EN EL MUNDO DE Rodríguez Soria, B. Domínguez Hernández, J. Cano Suñén, E. Pérez Bella, J.M. INGENIERÍA DEL. ABRIL 2011
0.- INTRODUCCIÓN: 1.360 millones de km 3, es decir 1.360 trillones de litros. Si dividimos esta cifra por cada ser humano, le correspondería a cada uno 250.000 millones de litros. Sin embargo, de esa enorme masa líquida, sólo el 3% es dulce y la mitad de ella es potable. Además, gran parte de las aguas dulces están bajo forma de hielos o son subterráneas y de difícil acceso. Sólo el 0,008% se hallan en lagos o ríos y circulan por napas de fácil acceso. agua potable, apta para beber y para los demás usos domésticos, sin materias orgánicas, gérmenes patógenos ni sustancias químicas. Abundante provisión de agua para beber a Islandia pero muy poca a Medio Oriente. 2.000 millones de personas en ocho países viven con escasez de agua.
1.- DESARROLLO del. En el Neolítico, el hombre pudo excavar los primeros pozos permanentes de agua. En el Imperio romano había agua corriente, es decir, un sistema de acueductos y tuberías que terminaba en los hogares, en los pozos y en las fuentes públicas. La Cloaca Máxima o Alcantarillado Mayor, era una de las más antiguas redes de alcantarillado del mundo. Servía para eliminar los desperdicios de una de la ciudade hacia el río Tíber. Su construcción pudo haber iniciado alrededor del año 600 A.C. Se encontraba excavada en el subsuelo de la ciudad, aunque hay teorías que confirman que estaba en la superficie. Los restos arqueológicos revelan intervenciones en épocas distintas, con diversos materiales y técnicas de construcción. como materiales de construcción, la piedra, la cerámica, la argamasa y más tarde el plomo. conducían los desperdicios desde baños públicos, retretes públicos y otros edificios de este tipo. Las residencias privadas de Roma, incluidas las más lujosas, debían conformarse con un pozo ciego. A partir del siglo XX se empezaron a utilizar nuevos materiales como el gres, el hierro colado, el hormigón, el PVC.
1.1.- Sistemas de saneamiento y Componentes redes unitarias: las que se proyectan y construyen para recibir en un único conducto. redes separativas: las que constan de dos canalizaciones totalmente independientes. Componentes principales de la red las alcantarillas los colectores las acometidas los emisarios interceptores otras estructuras más importantes: Estación depuradora y el vertido de las aguas tratadas. Al rio, mar o reutilizado para el riego. Estaciones de bombeo: necesarias cuando los colectores se encuentran a profundidades entre 4 y 6 m. Depósitos de retención: en caso de donde es necesario laminar las avenidas producidas por grandes tormentas.
Población con saneamiento: 68,32% Población con saneamiento en casa: 33,95% Situación en el año 2007: Población con abastecimiento de agua: 82,92% Población con abastecimiento en casa: 56,50%
1.2.- Modificaciones que ha experimentado el saneamiento 1.2.1.- Protección sanitaria: problemas sociales y sanitarios vinculados al proceso de industrialización y a la nueva sociedad urbana. Fue en las ciudades donde se produjeron los primeros intentos de mejora de la sanidad pública. Según la OMS, en 2000, 1.100 millones de personas (17% de la población mundial) carecían de un suministro mejorado de agua. Casi dos tercios de ellos viven en Asia. En África Subsahariana, cuatro de cada 10 personas carecen, hoy, de suministro 20 mejorado de agua. En cuanto a servicios mejorados de saneamiento, en 2002, 2.600 millones de personas no lo tenían. Casi 1.500 millones de ellos vivían en China e India. En África Subsahariana solo 36% contaba con esos servicios. Estas carencias están vinculadas a enfermedades como:
Diarrea: 4 mil millones de casos por año causan 1.8 millones de muertes (incluido el cólera), el 90% son niños menores de 5 años. El 88% de los casos es por abastecimiento y saneamiento deficientes. Su mejora reduciría entre un 38% y un 53% la tasa de afectados y la mejora de la calidad del agua potable hasta un 39%. Paludismo: 1.3 millones de personas mueren al año, también el 90% menores de 5 años. El número de casos al año es de 396 millones. Gusanos intestinales: infectan 1 cada 10 personas en el mundo en desarrollo. Tracoma: 6 millones de personas Los estudios encontraron que podrían reducir la tasa de infección en el 27 % si proporcionaran un abastecimiento de agua mejorado. Schistosomiasis: Infección causada por parásitos que viven en aguas contaminadas de ríos, lagos, riachuelos, etc. en áreas tropicales y subtropicales. 160 millones de personas están infectados, causando decenas de miles de muertos cada año sobre todo en el África Subsahariana. Los estudios muestran que el teniendo el acceso al abastecimiento de agua mejorado y el saneamiento podría reducir la tarifa de infección hasta el 77 %. Helmintiasis intestinales: Provocan graves alteraciones incluso cognitivas a 133 millones de personas, y mueren 9400 personas al año. Un adecuado abastecimiento y saneamiento reduciría un 33% de casos.
