OPS-COSUDE/06-06 CRITERIOS BÁSICOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS DE AGUA Y SANEAMIENTO EN LOS ÁMBITOS RURAL Y DE PEQUEÑAS CIUDADES Lima, 2006
Tabla de contenido 1. Introducción... 3 2. Objetivo... 3 3. Aplicación... 3 4. Consideraciones generales... 3 4.1 Consideraciones según región geográfica... 4 5. Localidades rurales y pequeñas ciudades... 5 5.1. Localidades rurales... 5 5.2. Pequeñas ciudades... 5 6. Parámetros básicos de diseño... 6 6.1. Población... 6 6.2. Período de diseño... 7 6.3. Dotación de agua... 7 6.3.1. Sistemas convencionales... 7 6.3.2. Sistemas no convencionales... 8 6.4. Variaciones de consumo... 8 7. Opciones técnicas para agua y saneamiento... 9 7.1. Localidades rurales... 9 7.1.1. Para abastecimiento de agua potable... 9 7.1.2. Para saneamiento... 17 7.2. Pequeñas localidades... 23 7.2.1. Para abastecimiento de agua potable... 23 7.2.2. Para saneamiento... 29 7.2.3. Tratamiento de aguas residuales... 33 7.3. Niveles de servicio de los proyectos... 40 8. Aspectos de riesgos, vulnerabilidad y seguridad en sistemas de agua y saneamiento... 41 8.1. Aspectos de riesgos para la salud... 41 8.1.1. En relación a los sistemas de agua potable... 41 8.1.2. En relación a los sistemas de saneamiento... 45 8.2. Aspectos de vulnerabilidad... 45 8.2.1. Medidas de mitigación y emergencia... 46 8.3. Aspectos de seguridad de las personas... 47 9. Referencias bibliográficas... 50 Página - 2 -
Criterios básicos para la implementación de sistemas de agua y saneamiento en los ámbitos rural y de pequeñas ciudades 1. Introducción La elaboración del Expediente Técnico Social y Ambiental de un proyecto de agua y saneamiento, es el proceso mediante el cual se desarrolla el diseño de la opción técnica y niveles de servicios elegidos por la comunidad organizada y la propuesta de capacitación y fortalecimiento de capacidades, compatible con la alternativa seleccionada y con las características geográficas, ambientales, sociales, culturales y económicas de la localidad. Un aspecto importante en la elaboración del mencionado expediente es el tema técnico, mediante el cual respetando los criterios básicos para el diseño de ingeniería, permite la implementación de adecuados sistemas de agua y saneamiento con criterios de seguridad que contribuyan a disminuir los riesgos a la salud y la vulnerabilidad de las instalaciones. Junto con la asistencia técnica para la construcción de la infraestructura, es preciso incorporar en una sola intervención aspectos: sociales, de gestión, educativos y de generación de capacidades en las comunidades para la gestión de los servicios y en las municipalidades distritales para la asistencia técnica y la supervisión posterior a los servicios instalados. En tal sentido, el presente documento se constituye como una herramienta dirigida a los diversos actores involucrados en los sistemas de agua y saneamiento orientada a presentar los criterios técnicos básicos necesarios para la buena calidad de las obras correspondientes a dichos sistemas. 2. Objetivo Establecer los criterios técnicos básicos para la implementación de sistemas de agua y saneamiento en los ámbitos rurales y de las pequeñas ciudades. 3. Aplicación La presente Guía es de utilidad para todas aquellas instituciones, organismos, empresas y profesionales, que elaboren, aprueben y/o ejecuten proyectos de agua potable y saneamiento para localidades rurales con poblaciones concentradas o moderadamente dispersas y en pequeñas ciudades. 4. Consideraciones generales Desarrollar proyectos de agua y saneamiento en poblaciones rurales y pequeñas ciudades con tecnologías que sean las más adecuadas para estas localidades. Se deben tener en cuenta los criterios técnicos establecidos, de tal forma que se obtengan sistemas correctamente diseñados, construidos, operados y mantenidos. - 3 -
4.1 Consideraciones según región geográfica a) Región Costa La mayor parte de la franja de tierra está conformada principalmente por esteros, pampas desérticas, valles y la cordillera de la costa y las playas, se caracteriza por tener pocas fuentes de agua superficial y acuíferos profundos. b) Región Sierra Factores que deben considerarse Calidad del agua de la fuente. Profundidad de los acuíferos. Periodos de sequía. Suelos arenosos. Tipo y permeabilidad del suelo. Velocidad y dirección del viento (Utilización de energía eólica). Condiciones de operación y mantenimiento. Facilidades para el vaciado de tanques o pozos sépticos. Zonas que pueden ser afectadas por fenómenos naturales (fenómeno del niño, sismos, etc.). Comprendida por zonas de agreste topografía; esta región es favorable para la implementación de sistemas de agua debido a la existencia de manantiales y fuentes superficiales; sin embargo, la topografía accidentada puede plantear problemas técnicos muy complejos para la solución de los requerimientos de los sistemas de agua y saneamiento previstos. c) Región Selva Factores que deben considerarse Tipo de suelos (rocosos). Nivel freático. Periodos de sequía y otros fenómenos naturales. Profundidad de los acuíferos (implementación de bombas manuales). Evaluación de precipitación pluvial (Captación de aguas de lluvia). Velocidad y dirección del viento (Utilización de energía eólica). Demanda para reuso de desechos. Facilidades para el vaciado de tanques o pozos sépticos. Tipo y permeabilidad del suelo. Condiciones de operación y mantenimiento. La situación geográfica y de clima conlleva a realizar en algunos casos, obras complejas de abastecimiento de agua y saneamiento para cubrir las necesidades de las poblaciones rurales y urbanas mediante sistemas convencionales; sin embargo, se han desarrollado sistemas no convencionales para que las poblaciones rurales dispersas existentes en esa región, tengan acceso a los mencionados sistemas. - 4 -
