Diseño del sistema de alcantarillado sanitario y planta de tratamiento de aguas residuales (página 3)

• Estudio de Impacto Ambiental

Es la actividad diseñada para identificar, predecir y controlar la modificación de los componentes biológico-físicos y socioeconómicos del medio ambiente para interpretar y comunicar información acerca de los impactos, así como la forma de atenuar o minimizar los impactos adversos. Estos estudios son una herramienta para la toma de decisiones en la etapa de planeación y permiten seleccionar de las alternativas de un proyecto la que ofrezca los mejores beneficios tanto ambientales como socioeconómicos. El estudio tiene que irse dando durante todo el proceso de construcción, el cual puede ser idealizado con anticipación a la realización de la obra, lo que implica: planificar, programar, organizar, controlar y tomar medidas de mitigación de toda la obra para saber que prejuicios se pueden presentar sin ser tan impredecibles.

• Metodología General para la realización de una Evaluación de Impacto Ambiental

• Método de Identificación de Alternativa

• Los basados en los trabajos de los técnicos, en esta se encuentran todos los métodos basados en transparencia y sistema de evaluación geográfica.

• Los basados en la participación pública, el público afectado puede aportar soluciones que a veces se les puede escapar a los técnicos, por demasiados sencillos y novedosos.

Generalmente los métodos de identificación de alternativas se han utilizado sobre todo para localizar los lugares más adecuados para instalar un proyecto puntual o proyectos lineales como la localización de una planta de tratamiento de agua residual.

• Métodos de Evaluación de Impacto

Se utilizan para poner un valor a cada impacto y al impacto total de cada alternativa del proyecto, de forma que se puedan comparar alternativas diferentes. Los métodos más comunes son: Matriz de Leopold, método Battelle-Columbus, Método Galleta, Análisis energético McAllister, Matriz de Importancia, etc.

• Documentación de Evaluación de Impacto Ambiental

• Memoria – Resumen

Se incluye una descripción detallada de las distintas alternativas del proyecto y sus posibles localizaciones. Deberá llevar los recursos utilizados tanto en la fase del proyecto, establecimiento y funcionamiento.

Diseño metodológico

La metodología empleada para el diseño de este sistema de alcantarillado responde a la normativa de las guías técnicas empleadas por el INAA, CEPIS, y el MARENA (decreto 33-95).

El proyecto fue elaborado en las cuatro etapas siguientes:

La primera consistió en la recopilación de todos los estudios básicos ya existentes, realizados por diferentes Instituciones Nacionales y/o contratadas por la Alcaldía de Cárdenas, tales como ENACAL, INETER, INIDE, etc. A su vez se realizó un Estudio Socio-Económico en el casco urbano de Cárdenas y el levantamiento topográfico (Altimétrico-Planimétrico) para la representación gráfica de la Ciudad.

La segunda se basó en la distribución de lotes por tramos de tuberías, el cálculo de los caudales de diseño. El trazado de dos alternativas de redes de alcantarillado sanitario con su debido cálculo hidráulico y topográfico así como la elaboración de sus planos correspondientes en planta y perfil.

Como tercer proceso se calcularon las distintas alternativas de sistemas de tratamiento, elaborando sus respectivos planos y manuales de operación y mantenimiento para la selección de la más conveniente, acorde con las características ambientales y socioeconómicas de la ciudad.

Por último y cuarta etapa, se analizaron los costos y presupuestos de cada obra así como los impactos ambientales positivos y negativos que se pudieran generar en la etapa de construcción y operación del proyecto.

• Estudios Básicos

Para el debido reconocimiento de la zona en estudio, se obtuvo la información necesaria de los planes de expansión de viviendas, que tiene propuesto realizar la alcaldía del municipio para tomar en cuenta el aporte de estas en el periodo de diseño, se recorrieron los diferentes ríos de la zona y los posibles sitios donde se localizara la planta de tratamiento.

• Topografía

Se realizó un levantamiento topográfico (altimétrico y planimétrico) financiado en su totalidad por la Alcaldía de Cárdenas abarcando el casco urbano del municipio. Se estableció con un BM Geodésico ubicado en el Estadio Central de la Ciudad, el cual quedo debidamente señalizado y está estipulado por INETER, el levantamiento se realizó con estación total rodeando la ciudad, cerrando poligonales cuadra por cuadra hasta finalizar en el Barrio Liberación al norte con el Lago Cocibolca.

Posteriormente, se realizó un segundo levantamiento en la zona donde se propuso situar el Sistema de Tratamiento; este se inició del BM geodésico establecido anteriormente, en el Estadio Municipal de Cárdenas y se llevó hasta el terreno de la Planta de Tratamiento ubicado en el Barrio El Bochinche hacia el Sur-Este.

Ambos levantamientos topográficos, fueron procesados y luego representados gráficamente con el programa AutoCAD CIVIL 3D 2013, en donde se ingresaron los puntos por sistemas de coordenadas en formato "txt".

• Censo Poblacional

Con la finalidad de determinar parámetros más exactos para el funcionamiento de los sistemas se realizó un Estudio Socio-Económico de la población delimitada por el casco urbano del municipio, este estudio fue financiado por la Alcaldía de Cárdenas y el documento (Encuesta) proporcionado por la Empresa Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillado ENACAL, Managua.

• Estudio Poblacional

• Periodo de Diseño

Con el objetivo de compensar de una manera económica las necesidades futuras del municipio, se fijó un periodo de diseño de 20 años para todo el sistema, de acuerdo a las "Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales" del INAA. Obsérvese Cuadro 19, Apéndice L. ("Periodos de Diseño para las Estructuras de los Sistemas")

• Análisis de Tasa de Crecimiento Geométrica.

Se hizo una comparación de la tasa de crecimiento poblacional Departamental, Municipal y Local mediante censos realizados por INIDE y el Estudio Socio-Económico a fin de visualizar las tasas de crecimiento entre periodos. La tasa seleccionada fue del 2.50% por ser la normada en los criterios fijados por el INAA, los cuales indican:

• Ninguna de las localidades tendrá una tasa de crecimiento urbano mayor de 4%.

