Diseño del sistema de alcantarillado sanitario y planta de tratamiento de aguas residuales (página 2)

Cuadro 9. Letrinificación por Comunidades

Fuente: Alcaldía de Cárdenas 2009

• Educación[17]

• Infraestructura Existente

El Municipio de Cárdenas cuenta con 14 centros educativos, uno ubicado en el área urbana (Fidel González) y 13 se localizan en el área rural del Municipio. La delegación municipal MINED, tiene clasificado al sistema educativo en 3 programas: preescolar, primaria y secundaria y 3 modalidades: Preescolar Formal y no Formal (comunitario), Primaria regular/multigrado y Secundaria Diurna. Los centros educativos están conformados por: 2 centros de secundaria, 7 de primaria con modalidad regular, un centro con preescolar formal, el resto de los centros imparten la modalidad de primaria multigrado combinado con preescolar comunitario. El sector educación cuenta con una población estudiantil al 2009 de 1,504 estudiantes, distribuidos: 280 alumnos en secundaria, 1,198 alumnos en primaria regular/multigrado y 26 alumnos en preescolar formal.

También existe la secundaria a distancia en las comunidades de Colon con 45 alumnos y Rio Mena con 110 alumnos en modalidad sabatina de niños y niñas mayores de diecisiete años. La modalidad de preescolar comunitario está conformado por 174 niños, atendidos por 11 educadoras que reciben ayuda económica por el MINED.

• Recursos Humanos

La población estudiantil es atendida por 63 maestros: 13 en la educación secundaria, 49 en la educación primaria regular/multigrado y uno en la educación preescolar formal.

• Dotación de Equipamiento

Existe un total de 57 aulas físicas distribuidos: 10 en la educación secundaria, 46 en la educación primaria regular/multigrado y uno en la educación preescolar formal. La Delegación Municipal MINED que atiende a los municipios de Cárdenas y San Juan del Sur.

• Salud

• Servicios Prestados

Entre los servicios brindados por el centro de salud Luis Arroyo se encuentran los siguientes:

Cuadro 10. Servicios Médicos en el Centro de Salud de Cárdenas 2012

Fuente: Centro de Salud Cárdenas, 2012

• Ubicación Urbana y Rural de los Centros de Salud y Hospitales

El Municipio de Cárdenas cuenta con un centro de salud con atención las 24 horas, llamado Luis Arroyo, se encuentra en buen estado físico, ubicado contiguo a la Policía Nacional, en el área urbana.

• Descripción de la Infraestructura Existente

El Centro de Salud Luis Arroyo tiene aproximadamente 7 años de construcción, Además del centro de salud, la red de servicio está conformada por los siguientes centros: 3 puestos de salud en la zona rural, los cuales son atendidos por médicos; localizados en las comunidades de Sapoá, Colón, ambos se encuentran en buen estado físico y otro localizado en los Ángeles, el cual funciona en una casa base.

• Recursos Humanos Disponibles

Cuadro 11. Recursos Humanos Disponibles en las Unidades de Salud

Fuente: Programa de Emergencia Sanitario Local Cárdenas, Febrero de 2012

• Vivienda

Los habitantes de Cárdenas cuentan con 2198 viviendas, alcanzando un promedio de 5.7 personas por vivienda y 2.97 personas por habitación. Las características de sus viviendas; sus pisos: el 89% son de tierra y un 11% de ladrillo; techos: el 72% son de zinc, el 23% de paja y otro, y otro 5% de teja. Paredes: el 67% de las paredes son de madera, el 5% de caña de adobe y otros, el 28% son de ladrillo cemento[18]

• Distribución de viviendas en el casco urbano

Cuadro 12. Cantidad de Viviendas por Barrio en el Casco Urbano del Municipio

Fuente: Elaboración Propia, Encuesta Mayo de 2012

• Servicios Municipales

• Recolección y Disposición de Desechos Solidos

La municipalidad brinda el servicio de recolección, transporte y disposición final de residuos sólidos. Existe un total de 205 usuarios del servicio, 120 casas de Cárdenas (100 casas y 20 negocios), 35 casas de Sapoá y 50 negocios en Peñas Blancas. Se cobra por el servicio de recolección de basura en el municipio por categoría. Casas pagan veinte córdobas mensual, Bares pagan cien córdobas mensual, comedores y pulperías pagan treinta córdobas mensual, tiendas pagan seiscientos cincuenta córdobas mensual y cuando derraman arboles pagan treinta córdobas mensual. Se realiza barrido de calles en toda el área urbana de Cárdenas, en la comunidad de Tirurí, se barre una calle, una calle en Las Mercedes, en la comunidad de Sapoá se barren todas las calles, de igual manera en la comunidad de Peñas Blancas. Esta actividad la realizan un total de 17 operarios con 10 carretillas de mano, escobas y rastrillos.

Ilustración 3. Servicio de Recolección y Vertedero Municipal de Desechos Sólidos

Fuente: Ficha Municipal, Alcaldía de Cárdenas 2012

• Mercado

En el municipio de Cárdenas, existía una instalación para mercado con 9 tramos de 24 m2 cada uno y espacio para oficina, está ubicado en el Barrio Gaspar García Laviana, pero este fue demolido posteriormente para la construcción de una casa materna equipada. La población se abastece en el mercado de la cabecera departamental de Rivas. El mercado no funcionó porque la población lo considera muy alejado del centro de la ciudad y algunos comerciantes se establecieron en las instalaciones del centro de salud viejo.

• Rastro

Cárdenas carece de un rastro municipal con autorización del MINSA, funcionan destaces en casas particulares: dos en Cárdenas, dos en Sapoá (una de cerdo/res y uno de res), dos en Las Mercedes (una de cerdo y una de res), en El Triunfo hay dos personas que destazan cerdo/res, en sota caballo solo destazan res, en san Jerónimo hay un destazador de cerdo/res y en el asentamiento de Sapoa una persona realiza las dos actividades. El destace de reses se hace con una frecuencia de dos reses semanales.