Encefalitis japonesa: El 55% de los casos muere o padece lesiones cerebrales permanentes. Se reduciría mejorando los recursos hídricos de regadío. Hepatitis A: 1,5 millones de casos al año. Consumo de arsénico: por consumo de aguas subterráneas contaminadas. La consumen hasta 35 millones de personas. Fluorosis: 1 millón en China tienen fluorosis ósea. Dracunlosis: en 1990 3,5 millones de casos. En 2002, 35000, solo en Africa Subsahariana.
Casos de cólera en el año 2000: 115037 Casos de cólera en el año 2007: 110837
Las carencias en agua y saneamiento ya no afectan a todas las regiones del mundo. Ni en Europa ni América del Norte, en cambio, en África Subsahariana y en Asia Meridional, 9 de cada 10 países se encontraban, por debajo del promedio mundial.
1.2.- Modificaciones que ha experimentado el saneamiento 1.2.2.- Protección del medio ambiente: El progreso económico de la sociedad, experimenta una necesidad de conservar y preservar la calidad del agua. Produciéndose un desplazamiento del objetivo de protección del uso al de protección del propio recurso. Durante siglos, los conductos de evacuación de aguas, se habían concebido, exclusivamente, para drenaje de aguas pluviales. Los primeros alcantarillados fueron de tipo unitario. En 1842, se establecía la necesidad de recoger las aguas residuales en un sistema específico de alcantarillado, proponiendo la utilización de conductos de gres y la separación de las aguas residuales de las pluviales, advocando por los sistemas separativos. La concentración de la contaminación, que produjo un agravamiento del estado de los ríos, creando condiciones higiénicas y ambientales inaceptables. Surgió la idea de que el vertido de aguas residuales no debería realizarse en rios, sino que debería utilizarse para fertilizar el suelo. Proponiendo el primer sistema de tratamiento (basado en la recogida, transporte del agua residual y su depuración).
A partir de este punto, se desarrollan los primeros sistemas de depuración, inicialmente dirigidos a la eliminación de materias sólidas y posteriormente complementados con la de la materia orgánica soluble mediante los tratamientos biológicos, primero los filtros percoladores (1897) y, posteriormente, los fangos activados (1914). 2.- POSIBLES SOLUCIONES: La experiencia acumulada durante varias décadas de utilización de tecnología convencional para el tratamiento de lechos percoladores y lodos activados, permitió llegar a la conclusión que estos métodos no son técnica ni económicamente adecuados para poblaciones de escasos habitantes. Se diseñan ecosistemas artificiales para detoxificar y purificar las aguas residuales. Estas plantas de tratamiento naturales, son copiadas de los ecosistemas llamados humedales. El proceso de tratamiento, los residuos se transforman y se reintegran al ambiente en forma no agresiva. En Argentina, se esta comenzando a utilizar este proceso. Comenzarían a utilizarse plantas (vegetales) flotantes que purificarían la superficie de un modo ecológico.