• Ninguna de las localidades tendrá una tasa de crecimiento urbano menor del 2.5%.

• Si el promedio de la proyección de población por los dos métodos presenta una tasa de crecimiento:

• a) Mayor del 4% la población se proyectará en base al 4% del crecimiento anual.

• b) Menor del 2.5% la proyección final se hará basada en una tasa de crecimiento del 2.5%.

• c) No menor del 2.5% ni mayor del 4% la proyección final se hará basada en el promedio obtenido.

La tasa de crecimiento se calculó con la ecuación siguiente:

• Población de Diseño.

La población de diseño se determinó proyectando a 20 años el dato de habitantes obtenido en el Estudio Socio-Económico con una tasa de crecimiento de 2.50%. Los cálculos realizados se muestran en el Apéndice A-1.

• Calculo de Caudales

• Consumo Doméstico.

Se decidió tomar como dotación de consumo 150 L/Hab/día ya que fue el valor determinado en el proyecto de "Mejoramiento y ampliación de los sistemas de Agua Potable de la localidad de Cárdenas, Rivas" a ejecutarse en Octubre del año 2012. Obsérvese Cuadro 20, Apéndice L. ("Dotación de Agua Potable de Consumo Doméstico para el resto de Ciudades del País")

• Consumo Promedio Diario de Aguas Residuales Domesticas (Qm).

Se consideró un valor de retorno del 80% para la relación entre el volumen del agua suministrada y el volumen de desagüe, rango establecido en Normas Técnicas de INAA.

• Caudal de Infiltración (Qinf)

Como carga de infiltración a la Red de Alcantarillado Sanitario (RAS) se tomó la especificada en las normas técnicas de INAA, para tuberías plásticas es de 2 L/hora/100m de tubería y por cada 25 mm de diámetro.

• Caudal Máximo (Qmax).

El gasto máximo de aguas residuales se calculó utilizando la relación de Harmon según lo estipulado en guías técnicas de INAA.

• Diseño de la Red de Alcantarillado

Se revisaron dos alternativas de diseño para le red de recolección:

La primera responde en su mayoría a la topografía natural del terreno, la colectora principal está dividida en dos partes: la primera, se dirige de Oeste a Este iniciando en la entrada al barrio El Bochinche y finalizando en la última calle paralela a la costa del Lago, recorriendo la Calle Principal. La otra se dirige de Sur a Norte paralela a la costa del Lago finalizando en el PVS-1 (Ver Planos 9 y 10) donde se intersecta con la primer colectora. Las subcolectoras recorren las calles de los barrios El Bochinche, Liberación y El Progreso de Sur a Norte y de Norte a Sur hasta evacuar en la colectora Principal.

La segunda alternativa ubica a las colectoras principales en la misma posición que la primera sin embargo algunas subcolectoras no obedecen la pendiente del terreno con el fin de darle al sistema una mejor funcionalidad hidráulica.

El diseño se realizó mediante la elaboración de tablas de cálculos en EXCELL y mediante el programa CIVIL CAD.

• Red de Recolección.

El sistema de Alcantarillado Sanitario es de tipo separado, es decir. Solamente recolecta y conduce las aguas residuales domesticas del casco urbano y por ningún motivo se descargaran aguas pluviales en el sistema. La red de recolección se diseñó utilizando el sistema convencional, la que drenara por gravedad hasta el final de la Avenida Principal con la costa del lago Cocibolca y luego a través de una estación de bombeo se impulsara el agua al sistema de tratamiento ubicado paralelamente al depósito de desechos sólidos del municipio.

• Hidráulica de las Alcantarillas.

• Formula y Coeficiente de Rugosidad.

El cálculo hidráulico de las alcantarillas se hizo en base a la fórmula de Manning, usando el coeficiente de rugosidad "n" (de 0.009 para tuberías de Polietileno o PVC), considerando las pérdidas de cargas debidas a conexiones, pozos de visitas, desechos y lodos cloacales. La fórmula de Manning se muestra a continuación:

Obsérvese Cuadro 21, Apéndice L. ("Coeficientes de Rugosidad de Manning para Tuberías"). Cálculos realizados en Apéndice C-1.

• Tirante de Agua

El tirante máximo utilizado fue del 80% y el mínimo del 20% del diámetro de la tubería.

• Velocidades Mínimas y Máximas

La velocidad máxima permisible fue de 3.0 m/s y de 0.30 m/s como mínimo. Las redes de alcantarillados se diseñan para transportar los desperdicios suspendidos en el agua con una velocidad mínima de 0.30 m/s se puede prevenir la sedimentación de lodos y material liviano.

• Diámetro Mínimo.

El diámetro mínimo de las tuberías seleccionado fue de 150 mm (6").

• Pendiente Longitudinal Mínima.

La pendiente longitudinal mínima se determinó en aquellas que produjeron las velocidades mínimas de auto lavado. Aplicando el criterio de la Tensión de Arrastre, según la siguiente ecuación:

• Pérdida de Carga Adicional.

Para todo cambio de alineación sea horizontal o vertical se incluyó una pérdida de carga igual a entre la entrada y la salida del pozo de visita sanitario (PVS) correspondiente y no siendo en ninguno de los casos, menor de 0.03 m. Según Normas Técnicas INAA.

• Cambio de Diámetro

El diámetro de tubería salida de cada pozo siempre fue igual, que el diámetro de tubería de tramos aguas arriba.

• Ángulos entre Tuberías.

En todos los pozos de visita, el ángulo formado por la tubería de entrada y la tubería de salida fue como mínimo de 90º y máximo de 270º medido en sentido del movimiento de las agujas del reloj y partiendo de la tubería de entrada.

• Coberturas sobre Tuberías.

Para el diseño de tuberías se utilizó una cobertura mínima sobre la corona de 1.20 m en toda su totalidad.

