitrógeno en el tratamiento de las aguas residuales: Nutriente esencial para el crecimiento de los microorganismos Contaminación de las aguas: N amoniacal: tóxico a peces Conversión de N amoniacal a nitrito y nitrato: consumo de OD del cuerpo receptor Exceso de N: eutrofización del cuerpo receptor (crecimiento excesivo de algas)

Nitrógeno : LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK) = N orgánico + N amoniacal Nitrógeno Total = NTK + NO2- + NO3- Formas de amonio: pH < 8,0  NH4+ pH = 9,5  50% NH3, 50% NH4+ pH > 11,0  NH3

Fósforo: LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Formas en el medio acuático: Ortofosfatos: Directamente disponibles para el metabolismo biológico (PO4-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4 - depende del pH) Polifosfatos: Moléculas mas complejas con 2 o mas átomos de P  se transforman en ortofostatos por hidrólise (lenta). Fósforo orgánico (proteínas): convertido a ortofosfatos

Fósforo LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Importancia del fósforo en el tratamiento de las aguas residuales: Nutriente esencial para el crecimiento de los microorganismos Consecuencia del exceso de P: Eutrofización del cuerpo receptor (crecimiento excesivo de algas)

LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Sulfatos: En ambiente anaerobio, generan sulfuros que son responsables por corrosión y emisión de olor desagradable Cloruros: Importancia: aumenta la salinidad  problemas com reúso Aceites y grasas: Inibe el tratamiento biológico

LO QUE TRATAR? Caracterización Cualitativa Principales microorganismos presentes en las aguas residuales: Virus Bacterias Hongos Protozoarios Helmintos

DEFINICIONES (3) NITRIFICACION es el proceso biológico por el cual el amonio es convertido primero a nitrito y luego a nitrato DESNITRIFICACION es el proceso biológico por el cual el nitrato es convertido a nitrógeno y otros productos finales gaseosos DESNITRIFICACION ANOXICA es el proceso por el cual el nitrato de nitrógeno es convertido biológicamente a gas nitrógeno en la ausencia de oxígeno. Este proceso también es conocido como desnitrificación anaerobia ANOXICA una condición en la cual el oxígeno está disponible y es utilizado en la forma de un oxianio tal como nitrato

ORGANISMOS DEL GRUPO COLIFORMES FECALES (1) Organismos patógenos son los causantes de enfermedad, encontrados en las aguas residuales que se originan de seres humanos infectados con enfermedades o que son portadores de una enfermedad en particular o cólera, por ejemplo Es casi imposible su identificación en las aguas residuales, además de gastar mucho tiempo Así, las bacterias del grupo coliformes fecales (CF) son los organismos del tracto intestinal del hombre catalogados como indicador de contaminación Su presencia indica que puede existir patógenos en las aguas residuales

ORGANISMOS DEL GRUPO COLIFORMES FECALES (2) Las bacterias del grupo coliforme incluyen los géneros: escherichia coli y aerobacter Hay una cierta dificultad para diferenciar si las bacterias escherichia coli si originan de los desechos humanos o del suelo En caso de duda estimase la razón coliformes fecales (CF) contra estreptococos fecales (SF) La cantidad de coliformes fecales (CF) estimada en las aguas residuales domésticas crudas varia de 107 a 108 CF/100 ml (Brasil)

ESTIMACIÓN DE APORTACIÓN PER CAPITA DE MICROORGANISMOS INDICADORES DE CONTAMINACIÓN FECAL POR ALGUNOS ANIMALES Animal Indicador Promedio Densidad/Gramo Heces Aportación Promedio per capita / 24 h Razón CF/SF CF (106) SF (106) Gallina Vaca Pato Hombre Cerdo Carnero Pavo 1,3 0,23 33,0 13,0 3,3 16,0 0,29 3,4 54,0 3,0 84,0 38,0 2.8 240 5.400 11.000 2.000 8.900 18.000 130 620 31.000 450 230.000 43.000 1.300 0,4 0,2 0,6 4,4 0,04 0,1 Mara, D.D. (1974) “Bacteriology for Sanitary Engineers”, Churchill Livingstone, Edinborough, Scotland, GB

CONSUMO PER CAPITA hábitos higiénicos y culturales de la población cantidad de micro-medición del sistema de suministro de agua instalaciones y equipos hidráulico-sanitarios de los inmuebles control ejercido sobre el consumo valor de la tarifa y existencia o no de subsidios sociales o políticos abundancia o escasez de manantiales;