• Cementerio

Cárdenas cuenta con 5 cementerios administrados por la municipalidad, uno de carácter urbano se encuentra en buen estado físico y tiene 75 años de funcionar, en la Comunidad de Sapoa se encuentran 2 cementerios ambos están en buen estado. Dos se localizan en Sapoá, uno en el casco urbano, uno en zapotillo y uno en Colón.

El cementerio de Cárdenas se localiza en el Barrio Liberación. Tiene cerca de malla ciclón y el frente con su fachada de piedra, remodelada en el año 2007, no cuenta con agua potable, tiene luminarias públicas, con regular arborización. Se le da mantenimiento, limpieza, chapeo de maleza y pintura general. No se cobra por el servicio de Terraje.

Ilustración 4. Cementerio Municipal de Cárdenas

Fuente: Ficha Municipal – Alcaldía Municipal de Cárdenas

• Parque

A nivel municipal se cuenta con 4 parques, uno localizado en el área urbana de nombre "Héroes y Mártires de Cárdenas", tiene un kiosco, juegos infantiles, bancas de concreto, energía eléctrica (faroles y luminaria), andenes perimetrales, poca vegetación. Otro parque localizado en Sapoá llamado "Parque Eddy Martínez Ruiz" cuenta con fuente decorativa dañada, juegos infantiles, bancas de concreto, energía eléctrica, andenes perimetrales, poca vegetación, se les da mantenimiento, limpieza permanente (chapeo maleza, desrame de árboles, etc.), pintura anualmente. Existe otro parque localizado en la comunidad La Calera de la comarca de Sota Caballo llamado "Héroes y Mártires Caídos en la Construcción del Socialismo" cuenta con ocho bancas de concreto, energía eléctrica, andenes de concreto en todo el perímetro y poca vegetación. En el asentamiento se localiza otro parquecito con un kiosco pequeño al centro del parque, una cancha multiusos, bancas de concreto, energía eléctrica, andenes perimetrales, poco arborizado.

La Municipalidad tiene asignada una cuadrilla permanente de trabajadores para limpieza, cuido y mantenimiento de estas instalaciones.

Ilustración 5. Parque Municipal de Cárdenas

Fuente: Ficha Municipal – Alcaldía Municipal Cárdenas

• Transporte Intra-Municipal

En Cárdenas se identifican 2 sistemas de transporte, terrestre y acuático. Se movilizan a través de la red de caminos, vías y carreteras existentes en todo el municipio, así también, vía acuática por el Lago de Nicaragua hacia la comunidad de Colón en pangas rústicas de madera. Carece de una terminal de transporte terrestre en el área urbana obligando a las unidades a ubicarse en el parque municipal.

• Transporte Terrestre

• Intramunicipal

Hay tres unidades de transporte que no están asociadas y trabajan por cuenta propia, viajan del casco urbano hacia la comunidad de Orosí pasando por las comunidades de Tirurí, Rio Mena, El Triunfo y El Tablón, estas salen a las 5:30 A.M. 6:30 A.M. y 2:00 P.M. De la comunidad del Tablón hacia el casco urbano de Cárdenas y de Cárdenas hacia Orosí en horarios de 12:00 P.M. 2:30 P.M. y 4:30 P.M. De estas tres unidades una está en buen estado y las otras dos en mal estado.

• Intermunicipal

En este trabajan seis unidades de buses que viajan de Cárdenas hacia Rivas y viceversa pasando por la frontera (Peñas Blancas) con horarios de salida de Cárdenas a Rivas a las 5.30 A.M. 6:45 A.M. 7:30 A.M. 8:30 A.M. 9:30 A.M. 10:30 A.M. 12:00 M. 1:30 A.M. 2:00 P.M. 2:45 P.M. y 5:00 P.M. y de Rivas a Cárdenas en las horas de 5:30 A.M. 6.10 A.M. 7:20 A.M. 8:30 A.M. 9:30 A.M. 10:30 A.M. 11:15 A.M. 12:30 P.M. 1:00 P.M. 2:30 P.M. y 4:30 P.M. De estas seis unidades, una está en regular estado y las otras cinco en buen estado, los transportistas están asociados a una cooperativa.

Carecen de una terminal de transporte terrestre en el área Urbana, las unidades de transporte se ubican en el parque municipal.

• Economía Municipal

• Uso de suelo[19]

• Tipos de Suelos Existentes

Cuadro 13. Serie de Suelo Existentes en el Territorio del Municipio de Cárdenas

Fuente: Suelos, Capacidad de Uso de la Tierra y Conflictos de Uso en el Municipio de Cárdenas, Ph.D. Efraín Acuña, M.C. César Aguirre, AMUR-Unión Europea-Alcaldía de Cárdenas, Diciembre 2008 y Julio 2009.

• Uso Potencial del Suelo

Un poco más de la mitad de la parte sureste del municipio de Cárdenas (53.53 % del territorio) tiene vocación agrícola, pero con moderadas restricciones tales como textura arcillosa, drenaje imperfecto, desequilibrio de nutrientes, entre otras; mientras que un 30.3 % del área tiene vocación forestal. Por otro lado, el 16.3 % del área debería ser destinado a la protección de la vida silvestre.

• Uso Actual del Suelo

Las clases de capacidad de usos de la tierra indican la vocación de uso para un territorio, sin embargo; el uso que se le podría estar dando en la realidad puede ser diferente. Esta contradicción entre el uso actual y el ideal se conoce como conflictos de uso de la tierra. Tal como se muestra en el cuadro 14, en la región sureste del municipio de Cárdenas pueden diferenciarse 5 categorías de conflictos:

Cuadro 14. Uso Actual del Suelo en el Municipio

Fuente: Suelos, Capacidad de Uso de la Tierra y Conflictos de Uso en el Municipio Cárdenas, Ph.D. Efraín Acuña, M.C. César Aguirre, AMUR-Unión Europea-Alcaldía de Cárdenas, Diciembre 2008 y Julio 2009.

Se localizan en la parte sureste del municipio en la cordillera fronteriza con Costa Rica, formada de toba dacita – Ignimbrita, Basalto, Cenizas y Piroclastos indiferenciados. A este ecosistemas pertenecen los suelos misceláneos Tierras Escarpadas (Q), Misceláneos Varios (MV) y la serie Zapotillo (ZPT); en su mayor parte son superficiales a moderadamente profundos y en el caso de las tierras escarpadas algunas áreas tienen piedras en la superficie y en el perfil.