Factores que deben considerarse Suelos arcillosos. Zonas inundables. Nivel freático. Calidad del agua (Variaciones de turbidez de la fuente, acidez, etc.). Profundidad de los acuíferos (implementación de bombas manuales). Evaluación de precipitación pluvial (Captación de aguas de lluvia). Tipo y permeabilidad del suelo. Condiciones de operación y mantenimiento. Demanda para reuso de desechos. Facilidades para el vaciado de tanques o pozos sépticos. 5. Localidades rurales y pequeñas ciudades El 6 de agosto de 2005, se publica el Decreto Supremo Nº 016-2005-Vivienda conteniendo modificaciones al Reglamento de la Ley General de Servicios de Saneamiento, el cual desarrolla el marco legal que regula la prestación de los servicios de saneamiento en el ámbito rural y pequeñas ciudades. Este dispositivo legal considera ámbito rural y de pequeñas ciudades a aquellos centros poblados que no sobrepasen los 30 000 habitantes. En la mayoría de las localidades el servicio es deficiente, de mala calidad y discontinuo. Por esta razón, este Decreto Supremo está orientado a mejorar los servicios de agua y saneamiento. En el caso de las localidades rurales con la participación de las Organizaciones Comunales 1 y en las pequeñas ciudades, presentan un nuevo modelo de gestión basado en un enfoque en el cual la municipalidad asociada con la comunidad delega la administración del servicio a un operador local especializado mediante un contrato 2. 5.1 Localidades rurales Centro poblado del ámbito rural es aquel que no sobrepase de dos mil (2 000) habitantes. 5.2 Pequeñas ciudades Pequeña ciudad es aquella que tiene entre dos mil uno (2 001) y treinta mil (30 000) habitantes. Con el fin de tener servicios sostenibles de agua y saneamiento en las localidades debe existir la participación activa de la comunidad, la municipalidad y los operadores locales. 1 Organización Comunal: Las Juntas Administradoras de Servicios de Saneamiento, Asociación, Comité u otra forma de organización, elegidas voluntariamente por la comunidad, constituidas con el propósito de administrar, operar y mantener los servicios de saneamiento en uno o más centros poblados del ámbito rural. 2 Operador Especializado: Organización privada con personería jurídica y carácter empresarial que, una vez desarrollado el proceso de selección, negociación y suscripción del contrato con la municipalidad, se hace cargo de la prestación de los servicios de saneamiento en el ámbito de las pequeñas ciudades. - 5 -
Dentro del nivel rural, existen aquellas poblaciones considerados como población dispersa, generalmente menores de doscientas (200) habitantes, conformados por pobladores que habitan en grupos muy pequeños, donde las viviendas se encuentran separadas por distancias considerables, haciendo difícil que se les pueda atender con las tecnologías de agua y saneamiento convencionales. Por las condiciones de ubicación, topografía, distancia entre las viviendas y la escasa integración entre los pobladores, se dificulta la adopción de tecnologías destinadas a grupos poblacionales mayores; de tal forma que son las tecnologías no convencionales las que pueden brindar un nivel adecuado de servicios de agua y saneamiento a estos pobladores. 6. Parámetros básicos de diseño Los parámetros de diseño permiten establecer los requisitos mínimos de diseño para sistema de abastecimiento de agua potable y disposición sanitaria de excretas y aguas residuales. En la presente guía se consideran los parámetros que el sector viene utilizando en la implementación de programas para los ámbitos rural y de pequeñas ciudades, mientras que para población dispersa valores promedios en la Región. Los valores de los parámetros de diseño, las características de los elementos, los coeficientes aplicables en fórmulas y otros son presentados en este ítem. Debe tenerse en cuenta que al proponer y definir la opción técnica y el nivel de servicio a aplicarse en cada caso, deberá considerarse las condiciones socioeconómicas de la localidad, así como la actividad, hábitos y disponibilidad de los pobladores a aceptar los sistemas propuestos, su condición de usuario y los costos que demande la administración, operación y mantenimiento. 6.1 Población La población es la que determina los requerimientos de agua. Las obras no se diseñan para satisfacer sólo necesidades del momento actual sino que deben prever el crecimiento de la población, por lo que es necesario estimar cual será la población futura a ser atendida por el sistema de agua y saneamiento. Asimismo, de ser el caso, debe considerarse la población permanente, flotante y migratoria. Para efectuar el cálculo de la población futura el proyectista puede adoptar el criterio más adecuado, tomando en cuenta datos censales u otra fuente que refleje el crecimiento poblacional, lo que debe ser debidamente sustentado. Deberá proyectarse la población para un periodo de 20 años. Una de las fórmulas que puede emplearse, especialmente para el medio rural, es la siguiente: Pf = Po * (1 + r*t/100) Donde: Pf = Población futura (habitantes) Pa = Población actual (habitantes) r = Coeficiente de crecimiento anual (expresado en %) t = Tiempo (años) - 6 -
6.2 Período de diseño Es el tiempo durante el cual el sistema de agua y saneamiento será eficiente. Los períodos de diseño de los diferentes componentes del sistema se determinarán considerando los siguientes factores: Vida útil de las estructuras y equipos. Grado de dificultad para realizar la ampliación de la infraestructura. Crecimiento poblacional. Economía de escala. Los períodos de diseño recomendables son los siguientes: Cuadro 1. Períodos de diseños recomendables Elemento del sistema Obras de captación Pozos Plantas de tratamiento (1) Reservorio Tuberías de conducción, impulsión distribución Caseta de bombeo Período (años) 20 Equipos de bombeo 10 6.3 Dotación de agua (1) Dependiendo del tipo de tratamiento y crecimiento poblacional puede optarse por un período de diseño de 10 a 12 años. Es la cantidad de agua asignada a una persona por día. Está vinculada con el nivel de servicio. Como valores guía se tomarán los que se indica a continuación, teniendo en cuenta la zona geográfica, clima, hábitos, costumbres y niveles de servicio a alcanzar: 6.3.1 Sistemas convencionales Para los sistemas convencionales se aplicarán los siguientes valores: Cuadro 2. Dotación para sistemas convencionales Zona Rural Sierra 40 Costa 50 Selva 60 Dotación lt/hab/día Pequeñas ciudades 100-7 -