• Ubicación de las Alcantarillas.

Se ubicaron en costado Norte de las vías de circulación dirigidas de Este a Oeste y en las vías de circulación dirigidas de Norte a Sur en el costado Oeste.

• Ubicación de los Pozos de Visitas Sanitarios (PVS).

Fueron ubicados por cada cambio horizontal y vertical que hubiera de tubería con una separación máxima de 100 m. Según Normas Técnicas de INAA. Obsérvese Cuadro 22, Apéndice L. ("Distancia Máxima entre Pozos de Visita Sanitarios")

• Conexiones Domiciliares.

Todas las conexiones serán de PVC de 100 mm (4") de diámetro, comenzando en la caja de registro de cada vivienda y luego acoplándose a la alcantarilla de 6" de diámetro que pasara por su respectivas calle o avenida.

• Diseño del Sistema de Tratamiento

Se diseñaron tres alternativas de tratamiento basadas en procesos naturales que no ameritan consumo de energía eléctrica, que tuvieran un alto nivel de descomposición de la materia orgánica, que fueran de fácil manejo en la operación y mantenimiento y que tuvieran un bajo costo total por encontrarse en un poblado de escasos recursos económicos.

Cuadro 23. Sistemas de Tratamiento Propuestos

Fuente: Elaboración Propia

De las cuales la seleccionada fue la tercera (Laguna Facultativa Primaria + Laguna Aerobia Secundaria), al resultar como la mejor propuesta técnica-económica.

Como tratamiento preliminar se diseñó un Canal de Entrada, una Reja de barras de limpieza manual, un Desarenador de flujo horizontal doble en paralelo y un Canal Medidor de Caudal Parshall; este tiene el objetivo de conducir las aguas a los procesos de tratamiento posteriores.

• Rejas

Se diseñaron según parámetros en Normas Técnicas de INAA. Obsérvese Cuadro 24, Apéndice L. ("Información Típica para el Diseño de Rejillas de Barras")

• Velocidad máxima y media del canal antes de llegar a las rejas

Los cálculos realizados para el diseño de las Rejas de Limpieza Manual se observan en el Apéndice E-1-2.

• Desarenador

Se diseñó según Normas Técnicas de INAA. Obsérvese Cuadro 25, Apéndice L. ("Información Típica para el Diseño de Desarenadores de Flujo Horizontal").

• Diámetro de partículas

Mayores de 0.20 mm con una velocidad de sedimentación de 0.021 m/s, valor utilizado según el cuadro de Velocidades de Sedimentación de Partículas de La OPS/CEPIS. Obsérvese Cuadro 26, Apéndice L. ("Velocidades de sedimentación de Partículas")

• Cantidad de material retenido

Por cada metro cubico de agua residual que fluye por el desarenador se consideró que habrá un depósito de 0.029 lt de sedimento en la tolva, según normas del CEPIS.

• Volumen sedimentado

Los cálculos realizados para el diseño del Desarenador se observan en el Apéndice E-1-3.

• Medidor de Caudal Parshall

Las fórmulas usadas para la verificación de la velocidad y el tipo de flujo que atraviesa el Medidor Parshall se encuentran especificadas y detalladas en el Apéndice E-1-4.

• Laguna Facultativa Primaria

Los criterios tomados para el dimensionamiento de la Laguna Facultativa Primaria fueron los recomendados por INAA en la Guía Técnica para el diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales. Los cálculos hidráulicos se observan en el Apéndice F-1-5. ("Laguna Facultativa Primaria").

• Laguna Aerobia Secundaria

La Laguna Aerobia Secundaria se dimensiono para alcanzar la remoción bacterial de acuerdo a los criterios de calidad exigidos (Decreto 33-95 MARENA). Luego a este diseño se le comprobó su eficiencia mediante el cálculo de Coliformes Fecales esperados, el cual debía ser inferior a los 1.0E+03 NMP/100 ml. Cabe destacar, que para el dimensionamiento se utilizó la metodología mostrada en el Apéndice F-1-6 ("Laguna Aerobia Secundaria), donde se toman en cuenta la temperatura del agua y la calidad del afluente que entra a la Laguna según las Normas Técnicas INAA.

• Ubicación del Sistema de Tratamiento

Los criterios usados para la ubicación se basaron en la topografía del terreno, el aislamiento de la población y el área disponible para la ubicación del sistema.

El sitio seleccionado para la planta de tratamiento fue el sugerido por la Alcaldía de Cárdenas aledaño al depósito de desechos sólidos del Municipio. Esta zona se encuentra ubicada cerca del receptor de descarga, que es el río Tirurí; es lo suficientemente espaciosa y la topografía es bastante regular.

• Criterios de Selección del Sistema de Tratamiento

En el Cuadro 31 de la Sección 3.9.4 de este documento, se muestra una tabla con valores que van del uno al cinco y que representan la eficiencia del sistema, siendo el cinco el valor de mayor puntaje; el promedio total de los criterios evaluados de cada una de las alternativas muestra la posibilidad de ser la mejor entre ellas y ser la seleccionada, notándose de mejor manera en la ilustración 10, donde se evidencia cuál de las alternativas es la más viable.

• Estación de Bombeo

La estación de bombeo se consideró necesaria debido a que la planta de tratamiento se encuentra ubicada a 19.62 m por encima del nivel de agua del ultimo PVS del sistema de recolección por gravedad.

La estación de bombeo está constituida por tres cámaras, en la primera se ubica la Reja, la cual evitara el paso de material de gran tamaño que pueda ocasionar daños en las bombas; en la segunda se localizan las bombas con sus respectivos sensores de encendido y apagado, esta cámara también es llamada Pozo Cárcamo; y la última cámara donde se ubican las válvulas de compuerta y retención, las cuales son utilizadas para evitar los golpes de ariete y el paso de flujo en caso de ser necesario.