• Problemática del Suelo

• Erosión

Favorecida por la agresividad de las lluvias, relieve inclinado, susceptibilidad del suelo a la erosión, en gran medida relacionada con su origen de cenizas volcánicas y la inestabilidad con su ambiente, deforestación y uso inadecuado del suelo, lo cual trae como consecuencia compactación, sellamiento superficial, arrastre del suelo y con él de los nutrientes y la materia orgánica, la sedimentación de ríos y del Lago de Nicaragua.

• Pérdida de materia orgánica

Causada por la erosión de la capa superficial y las quemas, lo que repercute en la capacidad de infiltración del agua, la reducción de la vida en el suelo y una estructura débil que los vuelve vulnerables a la erosión.

• Baja disponibilidad de nutrientes N (Nitrógeno), P (Fósforo) y K (Potasio).

Favorecida por la erosión, lavado por exceso de lluvia, que repercute en una disminución de la calidad y cantidad de las cosechas.

• Baja capacidad de infiltración

Relacionada con una pobre estructuración del suelo, textura arcillosa, disminución de la cobertura vegetal, que incide en una alteración del ciclo hidrológico.

• Pedregosidad

Principalmente en algunas áreas de Tierras Escarpadas (TX).

• Sector Pecuario

En la actividad pecuaria se registran 242 productores dedicados a la crianza de ganado bovino (6,788 cabezas), 271 productores de cerdo (1,075 cabezas). Se reportan 381 productores de aves de corral (11,645 aves), de las que el 93.85% corresponden a pollos de engorde, gallinas de postura, gallinas de reproducción de granja y gallos, el resto están distribuidos en chompipes y otras aves de corral, todos desarrollados a nivel de crianza familiar.

Cuadro 15. Producción Pecuaria y Avícola en el Municipio de Cárdenas

Fuente: Censo CENAGRO, 2000 – 2001

Marco teórico

• Generalidades

Para el diseño de un Sistema de Alcantarillado Sanitario en Nicaragua se deben tomar en cuenta las "Normas Técnicas para el Diseño y Construcción de Alcantarillado Sanitario" publicado por la dirección de alcantarillado sanitario de Managua del Instituto Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA), para el Sistema Convencional.

• Marco Legal e Institucional

• CONAPAS

Es el ente rector, denominado la Comisión de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario. El Decreto 51-98 de CONAPAS define a este ente como responsable de formular los objetivos y políticas de agua potable y saneamiento, así como preparar, revisar y evaluar periódicamente el plan estratégico del sector de agua potable y saneamiento.

• INAA

El ente regulador, denominado el Instituto Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados. La Ley 275 de Reforma a la Ley Orgánica del INAA, establece que "El Instituto tendrá a su cargo la regulación, fiscalización y normacion del sector de agua potable y alcantarillado sanitario"

• ENACAL

Prestador del servicio urbano, denominado Empresa Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados. La Ley 276 de creación de ENACAL establece entre sus funciones "Construir las obras que se requieran para brindar los servicios de agua potable y alcantarillado sanitario y resolver los problemas de abastecimiento y saneamiento de las aguas en las comunidades rurales del país, de conformidad a las demás leyes existentes" y "Operar los sistemas públicos de agua potable y/o alcantarillado sanitario no concesionados a otra empresa por el ente regulador".

• FISE

Denominado Fondo de Inversión Social de Emergencia en la promoción y ejecución de sistemas rurales, el Decreto 59-90 de creación del FISE, faculta a promover, financiar y supervisar programas y proyectos que desarrollen el capital humano, social y de infraestructura física de las comunidades pobres del país.

• MARENA

El Ministerio de Medio Ambiente regula la descarga de los efluentes residuales de tratamientos en cuerpos receptores de agua. El Decreto 33-95 del MARENA regula la descarga de plantas de tratamiento o industrias.

• CEPIS

El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) es la Unidad de Saneamiento Básico del Área de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental (SDE) de la Organización Panamericana de la Salud (OPS), Oficina Regional para las Américas de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Fue creado en 1968 y desde entonces funciona en Lima, Perú. El Gobierno Peruano le facilitó las instalaciones y cubre parte de los gastos operativos. Forma parte de la División de Salud y Ambiente de la OPS y desarrolla sus actividades con el apoyo de las Oficinas de Representación de la OPS/OMS en los países.

• Alcaldías Municipales y Comités de Agua

La Ley 40 de Municipios establece: "El gobierno municipal tendrá, entre otras, las competencias siguientes: construir, dar mantenimiento y administrar los acueductos municipales y las redes de abastecimiento domiciliar", así como "construir, dar mantenimiento y administrar la red de alcantarillado sanitario, así como el sistema de depósito y tratamiento de las aguas negras". Los comités de agua carecen de personería jurídica.

• Periodo de Diseño

Para el diseño de un sistema de alcantarillado sanitario es preciso fijar la vida útil de los componentes del sistema, atendiendo las necesidades futuras de la localidad y considerando que partes se construirán de forma inmediata, a su vez determinando cuáles serán las perspectivas que deberán tomarse en cuenta para incorporar construcciones nuevas al sistema. Para lograr esto de forma económica se deberán fijar los periodos de diseño para cada componente del sistema, normado por el INAA.

• Determinación de la Población Futura[20]

La determinación de la cantidad de aguas residuales a eliminar de una comunidad es fundamental para el proyecto de instalaciones de recolección, bombeo, tratamiento y evacuación y futuras extensiones del servicio. Por consiguiente es necesario predecir la población para un número de años fijado por los periodos económicos de diseño. Para su determinación se emplean varios métodos: progresiones aritméticas, geométricas, extensiones de graficas de datos registrados, comparación grafica en otras ciudades, etc.

• Método Tasa de Crecimiento Geométrico

Este método es más aplicable a ciudades que no han alcanzado su desarrollo y que se mantienen creciendo a una tasa fija y es el de mayor uso en Nicaragua.