En el caso de adoptarse sistema de abastecimiento de agua potable a través de Piletas públicas la dotación será de 20 a 40 lt/hab/día. 6.3.2 Sistemas no convencionales En el caso de emplearse otras soluciones técnicas para pozos equipados con bombas de mano o accionadas por energía eólica, captación de agua de lluvia o protección de manantiales se podrá considerar dotaciones menores de 20 lt/hab/día. Cuadro 3: Dotación para sistemas no convencionales Zona Sierra Costa Selva Dotación (lt/hab/día) 10 20 6.4 Variaciones de consumo a) Consumo promedio diario anual (Qp) Donde: Qp = Caudal promedio (litros/segundo) Dot = Dotación (lt/hab/día) Pf = Población futura (habitantes) b) Consumo máximo diario (Qmd) Qp = (Dot * Pf) / 86 400 Se define como el día de máximo consumo de una serie de registros observados durante los 365 días del año. Para calcular el consumo máximo diario, se considerará un valor de 1,3 veces el consumo promedio diario anual. Qmd = 1,3 * Qp c) Consumo máximo horario (Qmh) Se define como la hora de máximo consumo de una serie de registros observados durante las 24 horas del día. - 8 -
Para calcular el consumo máximo horario, se considerará un valor de 2 veces el consumo promedio diario anual. Qmh = 2,0 * Qp d) Caudal de bombeo (Qb) Para el caudal de bombeo se considerará un valor de 24/N veces el consumo máximo diario, siendo N el número de horas de bombeo. 7. Opciones técnicas para agua y saneamiento La necesidad de aplicar la tecnología más adecuada en una determinada localidad, implica el análisis de factores técnicos, sociales, económicos y ambientales. Para ello es importante conocer dos aspectos: Opción técnica y Nivel de servicio, los que serán presentados a continuación. Opciones técnicas son aquellas soluciones de ingeniería que han sido probadas y validadas, compatibles con las características físicas, sociales y económicas de la población rural, que permiten de manera óptima y a un bajo costo, dotarla con servicios integrales de agua potable y saneamiento. 7.1 Localidades rurales La ampliación de la cobertura de los sistemas de abastecimiento de agua y saneamiento en los países de la Región mediante la construcción de sistemas sostenibles, es uno de los grandes retos que enfrentan los gobiernos en general y los técnicos en especial. 7.1.1 Para abastecimiento de agua potable Uno de los criterios básicos para lograr la sostenibilidad de los sistemas de abastecimiento de agua, es que la opción tecnológica y el nivel de servicio estén basados en las condiciones físicas, económicas, sociales y culturales de la comunidad a ser atendida; para ello debe brindarse la mayor información a la población para determinar o seleccionar el tipo de sistema o de servicio más conveniente a la comunidad. Sistemas convencionales Qb = Qmd * 24/N Son aquellos que brindan un servicio público de abastecimiento de agua a nivel de vivienda mediante conexiones domiciliarias, mediante un sistema de distribución de agua diseñado para proporcionar la calidad y cantidad de agua establecidas por las normas. - 9 -
A) Sistemas de abastecimiento de agua por gravedad sin tratamiento a) Descripción Son sistemas cuyas fuentes son aguas subterráneas o subálveas. Las primeras afloran a la superficie del terreno bajo la forma de manantiales y las segundas son captadas por medio de galerías filtrantes. En estos sistemas de abastecimiento, por ser el agua filtrada en los estratos porosos del subsuelo, la desinfección puede ser no muy exigente. La particularidad de este tipo de sistema de abastecimiento radica en la captación, que para casos de manantiales puede ser de ladera o de fondo, y para galerías filtrantes por drenes subsuperficiales. b) Esquema Figura 1. Sistema de abastecimiento de agua por gravedad sin tratamiento c) Ventajas y desventajas Cuadro 4. Ventajas y desventajas del sistema por gravedad sin tratamiento Ventajas Desventajas Mínima operación y mantenimiento. Bajo costo de inversión. Bajas tarifas por el servicio. Sistema altamente confiable. No requiere de tratamiento de clarificación. Bajo o nulo contenido de coliformes y puede ser usado sin desinfección permanente. Por su origen el agua puede contener un alto contenido de sales disueltas. - 10 -
B) Sistemas de abastecimiento de agua por gravedad con tratamiento a) Descripción Abastecimiento de agua por medio de red de distribución a partir de las fuentes superficiales que requieren de tratamiento y ubicados en la parte alta de la localidad. Las fuentes de agua de estos sistemas están compuestas por aguas superficiales que discurren por canales, acequias, ríos, etc., por lo que requieren ser clarificadas y desinfectadas. Estos tipos de sistemas están equipados con plantas de tratamiento diseñadas en función de la calidad física, química y bacteriológica del agua cruda. b) Esquema Captación Conducción Planta de Tratamient Reservorio Aducción Redes de distribución c) Ventajas y desventajas Figura 2. Sistema de abastecimiento de agua por gravedad con tratamiento Cuadro 5. Ventajas y desventajas del sistema por gravedad con tratamiento Ventajas Mejora la calidad del agua. Normalmente, se dispone de agua las 24 horas del día. Nivel de servicio por conexiones domiciliarias y/o piletas públicas. - 11 - Desventajas Requiere de personal capacitado para operar y mantener la planta de tratamiento. Puede demandar del uso de productos químicos para el tratamiento del agua. Requiere desinfección obligatoria Mayor costo de O & M que los sistemas GST Tarifas más elevadas Puede ser un medio de transmisión de enfermedades
C) Sistemas de abastecimiento de agua por bombeo sin tratamiento a) Descripción Están compuestos por sistemas cuya fuente de aguas subterráneas o subválveas afloran o se encuentran por debajo de la cota mínima de abastecimiento de la localidad a ser servida y que demandan de algún tipo de equipo electromecánico para impulsar el agua hasta el nivel donde pueda atender a la comunidad. b) Esquema Aducción Redes de distribución Reservorio Estación de bombeo Pozo c) Ventajas y desventajas Figura 3: Sistema de abastecimiento de agua por bombeo sin tratamiento Cuadro 6: Ventajas y desventajas del sistema por bombeo sin tratamiento Ventajas Desventajas Desinfección poco exigente. Menor riesgo a contraer enfermedades relacionadas. con el agua. Requiere de personal especializado para operar y mantener el sistema. Requiere elevada inversión para su implementación. Las tarifas del servicio son elevadas. Posible discontinuidad del servicio porque la tarifa no permite la atención las 24 horas del día. - 12 -