2.1.- Alternativas Viables: TRATAMIENTOS PRIMARIOS.- Fosa Séptica Tanque Imhoff Laguna Anaerobia Reactor UAS Decantación Primaria TRATAMIENTOS SECUNDARIOS.- Aplicación Subsuperficial Zanjas Filtrantes Lechos Filtrantes Pozos Filtrantes Filtros Intermitentes de Arena Lechos de Turba Aplicación Superficial Riego (Filtro verde) Lagunaje Facultativo Aireado Humedal Subsuperficial Superficial Biopelícula Lechos Bacterianos Biorrotores Fangos Activos Aireación Prolongada Canales de Oxidación TRATAMIENTOS TERCIARIOS.- Aplicación Superficial Humedal Desinfección Laguna Maduración
De todos los posibles sistemas de depuración para pequeños núcleos, los criterios de aplicación pueden ser: 1.- Los posibles sistemas de tratamiento forman seis grandes grupos: tratamientos primarios, aplicación subsuperficial, aplicación superficial, laguna-je, procesos biopelícula y tratamiento convencional. 2.- Los tratamientos primarios (fosa séptica, tanque Imhoff y decantación primaria), no resuelven más que de un modo parcial la depuración de las aguas residuales, y por tanto deben formar parte de un sistema de depuración más amplio. 3.- En núcleos muy reducidos (P < 200 hab.), cuando se disponga de terreno suficiente y adecuado, las soluciones de aplicación subsuperficial pueden resultar más económicas y viables, obteniéndose unos efluentes de alta calidad. 4.- En poblaciones superiores, los costos y necesidades de terreno hacen inviable el uso de los sistemas de aplicación subsuperficial. 5.- En tales casos, la elección del sistemas más adecuado debe hacerse en base a criterios amplios de selección, que contemplen los nueve efectos analizados, considerando las particularidades propias del lugar, que pueden excluir o hacer más viables unas soluciones frente a otras. 6.- De un modo muy genérico, siempre que las disponibilidades de terreno sean suficientes y los efluentes tengan la calidad exigida en cada caso concreto, la prioridad en la selección de los procesos de depuración va en el siguiente orden: aplicación superficial al terreno, lagunaje, procesos biopelícula y tratamiento convencional. 7.- En general resulta necesario o conveniente la combinación de sistemas de depuración, como pueden ser los siguientes casos: tanque Imhoff + lechos de turba, tanque Imhoff + filtros verdes, lagunaje + filtros verdes, lechos bacterianos + aireación prolongada, lagunaje aireado + lagunaje facultativo, lagunaje anaerobio + lagunaje facultativo + lagunaje de madu-ración, etc.
El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reuso. Es muy común llamarlo depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables. El tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial de sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados esos materiales por equipo especial; posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos como la arena) seguido de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separe los sólidos suspendidos existentes en el agua residual. Para eliminar metales disueltos se utilizan reacciones de precipitación, que se utilizan para eliminar plomo y fósforo principalmente. A continuación sigue la conversión progresiva de la materia biológica disuelta en una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en estas aguas. Una vez que la masa biológica es separada o removida (proceso llamado sedimentacion secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos adicionales (tratamiento terciario) como desinfección, filtración, etc. El efluente final puede ser descargado o reintroducido de vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc). Estos procesos de tratamiento son típicamente referidos a un: Tratamiento primario (asentamiento de sólidos) Tratamiento secundario (tratamiento biológico de la materia orgánica disuelta presente en el agua residual, transformándola en sólidos suspendidos que se eliminan fácilmente) Tratamiento terciario (pasos adicionales como lagunas, micro filtración o desinfección).
3.- TECNOLOGÍA APROPIADA: El concepto de la tecnología apropiada en los sistemas de agua servida, abarca dimensiones técnicas, institucionales, sociales y económicas
4.- NTE. Depuración y Vertido. ISD (1.974): DISEÑO: 1. Ámbito de aplicación: Red de evacuación que sirve a una población P no mayor de 10.000 habitantes. 2. Información previa: + Urbanística Número máximo de habitantes de la zona. + Topografia Emplazamiento de la estación depuradora y el lugar de vertido. Cota. + Geotécnica Disposición y composición estratigráfica del terreno. + Hidrológica Cota del nivel de crecida máxima anual del rlo.