• Cantidades de Aguas Residuales y Fluctuaciones de Caudal[21]

El sistema de alcantarillado de aguas residuales está constituido por el conjunto de estructuras e instalaciones destinadas a recoger, evacuar, acondicionar y descargar las aguas usadas provenientes de un sistema de suministro de agua; así que los aportes de aguas que circulan por esas tuberías están casi en su totalidad constituidos por los consumos de agua para fines domésticos, comerciales e industriales etc. Sin embargo se puede observar que no toda el agua abastecida por el acueducto vuelve, en forma de agua usada a la cloaca, debido a que una parte es descargada fuera del sistema de recolección.

• Gasto Promedio

El gasto promedio de aguas residuales se deberá estimar igual al 80% de la dotación del consumo de agua. El proyectista deberá revisar las estadísticas operativas del sistema de agua potable en la localidad en estudio para determinar las dotaciones, justificando su selección.

• Gasto Máximo y Mínimo

El máximo y mínimo son los factores que regulan el cálculo de la capacidad de los conductos, ya que estos deben ser suficientes para conducir el gasto máximo y deben construirse con una pendiente tal que no halla sedimentación durante los periodos de gastos mínimos.

• Gasto de Infiltración

No se puede evitar la infiltración de aguas subterráneas principalmente freáticas a través de fisuras en los colectores, juntas mal ejecutadas y en la unión de colectores con las cámaras de inspección y en las mismas cámaras cuando permiten infiltración de agua. El coeficiente de infiltración varía según:

• La altura del nivel freático sobre el fondo del colector.

• Permeabilidad del suelo y cantidad de precipitación anual.

• Dimensiones, estado y tipo de alcantarillas y cuidado en la construcción de cámaras de inspección.

• Caudal de Diseño

El caudal de diseño para alcantarillas es el caudal máximo, para el caso de alcantarillado con un adecuado control en las conexiones domiciliarias más caudales adicionales como Caudal de infiltración más Caudales Especiales, que pueden ser, comercial, industrial, institucional u otros.

• Hidráulica de las Alcantarillas[22]

El diseño de un sistema de alcantarillado requiere conocimiento de los principios de hidráulica que se aplican al escurrimiento de los líquidos en conductos sin presión, cerrados o abiertos, es decir que las aguas residuales escurren dentro de las alcantarillas por gravedad. Sin embargo en algunos casos y dependiendo de algunas condiciones topográficas pueden utilizarse eventualmente sistemas a presión en tramos cortos.

Los principales factores que afecta al flujo de aguas residuales son:

• Pendiente del Tubo

• Área de la sección trasversal

• Condiciones del flujo (parcialmente lleno, permanente)

• Naturaleza, Peso específico y viscosidad del líquido.

• Formula y Coeficiente de Rugosidad

El cálculo hidráulico de las alcantarillas se deberá hacer en base al criterio de la tensión de arrastre y a la fórmula de Manning. Se pueden usar diferentes tipos de tuberías, las cuales se seleccionaran de acuerdo a las condiciones en que funcionara el sistema y a los costos de inversión así como de operación y mantenimiento.

• Diámetro mínimo

El diámetro mínimo de las tuberías deberá ser de 150 mm.

• Pendiente longitudinal mínima

La pendiente longitudinal mínima deberá ser aquella que produzca una velocidad de auto lavado, la cual se podrá determinar aplicando el criterio de la Tensión de Arrastre.

• Perdida de carga adicional

Para todo cambio de alineación sea horizontal o vertical se incluirá una pérdida de carga igual a entre la entrada y la salida del pozo de visita sanitario (PVS) correspondiente, no pudiendo ser en ninguno de los casos, menor de 3 cm.

• Cambio de diámetro

El diámetro de cualquier tramo de tubería deberá ser igual o mayor, que el diámetro del tramo aguas arriba, por ningún motivo podrá ser menor. En el caso que en un pozo de visita descarguen dos o más tuberías, el diámetro de la tubería de salida deberá ser igual o mayor que el de la tubería de entrada de mayor diámetro.

• Ángulos entre tuberías

En todos los pozo de visita o cajas de registro, el ángulo formado por la tubería de entrada y la tubería de salida deberá tener un valor mínimo de 90° y máximo de 270° medido en sentido del movimiento de las agujas del reloj y partiendo de la tubería de entrada.

• Cobertura sobre tuberías

En el diseño se deberá mantener una cobertura mínima sobre la corona de la tubería en toda su longitud de acuerdo con su resistencia estructural y que facilite el drenaje de las viviendas hacia las recolectoras.

Si por salvar obstáculos o por circunstancias muy especiales se hace necesario colocar tuberías a pequeñas profundidades, la tubería será encajonada en concreto simple con un espesor mínimo de 0.15 m alrededor de la pared exterior del tubo.

• Ubicación de las alcantarillas

En las vías de circulación dirigidas de este a oeste, las tuberías se deberán ubicar al norte de la línea central de la vía. En las vías de circulación dirigidas de norte a sur, las tuberías se deberán ubicar al oeste de la línea central de la vía.

Las alcantarillas deberán colocarse debajo de las tuberías de agua potable y con una separación mínima horizontal de 1.50 m.

• Pozos de Visita Sanitarios (PVS)[23]

• Ubicación

Se deberán ubicar pozos de visita (PVS) o cámaras de inspección, en todo cambio de alineación horizontal y vertical, en todo cambio de diámetro; en las intersecciones de dos o más alcantarillas, en el extremo de cada línea cuando se prevean futuras ampliaciones aguas arriba, en caso contrario se deberán instalar "Registros Terminales".

• Distancia máxima entre pozos

El espaciamiento máximo entre PVS deberá variar, de acuerdo con los métodos y equipos de mantenimiento disponibles.

• Características de las aguas residuales[24]

• Caracterización de las aguas residuales

Toda caracterización de aguas residuales implica un muestreo apropiado para asegurar la representatividad de la muestra y un análisis de laboratorio de conformidad con normas establecidas que aseguren precisión y exactitud.