D) Sistemas de abastecimiento de agua por gravedad con tratamiento a) Descripción Son sistemas cuyas fuentes de agua son superficiales y ubicadas por debajo del nivel de las localidades a ser atendidas y requieren de estaciones elevadoras para impulsar el agua hasta el nivel donde pueda atender a la comunidad y de plantas de clarificación para el acondicionamiento de las aguas crudas para el consumo humano. b) Esquema Aducción Reservorio Redes de distribución Planta de Tratamiento Captación Figura 4: Sistema de abastecimiento de agua por bombeo con tratamiento c) Ventajas y desventajas Cuadro 7. Ventajas y desventajas del sistema por bombeo con tratamiento Ventajas Desventajas Calidad del agua para consumo. Requiere de personal altamente capacitado para operar y mantener el sistema. Requiere de mayores costos de inversión y de operación y mantenimiento que los sistemas de bombeo sin tratamiento. Las tarifas del servicio son las más altas entre los diferentes sistemas convencionales de abastecimiento de agua. Sistema complejos y de poca confiabilidad si no hay buena organización. - 13 -
Ventajas Desventajas Requiere de desinfección obligatoria. Posible discontinuidad del servicio porque la tarifa no permite la atención las 24 horas del día Sistemas no convencionales E) Protección de fuentes a) Descripción Son soluciones de abastecimiento de agua a partir de la captación segura de pequeñas fuentes subterráneas de agua ubicadas en las proximidades de la vivienda o grupo de viviendas. El punto de abastecimiento puede concentrarse en el lugar donde se ubica la fuente o puede ser conducida cerca a los usuarios mediante tuberías de pequeño diámetro y distribuida por piletas públicas. b) Esquema Figura 5: Protección de manantial - 14 -
c) Ventajas y desventajas Cuadro 8: Ventajas y desventajas del sistema protección de manantial Ventajas Fácil de construir y mantener No requiere gran inversión Se utilizan recursos humanos y materiales locales Desventajas Puede haber racionamiento del servicio debido al rendimiento de la fuente. Dificultad para establecer responsabilidades para la operación y mantenimiento. Puede generar el conformismo F) Bombas manuales a) Descripción Consta de un pozo equipado con una bomba manual sobre una plataforma sanitariamente protegida. Permite obtener el agua del subsuelo, directamente por la acción del usuario, puede implementarse para un nivel de servicio unifamiliar y multifamiliar. b) Esquema Bomba Manual Losa c) Ventajas y desventajas Figura 6. Bomba manual Cuadro 9: Ventajas y desventajas del sistema bomba manual Ventajas Los materiales básicos para su construcción pueden ser fácilmente obtenidos en el mercado local. Fácil operación. Muy poco mantenimiento. Desventajas Se necesita conocer bien el comportamiento del agua subterránea en la zona. El agua puede contaminarse por instalaciones cercanas inadecuadas. Disponibilidad de repuestos y facilidades para la reparación. - 15 -
G) Bombas con energía eólica a) Descripción Es un sistema que permite extraer el agua subterránea desde un pozo perforado o excavado mediante el uso combinado de bombas manuales y molinos de viento. En este caso debe contarse con un reservorio para almacenar el agua y de allí distribuirla a la población a través de redes de distribución a conexiones o piletas públicas, en función del grado de dispersión de las viviendas. b) Esquema c) Ventajas y desventajas Figura 7. Bomba con energía hidráulica Cuadro 10. Ventajas y desventajas del sistema, bomba con energía eólica Ventajas Buena solución para poblaciones dispersas. Aprovecha una energía renovable y gratuita. Desventajas Está limitada por las condiciones del viento en la zona. Organización para la operación y mantenimiento. Disponibilidad de repuestos y facilidades para la reparación. H) Captación agua de lluvia a) Descripción Soluciones del tipo unifamiliar o multifamiliar en donde las aguas de lluvia se captan en los techos de las viviendas y se acumulan en tanques de almacenamiento. Para el consumo directo el agua debe ser desinfectada y si las circunstancias lo requieran, previamente debe ser filtrada. - 16 -
b) Esquema Captación Almacenamiento Interceptor de primeras aguas Figura 8. Sistema de abastecimiento de agua por gravedad sin tratamiento c) Ventajas y desventajas Cuadro 11. Ventajas y desventajas del sistema captación de agua de lluvia Ventajas Buena solución para poblaciones dispersas. Aprovecha una energía renovable y gratuita. 7.1.2 Para saneamiento Desventajas Está limitada por las condiciones de precipitación pluviométrica que hagan posible el adecuado abastecimiento. Con el fin de alcanzar la sostenibilidad de los sistemas de saneamiento la opción tecnológica y el nivel de servicio deben estar basados en las condiciones técnicas, económicas, sociales y culturales de la comunidad a ser atendida; para ello debe brindarse la mayor información al poblador para determinar o seleccionar el tipo de sistema o de servicio más conveniente a la comunidad. Letrina de hoyo seco a) Descripción Compuesto de un espacio destinado al almacenamiento de las heces del tipo hoyo cuando las características del suelo favorezcan su excavación, y del tipo cámara cuando el nivel de las aguas subterráneas sea elevado, el suelo subyacente es rocoso o el terreno es de difícil excavación. En terrenos inestables o fácilmente deleznables, las paredes verticales del hoyo son protegidas con otros materiales para evitar su desmoronamiento. La losa, que sirve de apoyo a la caseta, cuenta con un orificio que se utiliza para disponer las excretas o para colocar el aparato sanitario. Este orificio o abertura requiere de una tapa para evitar la proliferación de los malos olores y la proliferación de moscas al interior de la caseta. De otra parte, para minimizar la presencia de insectos voladores. - 17 -