CONSUMO PER CAPITA intermitencia o regularidad del abastecimiento de agua temperatura media de la región renta familiar disponibilidad de equipos domésticos que utilizan agua en cantidad apreciable índices de industrialización intensidad y tipo de actividad comercial

CONSUMO PER CAPITA El consumo per capita mínimo adoptado para el abastecimiento de agua de pequeñas poblaciones es de 80 l/hab.día, pudiendo alcanzar un máximo de 150 l/hab.día. Para ciudades con población superior a 100.000 habitantes, el valor mínimo usualmente adoptado es de 150 l/hab.día, Mendonça (1977). CORAASAN Utiliza 300 Lit/hab.día

CUANTO HAY PARA TRATAR? Variación horaria típica del caudal de las aguas residuales domésticas (Campos, 1994)

Diámetro y Pendiente Adecuados.

Deberá seleccionarse el diámetro de las tuberías de manera que su capacidad sea tal que a gasto máximo extraordinario, el agua escurra sin presión a tubo lleno y con un tirante para gasto mínimo que permita arrastrar las partículas sólidas en suspensión. debiendo como mínimo alcanzar ese tirante el valor de un centímetro en casos excepcionales y en casos normales el de 1.5 cm.

Fórmulas

Se empleará la fórmula de Manning para calcular la velocidad del agua en las tuberías cuando trabajen llenas, utilizando además las relaciones hidráulicas Y geométricas de esos conductos, al operar parcialmente llenos. La expresión algebraica de la fórmula de Manning es: 1 Rh⅔ S½ N V=

V = Velocidad Media de escurrimiento, en m/seg. N = Coeficiente de rugosidad. Rh = Radio hidráulico (m). S = Pendiente geométrica o hidráulica del conducto expresada en la forma decimal. El valor de "N" que debe emplearse en la fórmula anterior es de 0.013 para tubos de concreto prefabricados y de 0.009, cuando el tubo sea PVC o GRP.

Pendientes

Las pendientes de las tuberías deben ser tan semejantes como sea posible a las del terreno con objeto de tener excavaciones mínimas; pero tomando siempre en cuenta lo siguiente:

Pendiente mínima Para Alcantarillado Sanitario, se acepta como pendiente mínima aquélla que produce una velocidad de 60 cm/seg a tubo lleno. En el caso de alcantarillado pluvial, la pendiente mínima es aquélla que produce una velocidad de 75 cm/seg.

Pendiente máxima Se acepta como pendiente máxima aquélla que produce velocidades funcionando a tubo lleno el conducto que se indican en el cuadro que se anexa.

El objeto de establecer límites para la pendiente es evitar, hasta donde sea posible, la construcción de estructuras de caída que además de encarecer notablemente las obras, propician la producción del gas hidrógeno sulfurado, H2S que destruye el concreto de los ductos y aumenta los malos olores de las aguas residuales.

Diámetro Mínimo y Máximo Permitidos

Los diámetros mínimo y máximo permitidos en un Alcantarillado Sanitario los fijan las consideraciones que se hacen en los renglones siguientes:

Diámetro Mínimo La experiencia en la conservación y operación de estos sistemas a través de los años, ha demostrado universalmente que el diámetro mínimo que deben tener las tuberías. para evitar las frecuentes obstrucciones, es el de 20 (Veinte) cm., 200 mm.

Diámetro Máximo El diámetro máximo de las tuberías por emplear, está prácticamente regido por los dos aspectos Siguientes: 1. Capacidad necesaria del conducto. 2.Características topográficas del tramo en que pretenda instalarse la tubería.

Los tirantes mínimos que se permite tenga el agua en los conductos o tuberías al transportar los gastos mínimos. tomando en cuenta que deben escurrir con velocidades efectivas mayores o cuando menos iguales a 30 cm/seg. nunca serán menores de los indicados a continuación:

En el caso de pendientes mínimas. El tirante mínimo debe ser siempre mayor o cuando menos igual. a 1.50 (uno y medio) Centímetros. En el caso de Pendientes Máximas. El Tirante Mínimo debe ser siempre mayor o cuando menos igual a 1.00 (un) Centímetro.