• Composición de las aguas residuales

El Cuadro 16, Anexo L. Resume los valores promedio de las características de contaminantes más importantes evaluados en aguas residuales de la localidad de Rivas.

• Proceso de Pre-Tratamiento de Aguas Residuales[25]

El tratamiento preliminar es el proceso de eliminación de aquellos constituyentes de aguas residuales, que pudieran interferir con los procesos subsecuentes del tratamiento.

• Rejillas

Las rejillas de barras pueden ser de limpieza manual o mecánica. Según el tamaño de las aberturas se clasifican como rejillas gruesas o finas. La longitud de la rejilla de limpieza manual no debe exceder de lo que pueda rastrillarse fácilmente a mano. En la parte superior de la rejilla debe proveerse una placa de drenaje o placa perforada para que los objetos rastrillados puedan almacenarse temporalmente para escurrimiento. Por su importancia, la velocidad de aproximación deberá ser de 0.45 m/s a caudal promedio.

• Perdidas en las Rejillas

La pérdida de energía a través de la rejilla es función de la forma de las barras y de la altura o energía de velocidad del flujo de las barras. Estas pérdidas, en una rejilla limpia se determinaran aplicando la ecuación de Kirschmer.

• Desarenadores

La función de los Desarenadores en el tratamiento de aguas residuales es remover arena, grava, cenizas, partículas u otro material solido pesado que tenga velocidad de asentamiento o peso específico bastante mayor que el de los sólidos orgánicos putrescibles de las aguas residuales. Se deberán ubicar antes de todas las demás unidades de tratamiento, si con ello se facilita la operación de las demás etapas del proceso. Sin embargo la instalación de rejillas, antes del desarenador, también facilita la remoción de arena y la limpieza de los canales de desarenado. Se deben de proveer un mínimo de dos unidades.

• Desarenadores de Flujo Horizontal

Para aguas residuales, se diseñan para una velocidad horizontal de flujo aproximadamente igual a 30 cm/seg dicha velocidad permite el transporte de la mayor parte de partículas orgánicas del agua residual a través de la cámara y tiende a suspender de nuevo el material orgánico sedimentado, pero permite el asentamiento del material inorgánico pesado. En la práctica, para facilidad de construcción se usan Desarenadores de sección trapezoidal, aproximada a la sección de diseño parabólica. Generalmente los Desarenadores para aguas residuales se diseñan para remover todas las partículas de diámetro mayor de 0.20 mm.

• Dispositivos para medición de caudal (Medidor Parshall)[26]

El medidor Parshall está incluido entre los medidores de flujo crítico es de fácil construcción, presenta la ventaja de depender de sus propias características hidráulicas, una sola determinación de carga es suficiente, la pérdida de carga es baja, posee sistema de auto limpieza que hace que no haya obstáculos capaces de provocar formación de depósitos, por lo tanto es el más recomendable para medir caudales de aguas residuales sin tratar. Se deberá colocar a continuación del desarenador.

Puede fabricarse de PVC o fibra de vidrio, pudiendo ser montado en el sitio para aumentar su precisión. El gasto es obtenido por la ecuación siguiente:

• Procesos de Tratamiento de Aguas Residuales[27]

La selección de un proceso de tratamiento de aguas residuales, o de la combinación adecuada de ellos, depende principalmente de: las características del agua cruda, la calidad requerida del efluente, la disponibilidad del terreno y la confiabilidad del sistema de tratamiento.

La mejor opción de tratamiento se selecciona con base en el estudio individual de cada caso, de acuerdo con las eficiencias de remoción requeridas y con los costos de cada una de las posibles soluciones técnicas.

• Tanque Imhoff[28]

El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de solidos suspendidos. Para comunidades de 5000 habitantes o menos. Los tanques Imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran a la sedimentación de partículas en el agua, la digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se les llama tanques de doble cámara. Los tanques Imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas; sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena.

El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos:

• Cámara de sedimentación

• Cámara de digestión de lodos

• Área de ventilación y acumulación de natas

Durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, interfieran en el proceso de la sedimentación. Los gases y partículas, son desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación.

Los lodos acumulados en el digestor se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secado, en donde el contenido de humedad se reduce por infiltración, después de lo cual se retiran y dispone de ellos enterrándolos o pueden ser utilizados para mejoramientos de suelo.

Cabe señalar que esta alternativa resulta adecuada en caso que no se cuente con grandes áreas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, como es el caso de las lagunas de estabilización, además de que el tanque Imhoff deberá ser instalado alejado de la población debido a que produce malos olores.

El tanque Imhoff elimina del 40 al 60% de solidos suspendidos y reduce la DBO de 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque Imhoff se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secados.

• Secado de lodos

El proceso de secado de lodos se refiere generalmente a los sistemas de desaguado de lodos que buscan reducir el contenido de agua en el lodo a menos de un 85%. En la selección del método de secado de un lodo hay que tener en cuenta la naturaleza del lodo, los procesos subsecuentes de tratamiento y el método de disposición final.

• Lechos (Eras) de secado

Los lechos de secado se utilizan normalmente para la deshidratación de lodos digeridos. Se usan cuatro tipos de lechos de secado:

• Convencionales de arena

• Pavimentados

• De medio artificial

• Por vacío

• Humedales de flujo sub-superficial (Biofiltro de flujo horizontal sub-superficial)[29]

Un humedal artificial es un sistema de tratamiento de agua residual (estanque o cauce) poco profundo, construido por el hombre, en el que se han sembrado plantas acuáticas las cuales se encargan de tratar el agua residual por procesos naturales. Los humedales construidos tienen ventajas respecto de los sistemas de tratamiento alternativos, debido a que requieren poca o ninguna energía para operar. Estos humedales proporcionan un hábitat para vida silvestre, y son estéticamente, agradables a la vista.

• Tipos de humedales artificiales

• Sistemas de aguas superficial libre (SASL)

Estos sistemas consisten típicamente de estanques o canales, con alguna clase de barrera subterránea para prevenir la filtración, suelo u otro medio conveniente a fin de soportar la vegetación emergente, y agua en una profundidad relativamente baja (0,1 a 0,6 m) que atraviesa la unidad. La profundidad baja del agua, la velocidad baja del flujo, y la presencia de tallos de planta y basura regulan el flujo del agua. Se aplica agua residual pre-tratada a estos sistemas, y el tratamiento ocurre cuando el flujo de agua atraviesa lentamente el tallo y la raíz de la vegetación emergente.