La bomba a utilizar será de tipo sumergible con rodete que funcionara dentro del Pozo Cárcamo de 1.00 m de Largo, 1.00 m de Ancho y 4.73 m de profundidad. Se colocaran dos bombas en paralelo.

Los criterios y cálculos para determinar el caudal de bombeo y los tiempos de apagado y encendido de la bomba se ven reflejados en el Apéndice G-1-1.

En cuanto a la determinación del diámetro más económico de impulsión, fue tomado de la "Guía para el Diseño de Estaciones de Agua Potable" OPS/CEPIS, pero aumentando las perdidas en un 20% por ser aguas residuales. Las formulas y criterios correspondientes se observan en el Apéndice G-1-2.

El diámetro seleccionado mediante el análisis técnico-económico de la línea de impulsión fue el de 6", por lo que se seleccionó mediante asistencia técnica de la empresa Bombas y Motores S.A. una bomba de 10 HP con una boca de salida de 6" y una eficiencia de 73%.

Los costos eléctricos unitarios fueron suministrados por la empresa UNIÓN FENOSA, y los costos de accesorios y tuberías por la empresa Válvulas y Filtraciones S.A.

• Estudio de Impacto Ambiental

Se elaboró una lista de los impactos ambientales que se podrían presentar durante la construcción y la operación del sistema; luego por medio de la matriz de importancia Vicente Conesa en 1995 y modificada por Milán en 1998, se dieron valores a cada uno de los impactos según su comportamiento durante todo el periodo de la obra, tales como: intensidad, extensión, persistencia, etc. Hasta obtener un valor de importancia negativo o positivo, los cuales representarían un beneficio o un perjuicio de la actividad sobre el medio, respectivamente. Los valores dados por la matriz de importancia se ven representados por medio de un gráfico de área en donde se visualiza las áreas negativas y positivas resultantes. La cual muestra en síntesis que la etapa perjudicial del proyecto es la etapa constructiva (Ver Apéndice I-1).

Análisis de resultados de alternativas

Se evaluaron dos alternativas para la red de recolección, ambas funcionaran por gravedad hasta la estación de bombeo ubicada en la zona central del casco urbano donde convergen las dos colectoras principales que drenan de Oeste-Este y Sur-Norte, desde donde se impulsara hasta la planta de tratamiento de aguas residuales.

Se espera que el Caudal Total que recolecten estas redes sea de 6.98 lt/seg para una población de 1,634 habitantes para un periodo de 20 años.

El diseño de las redes es de tipo Convencional Separado utilizando tubería PVC –SDR 41 de 6" de diámetro en su totalidad.

El resumen y comparación de los resultados de cada alternativa se describen en el cuadro siguiente:

Cuadro 28. Resumen y Comparación de Redes de Alcantarillado

Fuente: Elaboración Propia

• Análisis de Alternativas de las Redes de Alcantarillado

• Alternativa 1

Esta red, está compuesta por dos colectoras principales: la primera, en dirección Oeste-Este colecta las aguas residuales provenientes de las Sub-Colectoras del Barrio El Bochinche, El Progreso y algunas del barrio Liberación, se encuentra ubicada en la Calle Principal (Ver Planos 9 y 10); la segunda, en dirección Sur-Norte colectara las aguas residuales de algunas Sub-Colectoras del barrio El Progreso y a su vez se diseñó para colectar las aguas residuales de 90 Lotes de planificación urbanística al Sur-Este del casco urbano, esta se encuentra ubicada en la Avenida #2 Este. Ambas Colectoras convergen en el PVS-1, es decir a la estación de bombeo.

Las Sub-Colectoras divididas por la Calle Principal drenan el agua de Sur a Norte y de Norte a Sur hacia la Colectora Principal que recorre esta vía hacia el PVS-1. Esta Alternativa corresponde a un diseño donde se pretende aprovechar las pendientes naturales del terreno con la finalidad de reducir los costos por movimientos de tierra.

• Alternativa 2

Con similitudes a la Alternativa 1, en la ubicación de las Colectoras Principales, se diferencia de la misma en que el trazado de sus Sub-Colectoras no responde a la pendiente del terreno en algunos casos con el fin de otorgarles mayor funcionalidad hidráulica a algunos tramos de tuberías. La ubicación de las Sub-Colectoras es más ordenada ya que estas se ubican de forma perpendicular a la Calle Principal. Las interconecciones se ubican de la misma manera que en la Alternativa 1.

• Selección de Alternativa de la Red de Alcantarillado

Como se puede observar en el Cuadro 28, ambas alternativas cumplen y están dentro de los rangos recomendados por INAA, sin embargo, se seleccionó una de ellas basados en la economía de la ciudad y en la mejor funcionalidad hidráulica.

La alternativa seleccionada fue la Primera ya que, tiene un costo de C$ 290,422.15 menor que la segunda y otorga la mayor funcionalidad hidráulica al sistema.

• Análisis de Alternativas de los Sistemas de Tratamiento

Debido a que Cárdenas es un poblado de escasos recursos se optó por sistemas de tratamiento que implicaran los menores costos de inversión y mantenimiento y que fueran de procesos naturales.

Las alternativas propuestas fueron tres, siendo la primera y la tercera compuestas por un tratamiento primario y secundario, en cambio la alternativa dos cuentan con un tratamiento terciario. Las tres alternativas propuestas poseen un pre-tratamiento.

El pre-tratamiento en las tres alternativas está constituido por un canal de concreto reforzado de 0.30 m de ancho con una altura total de 0.50 m seguido de una reja ubicada dentro del primer tramo del canal con una inclinación de 45° con respecto a la horizontal y separación de 5 cm entre barras de ½" pulgada de espesor. Luego el flujo es conducido hacia un desarenador doble de concreto reforzado con un ancho y una altura igual a la del canal de entrada, pero con un deposito por debajo del nivel del canal de 0.60 m de profundidad.

A continuación se ubica un canal para medición de caudal de tipo Parshall diseñado con un ancho de garganta de 6" en el tramo convergente y dos piezómetros en la entrada y la salida.