3. Criterio de diseño: A. Fosa séptica y zanjas filtrantes Cámara de grasas. Recibe las aguas residuales no fecales. Las grasas en suspensión flotan en el agua residual, de donde son retiradas periódicamente. Pozo de registro. Recibe las aguas residuales fecales y las procedentes de la cámara de grasas. Fosa séptica. Recibe las aguas procedentes del pozo de registro. Consta de tres compartimentos. Al llegar el agua al primero, decanta la materia más densa y se deposita en el fondo en forma de lodo; la materia más ligera forma en la superficie una espuma flotante. El agua pasa al segundo compartimento a través de orificios a media altura. En este compartimento se produce la decantación de los sólidos arrastrados por el efluente y la formación de espumas es menor. El efluente pasa al tercer compartimento donde permanece hasta que alcanza el nivel necesario para descargarse a través de un sifón, a la arqueta de reparto. Arqueta de reparto. Recibe el efluente procedente de la fosa séptica. El sistema de compuertas que lleva incorporado, permite distribuir el efluente; a través de pozos de registro, entre las zanjas filtrantes. Zanja filtrante. Recibe el efluente procedente de la arqueta de reparto, el cual a su paso a través de la arena se depura por vía aerobia y pierde las partlculas en suspensión, filtrándose finalmente al terreno.
3. Criterio de diseño: B. Fosa séptica y pozos filtrantes Sistema de depuración de aguas residuales constituido por: Cámara de grasas. Recibe las aguas residuales no fecales. Las grasas en suspensión flotan en el agua residual, de donde son retiradas periódicamente. Pozo de registro. Recibe las aguas residuales fecales y las procedentes de la cámara de grasas. Fosa,séptica. Recibe las aguas procedentes del pozo de registro. Consta de tres compartimentos. Al llegar el agua al prímero, decanta la matería mas densa y se deposita en el fondo en forma de lodo; la materia más ligeraforma en la superficie una espuma flotante. El agua pasa al segundo compartimento a través de orificios a media altura. En este compartimento se produce la decantación de los sólidos arrastrados por el efluente y la formación de espumas es menor. El efluente pasa al tercer compartimento donde permanece hasta que alcanza el nivel necesario para descargarse a través de un sifón, a la arqueta de reparto. Arqueta de reparto. Recibe el efluente procedente de la fosa séptica. El sistema de compuertas que lleva incorporado, permite distribuir el efluente a través de pozos de registro, entre los pozos filtrantes. Pozo filtrante. Recibe el efluente procedente de la arqueta de reparto, el cual pasa al terreno, donde se depura por vía aerobia y pierde las partículas en suspensión.
3. Criterio de diseño: C. Fosa séptica y filtros de arena Camara de qrasas. Recibe las aguas residuales no fecales. Las qrasas en suspensión flotan en el agua residual, de donde son retiradas periódicamente. Pozo de registro. Recibe las aguas residuales fecales y las procedentes de la cámara de grasas. Fosa séptica. Recibe las aguas procedentes del pozo de registro. Consta de tres compartimentos. Al llegar el aqua al primero, decanta la materia más densa y se deposita en el fondo en forma de lodo; la materia más ligera forma en la superficie una espuma flotante. El agua pasa al segunda compartimento a través de orificios a media altura. En este compartimento se produce la decantación de los sólidos arrastn:1uos por el efluente y la formación de espumas es menor. El efluente pasa al tercer compartimento donde permanece hasta que alcanza el nivel necesario para descargarse a través de un sifón, a la arqueta de reparto. Arqueta de reparto. Recibe el efluente procedente de la fosa séptica. El sistema de compuertas que lleva incorporado, permite distribuir el efluente, a través de pozos de registro, entre los pozos filtrantes. Filtros de arena. El efluente procedente de la arqueta de reparto pasa a los filtros de arena, donde se depura. El efluente depurado se recoje en conductos porosos situados en el fondo del filtro para llevarlo a verter a un terreno permeable, río o mar.