Ilustración 6. Sistema de Agua Superficial Libre (SASL)

Fuente: Dayna Yocum, Universidad de California, Santa Bárbara.

• Sistema de flujo bajo la superficie (SFBS)

Estos sistemas son similares a los filtros horizontales por goteo en las plantas de tratamiento convencionales. Se caracterizan por el crecimiento de plantas emergentes usando el suelo, grava o piedras como sustrato de crecimiento en el lecho del canal. Dentro del lecho los microbios facultativos atacan al medio y las raíces de las plantas, contactando de este modo el agua residual que fluye horizontalmente a través del lecho; mientras que el sobrante baja a la superficie del medio (Kadlec et al., 1993). Estos sistemas de flujo bajo superficie son diseñados con el propósito de obtener niveles de tratamiento secundarios, son llamados «la zona de raíces» o «filtros de piedras de junco y caña» desarrollado en Alemania Oriental.

Ilustración 7. Sistema de Flujo Bajo la Superficie (SFBS)

Fuente: Dayna Yocum, Universidad de California, Santa Bárbara.

• Vegetación[30]

Todas las plantas pueden utilizar los nutrientes y la DBO de las aguas negras y grises hasta cierto punto. Sin embargo, relativamente pocas plantas prosperan en las aguas negras y grises que tienen altos niveles de nutrientes y DBO, que son típicos de humedales construidos. Hay unas pocas plantas que son utilizados normalmente para humedales de biofiltración de las aguas grises, muchas de las cuales pueden ser encontradas en humedales naturales.

Las plantas encontradas en humedales naturales cerca del área escogida para el humedal construido son muy beneficiosas ya que están adaptadas al clima local. Si estas plantas no pueden adquirirse localmente, cualquier planta de humedal que crezca bien pude ser utilizada. A continuación se muestran algunas de las plantas más comunes utilizadas en un humedal.

• Las aneas (Typha spp.) son fuertes, fácil de propagar, y capaz de producir una biomasa anual grande. Típicamente quitan cantidades grandes del nitrato y del fosfato.

• Juncos (Schoenoplectus spp., Scirpus spp.) crecen en grupos y crecen bien en agua que tiene una profundidad de 5 cm a 3 m. Estas plantas agresivas logran una eliminación alta de contaminantes.

• Céspedes de caña (Phragmites australis) son plantas altas con raíces profundas, que permiten más oxígeno a alcanzar la zona de raíz que las dos plantas descritas previamente.

• Lagunas de Estabilización[31]

Una laguna de estabilización es una estructura simple para embalsamar aguas residuales con el objeto de mejorar sus características sanitarias. Las lagunas de estabilización se construyen de poca profundidad (2 a 4 m) y con periodos de retención relativamente grandes (de 1 a 40 días).

Cuando las aguas residuales son descargadas en lagunas de estabilización se realizaran en las mismas, de forma espontánea, un proceso conocido como autodepuración o estabilización natural, en el que ocurren fenómenos del tipo físico, químico, bioquímico y biológico. Este proceso se lleva a cabo en casi todas las aguas estancadas con alto contenido de materia orgánica putrescible o biodegradable.

Los parámetros más utilizados para evaluar el comportamiento de las lagunas de estabilización de aguas residuales y calidad de sus efluentes son la demanda bioquímica de oxigeno (DBO), que caracteriza la carga orgánica; y el número más probable de coliformes fecales (NMP/CF/100ml), que caracteriza la contaminación microbiológica. Además, tienen importancia los sólidos totales sedimentables, en suspensión y disueltos.

A continuación se presenta un diagrama de colocaciones más comunes de los sistemas de tratamiento basados en lagunas de estabilización:

Ilustración 8. Diagrama de Colocaciones más comunes de Lagunas

Fuente: CEPIS

Siempre se deben construir por lo menos lagunas primarias (en paralelo) con el objetivo de que una se mantenga en operación mientras se hace la limpieza de lodos en la otra. El proceso que se lleva a cabo en lagunas facultativas es diferente del que ocurre en las lagunas anaerobias. Sin embargo, ambos son útiles y efectivos en la estabilización de la materia orgánica y en la reducción de los organismos patógenos originalmente presentes en las aguas residuales. La estabilización de la materia orgánica se llevara a cabo a través de la acción de organismos aerobios cuando hay oxígeno disuelto; estos últimos aprovechan el oxígeno originalmente presente en las moléculas de la materia orgánica que están degradando. Existen algunos organismos con capacidad de adaptación a ambos ambientes, los cuales reciben el nombre de facultativos. La ilustración 9 muestra una laguna de estabilización con su comportamiento fisicoquímico.

Ilustración 9. Comportamiento Fisicoquímico de Lagunas de Estabilización

Fuente: CEPIS

• Tipos de lagunas[32]

Una Laguna puede ser clasificada atendiendo a los siguientes criterios:

• 1. Según las reacciones biológicas: anaerobias, facultativas y aerobias.

• 2. Según el grado de tratamiento previo: primarias, secundarias y terciarias.

• 3. Según el método de aireación: aerobias y aireadas.

• 4. Según la condición de descarga: sin descarga, descarga controlada, descarga continua.

Para el tratamiento de aguas residuales domesticas se deberán considerar los sistemas de lagunas compuestos por unidades facultativas, aerobias y anaerobias, en las combinaciones y número de unidades que sean estrictamente necesarias para obtener los resultados requeridos, a costos razonables.

• Lagunas aerobias

El proceso aerobio se caracteriza porque la descomposición de la materia orgánica se llevará a cabo en una masa de agua que contiene oxígeno disuelto. En este proceso, en el que participan bacterias aerobias o facultativas, se originan compuestos inorgánicos que sirven de nutrientes a las algas, las cuales a su vez producen más oxígeno que facilita la actividad de las bacterias aerobias. Existe pues una simbiosis entre bacterias y algas que facilita la estabilización aerobia de la materia orgánica. El desdoblamiento de la materia orgánica se lleva a cabo con intervención de enzimas producidas por las bacterias en sus procesos vitales.