PENDIENTES MAXIMAS Y MINIMAS REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO DE HORMIGON SIMPLE DIAMETRO PENDIENTES CALCULADAS A TUBO LLENO PENDIENTES NOMINAL V= 3.00 M/SEG V= 0.30 M/SEG RECOMENDADAS   MAXIMA MINIMA en milesimas PENDIENTE GASTO ( CMS ) ( PULG ) milesimas litros / seg 20 8 82.57 94.24 3.30 18.85 83.00 4.00 25 10 61.32 147.26 2.45 29.45 61.00 2.50 30 12 48.09 212.06 1.92 42.41 48.00 2.00 38 15 35.09 340.23 1.40 68.05 25.00 1.50 45 18 28.01 477.13 1.12 95.43 28.00 1.20 58 21 23.00 1.00 61 24 18.67 876.74 0.75 175.35 19.00 0.80 76 13.92 1,360.93 0.56 272.19 14.00 0.60 91 36 10.95 1,951.16 0.44 390.23 11.00 0.50 107 42 8.82 2,697.61 0.35 539.52 9.00 0.40 122 48 7.41 3,506.96 0.30 701.39 7.50 152 60 5.53 5,443.75 0.22 1,088.75 5.50 183 72 4.31 7,890.66 0.17 1,578.13 4.50 0.20 213 84 3.52 10,689.82 0.14 2,137.96 3.50 244 96 2.94 14,027.84 0.12 2,805.57 3.00

DIMENSIONES PARA EXCAVACIONES DE COLOCACION DE TUBERIAS DIAMETRO NOMINAL ANCHO PROFUNDIDAD VOLUMEN (MTS) (PULG) POR MT. LINEAL.   (M^3) 0.025 1" 0.50 0.70 0.35 0.051 2" 0.55 0.39 0.064 2.5" 0.60 1.00 0.076 3" 0.101 4" 0.152 6" 1.10 0.77 0.203 8" 0.80 1.15 0.86 0.254 10" 1.20 0.96 0.305 12" 0.85 1.25 1.04 0.356 14" 0.90 1.30 1.17 0.404 16" 1.40 0.457 18" 1.67 0.508 20" 1.50 1.80 0.610 24" 1.65 2.15 0.762 30" 1.85 2.78 0.914 36" 1.70 2.20 3.74

DIMENSIONES PARA EXCAVACIONES DE COLOCACION DE TUBERIAS DIAMETRO NOMINAL ANCHO PROFUNDIDAD VOLUMEN (MTS) (PULG) POR MT. LINEAL.   (M^3) 0.025 1" 0.50 0.70 0.35 0.051 2" 0.55 0.39 0.064 2.5" 0.60 1.00 0.076 3" 0.101 4" 0.152 6" 1.10 0.77 0.203 8" 0.80 1.15 0.86 0.254 10" 1.20 0.96 0.305 12" 0.85 1.25 1.04 0.356 14" 0.90 1.30 1.17 0.404 16" 1.40 0.457 18" 1.67 0.508 20" 1.50 1.80 0.610 24" 1.65 2.15 0.762 30" 1.85 2.78 0.914 36" 1.70 2.20 3.74

Para sistemas de alcantarillado pluvial, el diámetro mínimo debe ser de 15”. Las consideraciones para el diámetro máximo son las mismas que para un alcantarillado sanitario.

Profundidades de Instalación de los Conductos.

Las profundidades a las cuales se instalen las tuberías deben estar comprendidas dentro del ámbito de la mínima y la máxima indicadas en lo que sigue. La profundidad mínima debe satisfacer dos condiciones:

1. El colchón mínimo necesario para evitar rupturas del conducto ocasionadas por cargas vivas, para tuberías con diámetros hasta de 45 cm., se acepta de 90 cm. y para diámetros mayores, de 1.0 a 1.50 m.

2. Que permita la correcta conexión de las descargas domiciliarias al alcantarillado municipal aceptando que ese albañal exterior, tendrá como mínimo una pendiente geométrica de 1 % y que el registro interior más próximo al paramento del predio, tenga una profundidad mínima de 60 cm.

La profundidad máxima de instalación de los conductos es función de la topografía del lugar, puesto que los sistemas deben proyectarse, en lo posible para que el escurrimiento de las aguas residuales se efectúe por gravedad; para determinarla, además se deberán tomar en consideración los dos criterios siguientes:

A . Tipo, características y resistencia de las tuberías, clase del terreno en que se instalen y clase de cama que les servirá de apoyo.

B. Evitar que se presenten dificultades originadas por la cohesión del terreno en el cual se aloje el conducto y que éstas hagan necesaria, para economía en el costo de las excavaciones, la instalación de atarjeas laterales que descarguen al pozo de visita más cercano las aportaciones de las descargas domiciliarias.

La determinación de la profundidad máxima de instalación debe hacerse mediante un estudio económico comparativo entre el costo de instalación del conducto principal con sus albañales correspondientes, y el de atarjea o atarjeas laterales, incluyendo los albañales respectivos.