3. Criterio de diseño: D. Fosa de decantación-digestión y zanjas filtrantes Cámara de grasas. Recibe las aguas residuales no fecales. Las grasas en suspensión flotan en el agua residual, de donde son retiradas periódicamente. Pozo de registro. Recibe las aguas residuales fecales y las procedentes de la cámara de grasas. Fosa de decantación digestión. Recibe el agua residual, procedente del pozo de registro. La disposición de la fosa hace que los sólidos más pesados decanten en el fondo, en forma de lodo, mientras los más ligeros quedan en la superficie en forma de espuma. Los lodos depositados en el fondo de la fosa reducen su materia orgánica, en un proceso de digestión debido a bacterias anaerobias. Los gases que se producen son recogidos y expulsados a la atmósfera a través de la cámara de grasas. El agua residual atraviesa la fosa sin entrar en contacto con los lodos en digestión y sale hacia la arqueta de reparto. Arqueta de reparto. Recibe el efluente procedente de la fosa séptica. El sistema de compuertas que lleva incorporado, permite distribuir el efluente, a través de pozos de registro, entre las zanjas filtrantes. Zanja filtrante. Recibe el efluente procedente de la arqueta de reparto, el cual a su paso a través de la arena se depura por vía aerobia y pierde las partículas en suspensión, filtrándose finalmente al terreno.
3. Criterio de diseño: E. Fosa de decantación-digestión y pozos filtrantes Cámara de grasas. Recibe las aguas residuales na fecales. Las grasas en suspensión flotan en el agua residual, de donde son retiradas periódicamente. Pozo de registro, Recibe las aguas residuales fecales y las procedentes de la cámara de grasas. Fosa de decantación digestión. Recibe el agua residual, procedente del pozo de registro, La disposición de la fosa hace que los sólidos más pesados decanten en el fondo, en forma de lodo, mientras los más I'lgeros quedan en la superficie en forma de espuma, Los lodos depositados en el fondo de la fosa reducen su materia orgánica, en un proceso de digestión debido a bacterias anaerobias, Los gases que se producen son recoyiuos y expulsados a la atmósfera a través de la cámara de grasas. El agua residual atraviesa la fosa sin entrar en contacto con los lodos en digestión y sale hacia la arqueta de reparto. Arqueta de reparto. Recibe el efluente procedente de la fosa séptica, El sistema de compuertas que lleva incorporado, permite distribuir el efluente entre los pozos fiitrantes. Pozo filtrante. Recibe el efluente procedente de la arqueta de reparto, el cual pasa al terreno. donde se depura por vía aerobia y pierde las partrculas en suspensión.
3. Criterio de diseño: INGENIERÍA DEL F. Fosa de decantación-digestión y filtros de arena Cámara de grasas. Recibe las aguas residuales no fecales. Las grasas en suspensión flotan en el agua residual, de donde son retiradas periódicamente. Pozo de registro. Recibe las aguas residuales fecales y las procedentes de la cámara de grasas, Fosa de decantación digestión. Recibe el agua residual, procedente del pozo de registro. La disposición de la fosa hace que los sólidos más pesados decanten en el fondo, en forma de lodo. mientras los más ligeros quedan en la superficie en forma de espuma, Los lodos depositados en el fondo de la fosa reducen su materia orgánica, en un proceso de digestión debido abacterias anaerobias, Los gases que se producen son recogidos y expulsados a la atmósfera a través de la cámara de grasas, El agua residual atraviesa la fosa sin entrar en contacto con los lodos en digestión y sale hacia la arqueta de reparto, Arqueta de reparto. Recibe el efluente procedente de la fosa séptica, El sistema de compuertas que lleva incorporado, permite distribuir el efluente a través de pozos de registro entre los pozos filtrantes. Filtros de arena. El efluente procedente de la arqueta de reparto pasa a los filtros de arena, donde se depura, El fluente depurado se recoje en conductos porosos situados en el fondo del filtro para llevarlo a verter a un terreno permeable, rio o mar.