b) Esquema c) Ventajas y desventajas Figura 9. Letrina de Hoyo Seco Cuadro 12: Ventajas y desventajas de la letrina de hoyo seco Ventajas Desventajas Económico (bajo costo). Puede ser construida fácilmente por el usuario. No necesita agua para funcionar Alta probabilidad de la proliferación de insectos y emanación de olores a menos que se tape herméticamente el orificio después de su uso. Deben ubicarse en el exterior de la vivienda. Letrina de hoyo seco ventilada a) Descripción Este tipo de letrina es similar al anterior con la excepción que la losa lleva un orificio adicional para la ventilación. De esta manera, las molestias causadas por las moscas y los olores son reducidas considerablemente a través de la ventilación del pozo. El interior de la caseta debe permanecer en penumbra. - 18 -
b) Esquema c) Ventajas y desventajas Figura 10. Letrina de hoyo Seco Ventilada Cuadro 13: Ventajas y desventajas de la letrina de hoyo seco ventilada Ventajas Puede ser construida fácilmente por el usuario. Minimiza la presencia de insectos y roedores. No necesita agua para funcionar. Desventajas Es más costosa que la letrina de hoyo seco. Debe ser construida en el exterior de la vivienda. Letrina domiciliaria con arrastre hidráulico con descarga manual a) Descripción En su concepción es similar a la letrina de hoyo seco o ventilado con la excepción que la loza cuenta con un artefacto sanitario dotado de un sifón que permite el cierre hidráulico y las excretas son arrastradas al pozo de infiltración mediante la descarga de pequeñas cantidades de agua. El sifón evita la presencia de malos olores y de moscas y mosquitos en la caseta. El pozo puede estar desplazado con respecto a la letrina, en cuyo caso ambos estarán conectados por una tubería o un canal cubierto. En este último caso, la taza quedará apoyada en el suelo y la caseta podrá ubicarse al interior de la vivienda. Los fangos acumulados en el pozo deben ser extraídos periódicamente. - 19 -
b) Esquema CASETA POZO DE INFILTRACIÓN CIERRE HIDRAÚLICO EXCRETAS c) Ventajas y desventajas Figura 11. Letrina de cierre hidráulico Cuadro 14: Ventajas y desventajas de la letrina de cierre hidráulico Ventajas Minimiza la presencia de moscas y olores. Con pozo desplazado, el ambiente donde se ubica la taza puede estar ubicada dentro de la vivienda. En el futuro puede integrarse a la red de alcantarillado. Desventajas Es más costoso que la letrina de hoyo seco ventilado. Requiere de agua. No es adecuado cuando se utilizan materiales voluminosos para la limpieza anal. Es necesario el retiro periódico de lodos. Se requiere de alguna organización y facilidades en el lugar el retiro de los lodos Demanda de suelos permeables. Requiere de áreas libres. Letrina de compostaje de doble cámara a) Descripción Está compuesta por dos cámaras impermeables e independientes donde se depositan las heces y se induce el proceso de desecado por medio de la adición de tierra, cal o ceniza. Durante el proceso de defecación la orina debe ser separada de las heces para minimizar el contenido de humedad y facilitar el deshidratado de las heces. El control de humedad y la mezcla periódica de las heces, permite obtener cada tres o cuatro meses un compuesto rico en materia orgánica y con muy bajo contenido de microorganismos patógenos que se puede utilizar como mejorador de suelos agrícolas. Las cámaras son utilizadas en forma intercalada para favorecer el proceso. - 20 -
b) Esquema c) Ventajas y desventajas Figura 12. Letrina compostera Cuadro 15: Ventajas y desventajas de la letrina compostera Ventajas Puede ser construida fácilmente por el usuario. El contenido de la letrina se utiliza como mejorador de los suelos agrícolas. No contamina el acuífero. Si el proceso incluye separación de orina, ésta puede ser tratada y utilizada como fertilizante. No necesita agua para funcionar. Desventajas Es más costosa que la letrina de hoyo seco ventilado. La orina debe ser separada y tratada para su uso. Después de cada uso es necesario agregar cenizas, tierra seca o material vegetal para mantener seca las heces y minimizar la generación de olores. Demanda la mezcla periódica de las heces para acelerar su secado. Su implementación requiere de condiciones especiales de los usuarios. Sistema de alcantarillado convencional a) Descripción Es la recolección de las aguas residuales evacuadas por las viviendas a través de una red de tuberías, cuyo diámetro es igual o mayor a 6, y de su conducción con velocidades mayores a 0,6 m/s, hasta un punto distante de la ciudad para su tratamiento o disposición final. Este sistema consta de una red de tuberías que requieren profundas excavaciones para su instalación y de buzones ubicados cada 80m o más; la atención domiciliaria se realiza por el frente del lote y la participación del usuario en el mantenimiento del sistema es mínima o nula. - 21 -
b) Esquema c) Ventajas y desventajas Figura 13. Sistema de alcantarillado convencional Cuadro 16. Ventajas y desventajas del alcantarillado convencional Ventajas Gran capacidad de conducción. Menos expuesta a atoros. Muy favorable para la higiene de los usuarios. Desventajas Solo posible en poblaciones concentradas, organizadas y con posibilidades económicas para conectarse a la red. Implementación costosa. Organización para la operación y mantenimiento. Incremento de tarifa para operar y mantener el sistema. Otras soluciones en alcantarillado Existen otros tipos de alcantarillado como son: - Alcantarillado simplificado, - Alcantarillado de pequeño diámetro, y - Alcantarillado condominial. Estos sistemas son descritos más adelante cuando se presentan a las pequeñas ciudades, debido a que su aplicación en el case de las poblaciones rurales es poco probable por las desventajas que se mencionan a continuación: - Es posible aplicarlos sólo en poblaciones concentradas, organizadas y con posibilidades económicas para conectarse a la red. - 22 -