El resumen y comparación de resultados de las tres Alternativas de Tratamiento se presenta en los Cuadro 29 y 30 respectivamente:

Cuadro 29. Dimensiones y Costo de los Sistemas de Tratamiento

Fuente: Elaboración Propia

Cuadro 30. Eficiencia de los Sistemas de Tratamiento

Fuente: Elaboración Propia

• Alternativa 1

Esta alternativa consiste en un Canal de Entrada, una Reja de limpieza manual, un Desarenador doble y un Canal para medición de caudal del tipo Parshall, todos estos como parte del pre-tratamiento el cual se incluirá en todas las alternativas de tratamiento propuestas.

El sistema propuesto en esta alternativa consiste en un Tanque Imhoff como tratamiento primario con un lecho de secado y dos Biofiltros de flujo sub-superficial como tratamiento secundario.

El tanque Imhoff consta de dos cámaras de sedimentación y una de digestión con una capacidad de almacenamiento de lodos de por lo menos 30 días. Posee, a su vez un lecho de secado para soportar la descarga de lodos mensualmente, cuyas dimensiones son 2.50 m por 4.90 m con una capacidad de 4.90 m3 con paredes de mampostería, con un lecho filtrante compuesto de varias capas, la primera de ladrillo cuarterón con juntas separadas de 1 cm de arena suelta; la segunda de grava y por ultimo un piso de cemento que se apoya sobre una base de hormigón pobre. Su dimensionamiento se observa en el Apéndice F-1-1.

El sistema de Biofiltro se encuentra dividido en dos unidades de 25 m de ancho por 75 m de largo de manera que se le pueda realizar el mantenimiento operacional a uno mientras el otro se encuentra en funcionamiento. La pendiente longitudinal es de 0.50% que permitirá un buen drenaje sin provocar grandes profundidades a la salida del Biofiltro para evitar un comportamiento anaerobio. El material de relleno del lecho filtrante es de hormigón rojo con una conductividad hidráulica de 8000 m/día, y de piedrín en la entrada y salida de cada unidad. El tipo de vegetación seleccionada fue el Césped de Caña (Phragmites Australis) por ser, según estadísticas, el que aporta mayor cantidad de oxígeno, además posee un alto nivel de evapotranspiración. Su dimensionamiento se observa en el Apéndice F-1-2.

• Alternativa 2

Esta alternativa consiste en el mismo sistema de pre-tratamiento y tratamiento primario de la alternativa 1, pero la utilización de una Laguna facultativa como tratamiento secundario y una Laguna Aerobia como tratamiento terciario. Sus dimensiones se ven reflejadas en el Apéndice F-1-1, F-1-3 y F-1-4.

El efluente final de esta alternativa de tratamiento cumple con las normas de saneamiento según Decreto 33-95 MARENA, sin embargo la calidad de la misma es inferior a la de la primera alternativa, sin considerar que este sistema emite malos olores y es criadero de mosquitos que pudieran afectar a pobladores cercanos al sistema.

• Alternativa 3

Consiste en un sistema de tratamiento primario de dos Lagunas facultativas y un tratamiento secundario de dos Lagunas Aerobias. El efluente final cumple con el Decreto 33-95 MARENA, sin embargo generara al igual que la segunda alternativa malos olores y criadero de mosquitos.

El dimensionamiento de los sistemas se observa detallado en al Apéndice F-1-5 y F-1-6.

• Criterios de Selección del Sistema de Tratamiento

Para determinar la mejor alternativa se realizó una lista de criterios evaluados subjetivamente con valores del 1 al 5, siendo 5 el puntaje máximo y 1 el puntaje mínimo. El mayor del promedio de evaluación para de cada sistema refleja cuál de estos es el más conveniente.

Cuadro 31. Matriz de Evaluación de los Sistemas de Tratamiento

Fuente: Elaboración Propia

Ilustración 10. Calificación Final de los Sistemas de Tratamiento

Fuente: Elaboración Propia

• Selección de Alternativa del Sistema de Tratamiento

Como se puede observar en la evaluación de los sistemas de tratamiento se seleccionó la alternativa 3 ya que se presenta como la más viable por el hecho de ser eficiente en términos sanitarios y la de menor costo entre las alternativas evaluadas.

• Alternativa Seleccionada

La alternativa seleccionada consiste básicamente en un sistema de pre-tratamiento, un tratamiento primario y un secundario, sus componentes son:

• Tratamiento Preliminar y Elementos Hidráulicos Secundarios

• Canal de Entrada

El Canal tiene una longitud total de 6.00 m con un ancho de 0.30 m y una altura de 0.50 m, tienen la capacidad de conducir el caudal de diseño (6.98 lts/seg) a una velocidad media de 0.46 m/seg, la cual no permite que se formen sedimentos en el fondo del canal, y a la vez evita turbulencia junto a las barras.

• Rejas de Limpieza Manual

Es de limpieza manual con el mismo ancho y alto del canal y una inclinación de 45° con respecto a la horizontal, la velocidad de paso es de 0.83 m/seg y la perdida es de tan solo 0.0034 m muy por debajo de 0.15 m que es lo máximo permisible, todo esto usando barras de ½".

• Desarenador

Se encuentra 1.00 m después de la Reja, es de 1.68 m de largo, 0.30 m de ancho y una profundidad total de 0.98 m, cabe mencionar que son dos unidades paralelas que funcionan para sedimentar el material mayor de 20 mm de las aguas que pasan a una velocidad promedio de 0.30 m/seg. El tiempo de retención de los sedimentos es de 15 días esperando un volumen de tolva de 0.30 m3 para el caudal de diseño.

• Medidor de Caudal Parshall

El medidor seleccionado tiene un ancho nominal de W= 6", es de concreto reforzado y lleva una velocidad promedio de 0.28 m/seg a través del tramo contraído presentando un régimen supercrítico, que evitara la sedimentación de material. Este se localiza después del desarenador a una distancia de 0.70 m y justo antes de la entrada a la Laguna Facultativa a una distancia de 7.00 m.