3. Criterio de diseño: INGENIERÍA DEL G. Aireación prolongada mediante soplantes Cámara de desbaste simple. La cámara consta de dos canales, a los que se da paso mediante compuertas que pueden cerrar el paso del agua residual hacia uno de ellos para su reparación o limpieza. Hacia el centro de cada canal hay una reja inclinada que retiene los elementos gruesos. Los residuos retenidos se elevan manualmente a una bandeja perforada situada sobre el canal por donde el agua residual discurre hacia el arenero, con objeto de que el agua extrarda caiga de nuevo en su mayor parte a dicho canal, obteniéndose los residuos retenidos tan secos como sea posible. Arenero. Recibe el agua, procedente de la cámara de desbaste simple, la cual se conduce mediante compuertas hacia uno o dos canales donde se decantan las arenas. Tanque de aireación prolongada mediante soplantes. El efluente procedente del arenero llega a un tanque en cuyo fondo existen una serie de soplantes, a los que llega el aire procedente de un moto-compresor. La masa de agua sufre una aireación que la agita arrastrando los lodos y manteniéndolos en movimiento. La aireación mantiene una población bacteriana de tipo aerobio que metaboliza las sustancias orgánicas presentes, reduciéndolas a compuestos más simples, inofensivos o incorporándolas a su masa celular. Asimismo favorece la coagulación o floculación de las sustancias en suspensión para su decantación posterior. Esta agua pasa a través de unos orificios situados a media altura, a un tanque de decantación, donde los lodos caen al fondo y regresan al tanque de aireación, mientras que el agua depurada rebosa y pasa a la estación de esterilización o al vertido cuando ésta no sea necesaria. Parte de los lodos quedan retenidos, sin regresar al tanque de aireación, en una cámara de donde pasa a los lechos de secado. Lechos de secado. A través de una tubería, los lodos procedentes del tanque de aireación prolongada se distribuyen entre los lechos de secado donde los lodos reposan hasta su total desecación. Cámara de esterilización. Cuando las aguas procedentes del tanque de aireación hayan de verterse a cauces calificados como protegidos o vigilados o al mar en proximidad de playa, pasarán previamente por una cámara de esterilización donde completan su depuración por tratamiento químico.
3. Criterio de diseño: H. Fosa séptica y zanjas filtrantes Cámara de desbaste con limpieza mecánica. A la entrada de la cámara, el agua residual pasa a través de una reja inclinada que retiene los elementos más gruesos. La limpieza de esta reja será manual. El agua residual desbastada pasa a una cámara formada por dos rejas en paralelo, una de ellas con limpieza automática de los residuos retenidos, quedando la otra en reserva para caso de reparación o mant :nimiento de la automática. Los residuos se depositan sobre una bandeja perforada, a fin de que el agua extrarda caiga de nuevo en el canal que conduce el agua hacia el arenero. Arenero. Recibe el agua, procedente de la cámara de desbaste de limpieza mecánica, la cual se conduce mediante compuertas hacia uno o dos canales donde se decantan las arenas. Tanque de aireación prolongada mediante turbinas. El agua procedente del arenero llega a un tanque, donde ha,y una turbina que agita el agua mediante giro de sus paletas produciendo su aireación y manteniendo los lodos en movimiento. La aireación mantiene una población bacteriana de tipo aerobio que metaboliza las sustancias orgánicas presentes, reduciéndolas a compuestos más simples inofensivos o incorporándolas a su masa celular. Asimismo favorece la coagulación o floculación de las sustancias en suspensión para su decantación posterior. Este agua pasa a través de unos orificios a media altura, a un tanque de decantación, donde los lodos caen al fondo y regresan al tanque de aireación, mientras el agua depurada rebosa y pasa a la cámara de esterilización o a vertido, cuando esta no sea necesaria. Parte de los lodos quedan retenidos, sin regresar al tanque de aireación, en una cámara, de donde pasan a los lechos de secado. Lechos de secado. A través de una tubería, los lodos procedentes del tanque de aireación prolongada se distribuyen entre los lechos de secado donde los lodos reposan hasta su total desecación. Cámara de esterilización. Cuando las aguas procedentes del tanque de aireación hayan de verterse a cauces calificados como protegidos o vigilados o al mar en proximidad de playa, pasarán previamente por una cámara de esterilización donde completan su depuración por tratamiento químico.