Las algas logran, a través de procesos inversos a los anteriores, en presencia de la luz solar, utilizar los compuestos inorgánicos para sintetizar materia orgánica que incorporan a su protoplasma. A través de este proceso, conocido como fotosíntesis, las algas generan gran cantidad de oxígeno disuelto.

Como resultado final, en el estrado aerobio de una laguna facultativa se lleva a cabo la estabilización de la materia orgánica putrescible (muerta) originalmente presente en las aguas residuales, la cual se transforma en materia orgánica (viva) incorporada al protoplasma de las algas. En las lagunas de estabilización el agua residual no se clarifica como en las plantas de tratamiento convencionales pero se estabiliza, pues las algas son materia orgánica viva que no ejerce DBO.

• Lagunas facultativas

Las capas de la laguna facultativa (aerobia y anaerobia) no son constantes, estas interactúan entre sí, dependen de la radiación solar. Durante el día la capa aerobia es la que predomina en la laguna y durante la noche la capa anaerobia. En las lagunas primarias facultativas predominan las algas flageladas, (Euglena, Pyrobotrys, Chlamydomonas), en lagunas secundarias se incrementa el número de géneros y la densidad de algas, predominan las algas verdes (Chlorella, Scenedesmmus). En lagunas terciarias se presenta un mayor número de géneros de algas, entre las cuales predominan las algas verdes (Chlorella, Scenedesmus, Ankistrodesmus, Microactiniums). En muchos casos, se ha observado la predominancia de algas verdes-azules (Rao, 1980, Uhlman 1971). La predominancia de géneros varía según la temperatura estacional.

Para evitar crecimiento de plantas acuáticas con raíces en el fondo, la profundidad de las lagunas deberá estar por encima de 1.20 m. La profundidad varía entre 1.50 y 2.50 m siendo la profundidad mínima recomendada igual a 1.50 m. El tiempo de retención hidráulico para lagunas facultativas deberá estar dentro de un rango de 5 a 30 días.

• Localización de lagunas

El área debe estar lo más alejada posible de urbanizaciones existentes, se deberán localizar a las siguientes distancias como mínimo:

– Para lagunas anaeróbicas, 1000 m.

– Para lagunas facultativas, 500 m.

– Para sistemas con lagunas aireadas, 100 m.

• Ventajas y Desventajas

• Ventajas

– Pueden recibir y retener grandes cantidades de agua residual, soportando sobrecargas hidráulicas y orgánicas con mayor flexibilidad, comparativamente con otros tratamientos.

– No requieren de instalaciones complementarias para la producción de oxígeno. El mismo se produce en forma natural dentro del sistema.

– Debido a los tiempos de retención prolongados y a los mecanismos del proceso, son sistemas altamente eficaces para la remoción de bacterias, virus y parásitos, comparativamente con otros tratamientos.

• Desventajas

– Requieren de grandes áreas de terreno para su implementación.

– Es un sistema sensible a las condiciones climáticas.

– No permite modificaciones en las condiciones de proceso.

• Calidad del agua después del proceso de tratamiento total.

El efluente final del tratamiento secundario o terciario de la planta de tratamiento de aguas servidas domésticas deberá cumplir con los rangos y límites establecidos en el Decreto 33-95 para descargas a cuerpos de agua receptores. Obsérvese Cuadro 17, Apéndice L. ("Calidad de las aguas Después del Proceso de Tratamiento Total").

• Estaciones de bombeo[33]

• Estudios básicos

Para el diseño de una estación de bombeo se deberán realizar los siguientes estudios básicos:

• Deberán efectuarse los correspondientes estudios topográficos de la zona, para verificar sí es indispensable la utilización de una estación de bombeo; o para determinar la ubicación más adecuada en el caso de que se justifique su utilización.

• Deberá determinarse el grado de riesgo sísmico y tomar en cuenta las disposiciones establecidas en el "Reglamento de Construcción" vigente en el país, para el diseño estructural de la estación.

• Tipos de estaciones

El tipo de estación de bombeo seleccionado se regirá por su capacidad, clase de bombas, funcionamiento, vida útil estimada y condiciones urbanísticas. En cuanto a su construcción podrán ser de pozo seco o de pozo húmedo, escogiéndose el uso de las últimas para caudales menores.

De acuerdo a su capacidad las estaciones, en general se clasifican como sigue:

• Muy pequeñas con un gasto menor de 6 L/s.

• Pequeñas con un gasto de 6 a 20 L/s.

• Tamaño medio con un gasto de 20 a 200 L/s.

• De gran tamaño mayores de 200 L/s.

• Estructuras

• Cuando se instalen bombas fuera del pozo de succión, éste debe estar separado de la cámara de bombas. Se construirán accesos independientes para el pozo de succión y para la cámara de bombas.

• Se deberá proveer del equipo adecuado que permita remover las bombas y motores cuando sea necesario.

• Se deberán proveer escaleras especiales, que permitan el fácil acceso tanto a la cámara de bombas, como al pozo de succión, para la inspección y mantenimiento de los equipos mecánicos y accesorios que lo requieran.

• Equipos de bombeo

En las estaciones de bombeo pueden utilizarse diferentes clases de equipos, dependiendo de la capacidad de la estación, de la altura estática a vencer y de la calidad de las aguas servidas a bombear. A continuación se indican los más comúnmente utilizados:

• Eyectores neumáticos

• Bombas de émbolo

• Bombas centrifugas

• Bombas de tornillo

• Protección contra obstrucciones

Cuando la calidad de las aguas servidas a ser bombeadas puedan producir atascamiento u operación defectuosa de los equipos de bombeo, se deberán instalar rejillas con limpieza mecánica o manual y/o dispositivos de molido o desintegración, antes de la entrada a la estación de bombeo.

• Diámetros

Los diámetros de las tuberías de succión y descargas no deberán ser menores de 100 mm.