- Los costos de implementación son elevados en relación a los ingresos de este tipo de población. - Es necesaria una buena organización para la operación y mantenimiento. - Su implementación demanda del incremento de tarifa para operar y mantener el sistema. 7.2 Pequeñas ciudades 7.2.1 Para abastecimiento de agua potable Sistemas convencionales Son aquellos que brindan un servicio público de abastecimiento de agua al nivel de vivienda mediante conexiones domiciliarias, empleando un sistema de distribución de agua diseñado para proporcionar la calidad y la cantidad de agua establecidas por las normas de diseño. A modo de ejemplo se presenta el sistema convencional más común. Para las pequeñas ciudades se emplean los mismos sistemas convencionales que han sido presentados para el abastecimiento de agua de las localidades rurales. Estos sistemas son: - Sistema por gravedad sin sistema de tratamiento, - Sistema por gravedad con sistema de tratamiento, - Sistema con bombeo sin sistema de tratamiento, y - Sistema con bombeo con sistema de tratamiento. Tratamiento de agua para consumo humano El tratamiento de agua tiene por finalidad producir los cambios necesarios para acondicionarla a los patrones de calidad recomendados para el consumo humano y esto se logra a través de la instalación de plantas de tratamiento de agua. Las plantas de tratamiento de agua pueden considerarse como fábricas que reciben una materia prima siempre cambiante (agua cruda) y tienen que entregar un producto manufacturado (agua tratada), que esté en concordancia con las normas de Salud Pública. Es decir, tienen que entregar un agua cuyas características físicas, químicas y bacteriológicas estén enmarcadas dentro de las normas vigentes y además, entregarla en cantidad suficiente, con la continuidad requerida, para satisfacer las necesidades de la población servida. Los principales componentes de una planta de tratamiento dependen principalmente de las características del agua a tratar y del tamaño poblacional que se pretende atender. En el caso de las grandes ciudades lo más probable es que se requieran instalaciones de tratamiento más complejas que aquellas que se requieran para las poblaciones rurales y pequeñas ciudades. En el presente documento se hace referencia sólo a estos dos últimos tipos de localidades, donde los principales componentes de la planta de tratamiento son los que se presentan a continuación. - 23 -
A) Desarenador - Descripción Son estaques de flujo continuo, sirven para procesos de tratamiento preliminar, separa del agua cruda arena y partículas en suspensión gruesa, que por su naturaleza interfieren con la operación y mantenimiento y en las estaciones de bombeo sirven de protección a los equipos de impulsión. - Esquema B) Sedimentador - Descripción Figura 14. Desarenador Es una unidad de pretratamiento de flujo horizontal en una planta de filtración lenta; mediante procesos físicos acondiciona la turbiedad en límites permisibles aceptables en prefiltros o filtros lentos; retienen partículas de un diámetro superior a 0,05mm. - Esquema Figura 15. Sedimentador - 24 -
C) Pre filtro - Descripción Consta de varias cámaras llenas de piedras de diámetro decreciente, en las cuales se retiene la materia en suspensión con diámetros mayores a 10 mm, se pueden tratar turbiedades medias entre 100 a 400 UT con límites máximos de 500 a 600 UT. - Esquema - Filtro Figura 16. Sedimentador En los sistemas de abastecimiento de agua, ya sea por gravedad o con bombeo, que requieren tratamiento debido a la calidad del agua proveniente de las fuentes superficiales existen varios sistemas de tratamiento de agua que pueden ser empleados en las pequeñas poblaciones. Uno de los principales elementos de los sistemas de tratamiento de agua que diferencia a aquellos empleados en poblaciones rurales y en las pequeñas ciudades es el Filtro. En el caso de los sistemas de tratamiento para las poblaciones rurales se emplea el Filtro Lento como la tecnología más apropiada para ese nivel de población, para el caso de las pequeñas ciudades existen otros tipos de filtros que brindan una solución acorde con este mayor nivel poblacional donde ya intervienen otros factores como, la necesidad de mayores caudales que demandan a su vez de mayores velocidades de filtración, como los que se presentan a continuación. Filtración lenta - 25 -
- Descripción Se desarrolla el proceso de purificación del agua que atraviesa lentamente un lecho de arena (tamaño efectivo de 0,15 a 0,30 mm) a razón de 0,1 a 0,2 m/h, reduce el número de bacterias y otros microorganismos (80 a 90%). Es aplicable para aguas superficiales que no superen 50 UNT, recomendable entre 20 a 30 UNT es empleado en los sistemas de tratamiento de las poblaciones rurales por la sencillez en su operación, entre otros factores. - Esquema - Ventajas y desventajas Figura 17. Sedimentador Cuadro 17: Ventajas y desventajas del filtro lento Ventajas Desventajas Evitan el empleo de productos químicos. No necesitan de energía eléctrica (excepto en casos de bombeo). Los equipos y aparatos empleados son simples. Exigen operación más simple. Necesitan área para las instalaciones relativamente grande. Son poco eficientes para la reducción del color. Tienen poca flexibilidad para adaptarse a las necesidades de emergencia. Baja eficiencia cuando la suma de color más turbiedad del agua a ser tratada es alta. - 26 -
Filtración rápida - Filtración rápida por gravedad - Descripción Se denominan así porque los filtros funcionan con velocidades altas, se lavan aplicando un flujo ascencional de agua para expandir el lecho filtrante (método de retrolavado) y que toma de 8 a 15 minutos como máximo, por lo que esta operación puede ejecutarse con mucha frecuencia (cada 50 a 70 horas). Debido a esta ventaja, es que los filtros rápidos se pueden operar normalmente en un rango de velocidades de de 3,5 a 12,5 m/h. Los procesos que normalmente comprende una planta de filtración rápida son: coagulación, sedimentación o decantación y filtración rápida, donde los mecanismos de remoción son físicos y químicos. - Esquema Válvula de entrada Agua sedimentada Agua sobre la capa filtrante Capa de filtrante Capa de soporte - Válvula de salida Agua filtrada Figura 18. Filtro rápido - 27 -