• Cajas

Estas son construidas con el fin de recolectar y distribuir uniformemente el caudal a cada unidad del sistema de tratamiento. El número de cajas es de 8, distribuidas y dimensionadas de la siguiente manera:

– 1 caja de 1.0 m x 1.0 m x 1.2 m, la cual está colocada al inicio del canal de distribución en el pretratamiento y recolecta todas las aguas provenientes de la Estación de Bombeo, y posee en su interior una pantalla reductora de velocidad del flujo.

– 1 caja de 1.0 m x 1.0 m x 1.07 m colocada a la salida del Canal Parshall y conduce el caudal a través de una manguera flexible de 6" hacia la caja de distribución de las lagunas Facultativas.

– 2 cajas de 1.0 m x 1.0 m x 1.07 m, distribuyen el agua uniformemente en las lagunas y se encuentra a la entrada de las Lagunas Facultativas y a la entrada de las Lagunas Aerobias.

– 2 cajas de 0.80 m x 0.80 m x 0.80 m, cada una ubicada en la salida de las Lagunas Facultativas y las Lagunas Aerobias.

– 1 caja de 0.80 m x 0.80 m x 0.80 m, ubicada 25 m después de la caja recolectora final de la planta de tratamiento desde donde se llevara por medio de una tubería de PVC de 6" a la disposición final.

Para mayor detalle la ubicación de cada una de estas cajas (Ver Plano 19).

• Mangueras de Distribución y Recolección

Las mangueras a utilizar en el sistema de tratamiento serán corrugadas de poliducto flexibles con un diámetro de 6" y colocadas sobre una zanja de sección transversal de 0.15 m por 0.20 m y protegidas en la parte superior por rejas de hierro de 6/8" con separaciones de 1" que van a lo largo de la zanja.

• Tratamiento Primario

• Lagunas Facultativas

Como se logra ver, los porcentajes estimados de remoción de DBO5 y Coliformes fecales fueron bajos, esto debido a recomendaciones basadas en experiencias sobre estructuras de este tipo en Nicaragua, dando entonces un efluente de 23.96 mg/DBO5 y 6.95E+04 de Coliformes Fecales, pasando posteriormente a un tratamiento secundario. Las dimensiones y tiempo de retención de esta obra se encuentran más detallados en el Apéndice F-1-5.

• Tratamiento Secundario

• Lagunas Aerobias

Para el tratamiento secundario los resultados del efluente fueron de 11.83 mg/DBO5 y 3.10E+01 de Coliformes Fecales, cumpliendo con la calidad solicitada por el decreto 33-95 de MARENA.

Las dimensiones y tiempo de retención de esta obra se encuentran más detallados en el Apéndice F-1-6.

• Diagnóstico de Impacto Ambiental

En los gráficos mostrados en el Apéndice I-3 e I-4 se puede observar los valores de Impacto Ambiental tanto en la etapa de construcción como en la etapa de operación mediante el área de influencia que indica si el conjunto de impactos es en su mayoría positivo o negativo en dicha etapa.

• Resultados del Impacto en la Etapa de Construcción

De acuerdo a la matriz de valoración, el balance en esta etapa resulta ser negativo, debido a actividades como los movimientos de tierra, ya que es necesario zanjear todas las calles de los tres barrios a intervenir para instalar las tuberías de recolección, afectando negativamente al suelo, facilitando la erosión y la perdida de suelo fértil.

En esta actividad se producen tolvaneras que incrementa el nivel de partículas en el aire, al mismo tiempo las maquinarias utilizadas producirán gases de combustión. Otros factores que afectarán negativamente son la visibilidad y la estética, ya que se presentaran obstáculos en las calles y el zanjeo impedirá el tráfico vehicular. Otro impacto negativo importante es esta fase son las vibraciones y los riesgos de seguridad para la población al haber excavaciones en calles donde transita gente agregando a esto la maniobrabilidad de equipos pesados.

El impacto positivo en esta etapa son los empleos a trabajadores y el beneficio a pequeños comerciantes. La duración de esta fase del proyecto en cuanto a tiempo es reducida hace que los efectos sean considerados como temporales implicando su reversibilidad a corto plazo. Lo anterior se puede evidenciar en el Grafico del Apéndice I-3 que muestra el balance de los impactos para la etapa de construcción, en él se aprecia que el mayor peso es negativo.

• Resultados del Impacto en la Etapa de Operación

En esta fase los impactos negativos de mayor incidencia son: la disminución de la cantidad de oxígeno disuelto (OD) contenido en el cuerpo receptor, el incremento de la demanda bioquímica de oxigeno (DBO) y de la demanda química de oxigeno (DQO) todo como consecuencia de la descarga del efluente final al cuerpo receptor. A su vez encontramos en el análisis, la contaminación por coliformes fecales, el incremento de nutrientes (fosfatos y productos nitrogenados) que inciden directamente en los procesos de eutrofización. Desde el punto de vista positivo, los principales factores son: La calidad sanitaria del ambiente local, la calidad de vida de sus pobladores, la salud de la población, reducción de índices de morbilidad y mortalidad infantil debido a la correcta disposición de aguas residuales foco de transmisión de enfermedades por vectores, etc. Mejora del bienestar social, plusvalía de la tierra y ampliación de servicios. En el Grafico del Apéndice I-4 aunque se observa una buena cantidad de impactos negativos se debe simplemente a que en el análisis se especificaron parámetros individuales con el fin de obtener una mayor visión de cómo se puede perjudicar al cuerpo de agua receptor. Aun así, los factores positivos sobresalen con respecto a los negativos llegando a la conclusión de que la obra significaría un progreso ambiental más que un retroceso.