• Controles de operación

El arranque y parada de las bombas se debe hacer por medio de conmutadores accionados por flotadores situados en el pozo. La regulación automática debe hacerse de manera que se detenga la bomba cuando el pozo está casi vacío para que la bomba no deje de estar cebada. El flotador puede conectarse con el conmutador por medio de un cable que pase a través de un tubo en el piso o en la pared. Los tubos y los cables deben ser accesibles y reemplazables, pues están expuestos a corrosión. Los tubos para los flotadores de control deberán localizarse de manera que no sean afectados por la descarga de aguas negras en el pozo, o por la succión de las bombas. Siempre y cuando el tipo de estación lo permita, debe establecerse en un sitio conveniente un indicador de la profundidad de aguas negras para que el operador pueda hacer sus observaciones.

• Desagües

Deben tomarse las medidas necesarias para drenar las aguas procedentes de los escapes y desagües que se introduzcan en el pozo seco mediante el uso de una bomba de sumidero que descargue encima del nivel de sobrecarga del pozo de succión. Es recomendable también, que se conecte esta tubería de descarga con la toma de la bomba, como un elemento auxiliar.

• Ventilación

Las estaciones de bombeo deberán tener ventilación adecuada. Cuando la estructura donde están situadas las bombas (pozo seco) esté bajo el nivel del terreno, deberá proveerse de ventilación mecánica, dispuesta en tal forma que se ventile independientemente el pozo seco y el pozo de succión, si es que en éste último hubiere rejillas o equipo mecánico que requiera inspección.

• Suministro de energía

La estación de bombeo deberá tener por lo menos dos fuentes independientes de suministro de energía. Adicionalmente se deberán instalar equipos generadores de emergencia para el caso de una falla total del sistema de energía, estos equipos deberán tener la capacidad adecuada para prevenir el derrame de aguas residuales en los períodos de operación.

• Tuberías de impulsión

El diseño de una línea de bombeo de las aguas residuales, está íntimamente relacionado con las características de los equipos de bombeo, las variaciones de caudal, las características de las tuberías y las velocidades de arrastre de sedimentos:

• Caudal de diseño: La línea de bombeo deberá ser capaz de transportar el gasto máximo esperado para el período de diseño.

• Características de las tuberías: A diferencia del resto del sistema la línea de bombeo trabaja como conducto a presión y en tal caso la selección de la clase de tubería estará sujeta a las presiones de trabajo a que pueda estar sometida. Obsérvese Cuadro 18, Apéndice L. ("Coeficientes de Fricción "C" de Hazen y Williams").

• Velocidad: En general, una velocidad mínima de 0.60 m/s mantiene a los sólidos en suspensión y una velocidad de 1.0 m/s puede arrastrar aquellos que hayan podido sedimentarse en la tubería, cuando las bombas no estén operando.

• Válvulas: En el extremo de la descarga deberá instalarse un cono de ampliación concéntrico seguido de una válvula de retención y una válvula de compuerta, esta última preferiblemente, conviene que sea del tipo de compuerta de cuña con volante y husillo. La válvula de retención debe ser necesariamente de uno de los tipos siguientes: válvula de retención de clapeta, válvula cónica, válvula de disco basculante o bien válvula de mariposa; válvula de aire, se deberá proveer de válvulas automáticas de alivio de aire en todos los puntos altos de las tuberías de impulsión con el fin de evitar la interrupción de la circulación del flujo.

• Sobre presión por golpe de ariete: En algunos casos puede requerirse una estimación del efecto de exceso de presión, provocado por la onda de retorno, al interrumpir el bombeo.

Aun cuando por las características de una línea de bombeo de aguas residuales, la carga estática es pequeña, conviene verificar el espesor de la tubería para determinar su capacidad de resistencia al impacto por golpe de ariete. La velocidad de la onda de presión se puede considerar igual a la velocidad del sonido para el líquido y tubería.

• Diseño arquitectónico

La estación deberá tener un diseño arquitectónico acorde con el tipo de urbanización donde estará ubicada. Deberá ser provista de caseta para el operador, con sus respectivas instalaciones sanitarias, con sistema de comunicación, con buena iluminación y ventilación y sistema de drenaje adecuado que evite la contaminación ambiental.

• Diseño estructural

El diseño estructural de las estaciones de bombeo deberá ajustarse al Reglamento Nacional de la Construcción vigente en el país y deberá tomar en cuenta la geotecnia de la localidad y considerar la capacidad de las tuberías y obras accesorias para soportar las cargas de gravedad, presión de tierra, presión hidráulica, impacto y acción dinámica.

• Estudio de Impacto Ambiental[34]

• Impacto ambiental

Se define como la alteración favorable que experimenta el medio ambiente como resultado de la actividad humana o de la propia naturaleza. El impacto ambiental se manifiesta según tres etapas consecutivas.

• Alteración de algunos factores o del conjunto del sistema ambiental.

• Alteración del valor del factor alterado o del conjunto del sistema ambiental.

• Interpretación de dichos cambios para la salud y el bienestar humano.

El impacto en si se puede definir como la diferencia de la evolución del entorno con o sin acción humana; dicha alteración puede ser medida por la evolución en el tiempo que tendría el entorno, o algunos de los factores que lo constituyen, en ausencia de la actividad causante y la que tiene presencia de esta.

• Elementos de diagnóstico de un impacto ambiental

• La manifestación o síntoma en que se expresa el efecto sobre el medio.

• Las causas o cadenas de causas de efectos, es decir, las repercusiones en las personas, en la biocenosis, en el espacio o en las actividades de los síntomas detectados.

• Los agentes implicados tanto en las causas como en los efectos; entendiéndose por agente las personas físicas o jurídicas implicadas en el impacto, tanto si es a través de las causas como de los efectos; habrá por tanto agentes casuales, por acción u omisión y agentes receptores.

• La localización, es decir la identificación del espacio donde residen las causas y donde se manifiestan los efectos, incluido el que se adopta como central.

• La gravedad del impacto para los de signo negativo y el grado de bondad para los positivos viene representada por el valor.

• La evolución o tendencia en el tiempo hacia su agravamiento o resolución.

Partes: 1, 2, 3