- Ventajas y desventajas Cuadro 18: Ventajas y desventajas de la filtración rápida Ventajas Desventajas Funcionan con altas velocidades. Corto tiempo de lavado. Requiere de áreas mucho más pequeñas que las necesarias para los filtros lentos. Operación y mantenimiento más complicado que la de los filtros lentos ya que demanda de personal más calificado y mayores recursos económicos y materiales. Se colmatan rápidamente. Permiten tasas de filtración bastante elevadas. Requiere de un buen pretratamiento - Filtración rápida de presión - Descripción Consiste en un sistema a presión para filtrado rápido, el medio filtrante está contenido en un recipiente de acero. El agua cruda entra en el filtro bajo presión y lo abandona ya tratado; el tanque de filtración puede ser cilíndrico de eje vertical u horizontal siendo más eficiente el de eje vertical. Los filtros a presión tienden a utilizarse en pequeños sistemas de agua como los de las pequeñas ciudades, las ventajas sobre los filtros de gravedad son los siguientes: el filtrado está a presión, puede ser entregado en el punto de utilización sin necesidad de rebombeo, una planta de tratamiento equipada con filtros a presión se puede automatizar. - Esquema Figura 19. Sedimentador - 28 -
- Ventajas y desventajas Cuadro 19: Ventajas y desventajas de la filtración rápida de presión Ventajas Desventajas Mejor flexibilidad para adaptarse a las necesidades de emergencia. Requiere da áreas más pequeñas que los filtros lentos. Tiene un sistema de retrolavado que permite ejecutar esta operación con frecuencia. Requiere de operación más compleja y especializada. Los equipos y aparatos empleados son más complejos y costosos. Puede ser necesario el empleo de productos químicos. 7.2.2 Para saneamiento Alcantarillado convencional En las pequeñas ciudades se emplea el mismo sistema que ha sido presentado para las localidades rurales. Alcantarillado simplificado a) Descripción Difiere del sistema convencional en la simplificación y en la minimización del uso de materiales y de los criterios constructivos. Este sistema está formado por colectores cuyos diámetros son iguales o menores a 6, por donde las aguas residuales discurren con velocidades menores a 0,6 m/s. Requiere de excavaciones menos profundas y de un menor número de buzones que el alcantarillado convencional, ya que también emplea cajas de inspección o limpieza. La atención domiciliaria se efectúa por el frente del lote, la participación del usuario en el mantenimiento del sistema es mínima o nula. El costo de construcción de este sistema es menor que el del alcantarillado convencional. - 29 -
b) Esquema 90 de curva (Dos curvas de 45 separadas) Punto inicial de un colector (Tubo terminal de inspección) Inserción de un colector en otro (División en "Y" una curva de 45 ) B A B ALCANTARILLADO SIMPLIFICADO A 0.8 D1 0.8 D2 B - B Aumento del diámetro (Caja de concreto subterránea) A - A Aumento de la pendiente (Caja de concreto subterránea) SOLUCIONES PARA LA ELIMINACIÓN DE LOS POZOS DE REGISTRO Colector recto largo (Tubo de inspección vertical) c) Ventajas y desventajas Figura 20. Alcantarillado simplificado Cuadro 20. Ventajas y desventajas del alcantarillado simplificado Ventajas Elimina la presencia de moscas y olores. El ambiente donde se ubica la taza se encuentra integrado a la vivienda. Puede tratar las aguas grises de la vivienda En el futuro puede integrarse a la red de alcantarillado. Desventajas Es más costoso que la mayor parte de los sistemas de saneamiento in situ. Necesita de agua en cantidad. No es adecuada cuando se utiliza materiales voluminosos en la limpieza anal. Sólo es adecuado para las zonas residenciales con una baja densidad de población. Es necesario retirar el lodo periódicamente. Se requiere de alguna organización en el lugar que disponga de equipo mecánico para el retiro de los lodos. Demanda de suelos permeables. Requiere de grandes áreas libres. - 30 -
Alcantarillado de pequeño diámetro a) Descripción El alcantarillado de pequeño diámetro consta de tres partes: (a) conexiones domiciliarias; (b) tanques interceptores, que retienen los sólidos y (c) red de alcantarillas. En este sistema se realiza un pretratamiento de las aguas residuales. El diámetro de las tuberías es igual o menor a 4, requiere de excavaciones menos profundas y de un menor número de buzones que el alcantarillado simplificado. La atención domiciliaria se efectúa por el frente del lote y el nivel de participación del usuario en la operación y mantenimiento del sistema es mayor que en el sistema de alcantarillado simplificado. El costo de construcción de este sistema es menor que el de los sistemas convencional y simplificado. b) Esquema Figura 21. Tanque Interceptor del sistema de pequeño diámetro c) Ventajas y desventajas Cuadro 21. Ventajas y desventajas del alcantarillado de pequeño diámetro Ventajas Es menos costoso que el alcantarillado convencional y simplificado por el empleo de tuberías de menores diámetros y bajas pendientes, menor profundidad de excavación. Las tuberías pueden trabajar bajo presión. Menor costo en el tratamiento de las aguas residuales. Desventajas Esta expuesta a rotura por sobrecarga. Requiere de tanques interceptores. Organización para la operación y mantenimiento. Se requiere de alguna organización o compromiso de los usuarios para el retiro de los lodos en forma periódica. - 31 -
Alcantarillado condominial a) Descripción En el alcantarillado condominial cada manzana es considerada como si fuera la proyección horizontal de un edificio. El diámetro de las tuberías es igual o mayor a 6, requiere de excavaciones menos profundas que el alcantarillado simplificado, emplea menor número de buzones y mayor número de cajas de inspección que el alcantarillado simplificado. La atención domiciliaria puede ser realizada por el frente o el fondo del lote. El nivel de participación del usuario en la operación y mantenimiento del sistema es mayor que en el sistema de pequeño diámetro. El costo de construcción de este sistema es menor al del sistema convencional. b) Esquema c) Ventajas y desventajas Figura 22. Alcantarillado Condominial Cuadro 22. Ventajas y desventajas del alcantarillado condominial Ventajas Es menos costoso que el alcantarillado convencional y simplificado por el empleo de tuberías de menores diámetros y bajas pendientes, menor profundidad de excavación y muy poco número de buzones estándar. Demanda menor longitud de colectores. Se ajusta a la distribución arquitectónica de las viviendas. Desventajas Requiere de constante atención para evitar atoros. Esta expuesta a rotura por sobrecarga. Puede interferir con otros servicios públicos. Se requiere participación de los usuarios para el mantenimiento de las redes condominiales. - 32 -