• Estación de Bombeo

El caudal de bombeo es de 7.68 lts/seg asumiendo que el factor de aumento es del 10% con respecto al caudal de diseño que llega al último pozo de la red. Se estima que el tiempo máximo de retención dentro del pozo cárcamo es de 26.76 min, por debajo de los 30 min, esto significa bajas posibilidades de sedimentación del agua en el pozo. El número de ciclos máximos que se espera por hora es de 3.14, por debajo de lo recomendado (12 ciclos/hr). La altura estática que hay entre el nivel de agua mínimo en el pozo cárcamo y la caja de descarga en el pre-tratamiento fue de 19.62 m. La tubería de impulsión es de SDR-26 ASTM 2241, la cual es capaz de soportar la presión de trabajo que se le impone.

La estación se ubicó inmediatamente después del último pozo de visita PVS-1 y sus dimensiones son las siguientes:

• La cámara del canal de entrada y las rejas es de 2.5 m de largo, 2.36 de ancho y 3.906 de alto. En esta cámara se colocaron peldaños de acero que dan fácil acceso para su inspección y mantenimiento.

• El pozo cárcamo es internamente de 1 m de largo, 1 m de ancho y 4.64 de profundidad.

• La estación, además, cuenta con una cámara de válvulas ubicada en la parte superior del pozo cárcamo con dimensiones de 1.60 de ancho, 1.90 de largo y 2 m de altura. La estación cuenta con dos válvulas de retención y dos de compuerta, ambas de 6" colocadas una detrás de otra en las dos tuberías de impulsión, ósea primero la de retención y luego la válvula de compuerta para cada tubería.

• Costo y Presupuesto de Obras

El Costo y Presupuesto de cada una de las obras diseñadas y presentadas en Alternativas en este documento se pueden visualizar de mejor manera en el Apéndice H, resumiendo los costos totales en los Cuadros H-4, H-10 y H-13.

Cuadro 32. Costo Total del Sistema de Alcantarillado Sanitario

Fuente: Elaboración Propia

Conclusiones

• 1. La red de alcantarillado drenara en su totalidad por gravedad con una cobertura poblacional del 100%.

• 2. Para un periodo de diseño de 20 años la población servida será de 1634 habitantes y 439 viviendas.

• 3. El caudal de diseño esperado para este periodo será de 6.98 lts/seg, el caudal medio de 2.27 lts/seg considerando una dotación de agua potable de 150 lppd.

• 4. Las tuberías de la red de alcantarillado serán en su totalidad de PVC con SDR-41. La longitud total de tuberías será de 5,270.04 m y de 6" de diámetro.

• 5. Los pozos de visita sanitarios (PVS) son de tipo convencional con un total de 80 unidades, de los cuales 18 son con caídas.

• 6. Las pendientes mínimas y máximas de las tuberías son de 0.30% y 6.38% respectivamente, permitiendo velocidades de diseño dentro de los rangos recomendados por el INAA.

• 7. EL sistema de tratamiento será el propuesto en la alternativa III, la cual se basa en un pretratamiento, un tratamiento primario (Laguna Facultativa) y uno secundario (Laguna Aerobia), que se localizara contiguo al depósito de desechos sólidos del municipio.

• 8. La calidad del efluente resultante será de 11.83 mg/lt de DBO5 y 3.10E+01 de Coliformes Fecales, valores que se encuentran dentro de los límites establecidos por el MARENA en el Decreto 33-95 para vertidos en cuerpos receptores naturales.

• 9. Se utilizara una estación de bombeo para impulsar las aguas residuales hasta la ubicación del sistema de tratamiento a una distancia de 2000 m de la estación y con una altura estática de 19.64 m, con dos bombas sumergibles de 10 HP con una boca y tubería de impulsión de 6" en todo su trayecto.

• 10. Los impactos ambientales serán negativos únicamente en la etapa de construcción debido a las afectaciones que causaran los movimientos de tierra, la maquinaria pesada, etc. Sin embargo, en la etapa de operación se evidencia que el proyecto será beneficioso para la población desde el punto de vista ambiental, económico, social y de salud pública.

• 11. El costo total del proyecto será de C$ 38,032,599.06 equivalentes a US$ 1,565,127.53, con un costo per cápita de C$ 23,275.76 equivalente a US$ 957.85.

Recomendaciones

• 1. Se recomienda a la Alcaldía de Cárdenas buscar los fondos para la realización del proyecto ya que este tendrá un impacto significativo en la calidad de vida de la población y la economía del municipio.

• 2. Integrar en la ejecución de las obras todas las normas de construcción vigentes del país tales como RNC – 07, etc. Con la finalidad de obtener calidad en las estructuras.

• 3. Dar seguimiento a los manuales de mantenimiento de los sistemas y equipos a cabalidad para garantizar su correcto funcionamiento.

• 4. Verificar con topografía la ubicación correcta de los niveles de las tuberías ya que esto garantizara el funcionamiento hidráulico diseñado.

• 5. Incluir mano de obra local en la etapa constructiva de los sistemas.

• 6. Realizar estudios geotécnicos en los sitios donde se instalará el Sistema de Tratamiento y la Estación de Bombeo.

Bibliografía

• 1. APUNTES DE INGENIERÍA SANITARIA I. María Elena Baldizón Aguilar. Departamento de Hidráulica, FTC-UNI-RUPAP. 2007.

• 2. APUNTES DE INGENIERÍA SANITARIA I, ALCANTARILLADO SANITARIO. María Elena Baldizón Aguilar. Departamento de hidráulica FTC-UNI-RUPAP. 2006.

• 3. MONOGRAFÍA: DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO DE LA CIUDAD DE TELICA – LEÓN, NICARAGUA. Sheyla Pastora Chamorro, María Palacios Hurtado. INI. 2010.

• 4. MONOGRAFÍA: DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO DE LA CIUDAD DE DIRIAMBA – CARAZO, NICARAGUA. Pavel Plata Membreño, Víctor García Leiva, Fernando Baltodano Velásquez. INI. 2008.