No obstante, la experiencia ha demostrado que hasta 4. 00 m No obstante, la experiencia ha demostrado que hasta 4.00 m. de profundidad el conducto principal puede recibir directamente los albañales de las descargas y que a profundidades mayores. (en aquellos casos en que técnicamente sea indispensable una mayor profundidad) resulta mas económico el empleo de atarjeas laterales.

Anchos de las Zanjas en que se Instalarán .' ' Anchos de las Zanjas en que se Instalarán los Conductos.

Las tuberías se pueden instalar sobre la superficie, enterradas o con una combinación de ambas, dependiendo de la topografía, clase de tubería y tipo de terreno. Para obtener una máxima protección de las tuberías, deben instalarse en "Condición de Zanja", Los anchos mínimos de zanjas necesarios para la instalación de las tuberías se indican en la tabla siguiente:

Conexiones.

Las Conexiones entre dos tuberías con excepción de las descargas domiciliarias, se harán empleando Pozos de Visita o registros. Según el diámetro de las tuberías, los registros pueden ser:

Comunes. Si los diámetros por conectar varían ente 20 y 61 cm. Especiales. Cuando los diámetros estén comprendidos entre 76 y 122 cm.

Si los diámetros son mayores de 122 cm Si los diámetros son mayores de 122 cm. la conexión se hará utilizando un Pozo Caja de Visita. Todos los casos anteriores se indicarán en el plano del Proyecto de Alcantarillado. Las elevaciones de las conexiones de los conductos se harán de preferencia desde el punto de vista Hidráulico, instalando al mismo nivel las "claves" de los conductos por unir en la estructura correspondiente.

Los registros o pozos de visita deben instalarse en: Todo comienzo de laterales, líneas de redes secundarias y colectores. Toda intersección de tuberías. Todo cambio de pendiente. Todo cambio de diámetro. Todo cambio de dirección. Toda caída en la plantilla de las tuberías. Las deflexiones necesarias para los diferentes tramos de tubería deben hacerse por medio de un pozo de visita como se indica a continuación.

Si el diámetro es de 61 cm. o menor, los cambios de dirección hasta de 90° de la tubería, podrán hacerse en un solo pozo de visita. Si el diámetro es mayor de 61 cm., un pozo o pozo caja de visita puede emplearse para cambiar la dirección de la tubería hasta 45°; si se requiere dar deflexiones más grandes, se emplearán tantos Pozos o Pozos caja como ángulos de 45° o fracción sean necesarios. En las curvas suaves, la separación de los registros no será mayor de 30 Metros.

En los casos que se disponga de un desnivel topográfico pequeño y atendiendo a características especiales del proyecto se pueden efectuar las conexiones de las tuberías haciendo coincidir los ejes o las plantillas de los tramos de diámetro diferentes; es decir, Eje con Eje o Plantilla con Plantilla. Se recomienda que este tipo de conexiones se utilicen únicamente cuando sea indispensable y con las limitaciones que para los diámetros más usuales se indican en la tabla siguiente.

Separación entre Registros o Pozos de Visita.

Se recomienda una separación entre registros de 125 metros para tuberías cuyos diámetros oscilan entre 20 y 60 cms. Una separación de 150 metros para diámetros desde 76 a 122cms; y de 150 metros para diámetros comprendidos entre 152 y 244 cms.

Conexiones Domiciliarias

El diámetro mínimo para interconexiones domiciliarias es de 6”. La conexión de un albañal domiciliario con una atarjea, subcolector o colector, se ejecutará instalando un codo de 45° y un "Slant“. Tanto el codo como el "Slant" serán del mismo material que las tuberías por conectar y de diámetro igual al albañal. El diámetro mínimo para interconexiones domiciliarias es de 6”.

Canales Si por alguna razón se requiere conducir las aguas pluviales mediante canales a cielo abierto, deben localizarse siguiendo las curvas de nivel que permitan una adecuada pendiente a fin de que la velocidad del agua no produzca erosión o azolve.

Pozos filtrantes para alcantarillado pluvial Cuando no existe alcantarillado pluvial, ni cuerpos de agua superficial para descargas, las aguas pluviales pueden ser depositados en el subsuelo a través de filtrantes. Debe hacerse un estudio de percolación para asegura que serán capaces de manejar el caudal de proyecto. En ningún caso la capacidad individual del filtrante debe superar los 350 lps. El diámetro mínimo de los filtrantes es de 14”, encamisado en 12”.

FOTOS DE ALCANTARILLADO SANITARIO