• 5. MONOGRAFÍA: DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y SISTEMA DE TRATAMIENTO EN LA ZONA NOR-ESTE DE SAN RAFAEL DEL NORTE – JINOTEGA, NICARAGUA. Sonia Arauz Benavides, Fabiola Benavides Gonzales, José Díaz Sierra. INI. 2011.

• 6. GUÍAS TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. INAA.

• 7. TRATAMIENTOS PRELIMINARES. Max Lothar Hess, OPS/OMS – CEPIS. Lima 2005.

• 8. GUÍAS PARA EL DISEÑO DE TECNOLOGÍAS DE ALCANTARILLADO. OPS/CEPIS. UNATSABAR Lima. 2005

• 9. GUÍAS PARA EL DISEÑO DE ESTACIONES DE BOMBEO. OPS/CEPIS. UNATSABAR Lima. 2005.

• 10. GUÍA PARA EL DISEÑO DE DESARENADORES Y SEDIMENTADORES. OPS/CEPIS. UNATSABAR Lima. 2005.

• 11.  ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE TANQUE SÉPTICO, TANQUE IMHOFF Y LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN. OPS/CEPIS. UNATSABAR Lima. 2005.

• 12. GUÍA PARA EL DISEÑO DE TANQUES SÉPTICOS, TANQUES IMHOFF Y LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN. OPS/CEPIS. UNATSABAR Lima. 2005.

• 13. TRATAMIENTO Y DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES. Leonard Metcalf, Harrison P. Eddy. Editorial Labor S.A. 1981

• 14. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUAS RESIDUALES. ELAMASA Abastecimiento de Agua y Saneamiento. 2002.

• 15. GUÍA PRÁCTICA PARA SELECCIONAR UNA BOMBA ESPA en instalaciones domésticas. ESPA. 2009.

• 16. INVESTIGACIONES Y EXPERIENCIAS CON BIOFILTROS EN NICARAGUA, CENTRO AMÉRICA. XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México. 2002.

• 17. MANUAL DE DISEÑO: HUMEDAL CONSTRUIDO PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS GRISES POR BIOFILTRACIÓN. Dayna Yocum. Bren School of Environmental Science and Management, University of California, Santa Barbara. 2006.

• 18. MANUAL DE CONSTRUCCIÓN: HUMEDALES CONSTRUIDOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS. Karen Setty, Bren School of Environmental Science and Management, University of California, Santa Bárbara. 2008.

• 19. MANUAL DE MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO SANITARIO. INAA, Ing. Carlos Espinoza García. 2005.

• 20. EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL. Alfonso Garmendia Salvador, Adela Salvador Alcaide, Cristina Crespo Sánchez, Luis Garmendia Salvador. Pearson Prentice Hall. Edición 2005.

• 21. METODOLOGÍA DE ESTUDIOS DE IMPACTOS AMBIENTALES. José Reina Mulero, Vicente Ortega Pineda. Revista Digital, Investigación y Educación. 2005.

• 22. Ficha Municipal de Cárdenas – Alcaldía de Cárdenas – INIFOM, 2012

• 23. El Estado del Saneamiento en Nicaragua – CONAPAS, RASNIC y Water and Sanitation Program (WSP) Mayo 2008.

• 24. Plan de Desarrollo Institucional de ENACAL. 2008-2012.

• 25. Plan de Emergencia Sanitario Local, Cárdenas. 2012

Autor:

Franklin Eduardo Puerta Medrano

[1] “Mejoramiento y ampliación de los sistemas de agua potable de la localidad de Cárdenas, Rivas” –ENACAL, Enero de 2010.

[2] Plan de Desarrollo Institucional –ENACAL, 2008-2012

[3] Situación Epidemiológica de Cárdenas – MINSA, Semana 1-25 de 2012.

[4] Plan de Emergencia Sanitario Local (PESL) – MINSA, Febrero de 2012

[5] El Estado del Saneamiento en Nicaragua – CONAPAS y EL Programa de Agua y Saneamiento (WSP) del banco Mundial, Mayo de 2008.

[6] Departamento de Geografía – INETER

[7] Ficha Municipal Cárdenas – Alcaldía Municipal 2009-2011

[8] Ficha Municipal Cárdenas – Alcaldía Municipal 2009-2011

[9] Departamento de Meteorología – INETER

[10] Departamento de Geofísica – INETER

[11] Departamento de Geofísica – INETER

[12] Ficha Municipal Cárdenas – Alcaldía Municipal 2009-2011

[13] Departamento de Recursos Hídricos – INETER

[14] Plan de Emergencia Sanitario Local (PESL) – MINSA, Febrero de 2012.

[15] Departamento de Sismología – INETER

[16] Censo Nacional 2005 – INIDE, Ficha Municipal Cárdenas – Alcaldía Municipal, PESL – MINSA 2012

[17] Plan de Emergencia Sanitario Local (PESL) – MINSA, Febrero de 2012.

[18] Alcaldía Municipal de Cárdenas 2009

[19] Censo Agropecuario – INEC, 2000

[20] Capitulo II, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[21] Capitulo III, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[22] Capítulo V, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[23] Capítulo VI, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[24] Capitulo VIII, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[25] Capitulo IX, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[26] Capitulo X, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[27] Capitulo XI, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[28] Guías para el Diseño de Tanques Sépticos, Tanque Imhoff y Lagunas de Estabilización, OPS/CEPIS.

[29] Diseño de Humedales Artificiales para el Tratamiento de Aguas Residuales en la UNMSM

[30] Humedal Construido para el Tratamiento de Aguas Grises por Biofiltración – Dayna Yocum, University of California, santa Bárbara.

[31] Guías para el Diseño de Tanques Sépticos, Tanque Imhoff y Lagunas de Estabilización, OPS/CEPIS.

[32] Guías para el Diseño de Tanques Sépticos, Tanque Imhoff y Lagunas de Estabilización, OPS/CEPIS

[33] Capitulo VII, Guías Técnicas para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.

[34] Evaluación de Impacto ambiental – Alfonso Garmendia