7.2.3 Tratamiento de aguas residuales En lo que compete al tratamiento de aguas residuales, el agua recolectada de los pueblos y ciudades, debe devolverse al ambiente en condiciones tales que no la deteriore. Durante las últimas décadas de este siglo, el mundo ha venido observando con inquietud una serie de problemas relacionados con la disposición de desechos líquidos provenientes del uso doméstico, comercial e industrial. Muchas veces las masas receptoras de estos desechos líquidos son incapaces de absorber y neutralizar la carga contaminante. Por este motivo las aguas residuales antes de su descarga a los cursos y cuerpos receptores, deben recibir algún tipo de tratamiento que modifique sus condiciones iniciales. El objetivo del tratamiento de las aguas residuales es su acondicionamiento en un efluente final aceptable a las condiciones medio ambientales desde el punto de vista estético, organoléptico, de salud pública y de aprovechamiento, así como la adecuada disposición de sólidos provenientes del proceso de purificación. Lagunas de estabilización a) Descripción Este sistema permite reducir tanto la materia orgánica como la contaminación bacteriológica del agua residual. Los componentes de un sistema de tratamiento de aguas residuales considerando lagunas de estabilización son los siguientes: Estructura de recepción: Es una estructura que recibe los desagües del sistema de alcantarillado, a fin de disipar energías y tener velocidades adecuadas para el inicio de los tratamientos. Estructura de desvío: Dispositivo para los periodos de secado y remoción de lodos. Medidor de caudales: Tipo Parshall. Laguna de estabilización: Es una estructura simple para embalsar aguas residuales, de poca profundidad y con períodos de retención de magnitud considerable. En ellas se realiza un proceso de estabilización natural en el que ocurren fenómenos físicos, químicos, bioquímicos y biológicos. Estas pueden ser de diferentes tipos, como las que se mencionan a continuación: - Lagunas aerobias o de Maduración: Tienen una profundidad mínima y producción máxima de algas; igualamiento de la reducción de la reducción de la demanda bioquímica de oxígeno y eliminación de microorganismos patógenos y aireación o mezcla mecánica inducida. Tienen profundidades mínimas que se encuentran entre 1,0m y 1,5m. - 33 -
- Lagunas facultativas: Los procesos de tratamiento, se realizan a través de estratos aerobios y anaerobios, que no son constantes, pero interactúan entre si, dependen de la radiación solar. Las algas tienen un rol importante en el proceso biológico de las lagunas de estabilización, son los organismos responsables de la producción de oxígeno, vital para las bacterias que participan en la oxidación bioquímica de la materia orgánica. La presencia de algas en niveles adecuados, asegura el funcionamiento de la fase aerobia, cuando se pierde el equilibrio ecológico corre riesgo de producirse un predominio anaerobio, que trae consigo una reducción de eficiencia del sistema. - Se usan cuando la carga orgánica que reciben es baja, cuando existen limitaciones en la disponibilidad de áreas y por el mínimo riesgo de que produzcan malos olores. La profundidad de este tipo de lagunas se encuentra entre 1,5m y 2,0m - Lagunas anaerobias: cuando la carga orgánica aplicada aumenta mucho la demanda bioquímica de oxígeno excede la capacidad de producción de oxígeno de las algas y las lagunas se tornan anaeróbicas. Debe evitarse su proximidad a zonas habitadas por la inevitable producción de olores desagradables. Generalmente se usan como una primera depuración o pretratamiento y son estanques profundos con 3,0 a 5,0m de profundidad. Emisor: Se considera el tramo de tubería, comprendido desde punto de salida del efluente de planta de tratamiento hasta el punto de descarga en la zona o cuerpo de agua receptor. b) Esquema - 34 -
Figura 23: Laguna de estabilización Tanque Imhoff a) Descripción Es una estructura de tratamiento primario, cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos, integrando la sedimentación del agua y la digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad. Son de operación simple y no requiere de partes mecánicas, pero es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena. Los componentes de este sistema son los siguientes: Estructura de llegada: Las condiciones topográficas y pendientes del terreno determinan la ubicación de la estructura de recepción de los desagües del sistema de alcantarillado, allí será posible disipar energía y tener velocidades adecuadas para el inicio de los tratamientos. Cámara de rejas: Es una estructura, donde se tiene anclado un sistema de rejas, para la retención de los residuos grandes y evitar que lleguen al Tanque Imhoff. Medidor de caudales: Según evaluación técnica se deben instalar estos dispositivos para aforar. Tanque Imhoff: Es una estructura de concreto armado de forma rectangular y se divide en tres compartimentos: cámara de sedimentación, cámara de digestión de lodos y área de ventilación y acumulación de natas; los desagües crudos pasan por los procesos de sedimentación primaria y la realización de la digestión de los lodos en el compartimiento ubicado en la parte inferior del tanque, estos lodos se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secado. Lecho de secado: Su función es minimizar y eliminar el agua contenida en los lodos. En zonas de lluvias intensas, el área del lecho de secado debe estar techada. - 35 -
b) Esquema Figura 24: Tanque Imhoff Tanque séptico a) Descripción Es una estructura cuyo objetivo es crear dentro de éste, una situación de estabilidad hidráulica, permitiendo la sedimentación de las partículas pesadas. El material sedimentado forma una capa de lodo, que debe extraerse periódicamente en forma manual o mecánica. El efluente del tanque séptico es conducido por tubería y dispuesto en pozos o zanjas para su percolación. Generalmente este tipo de tratamiento se ejecutan en las localidades donde las viviendas se encuentran concentradas en pequeño número o dispersas y las poblaciones han superado la etapa del uso de letrinas y pretenden tener una disposición de sus aguas residuales con arrastre hidráulico; o cuando algunas viviendas son parte de un proyecto de alcantarillado para una localidad y por razones topográficas no pueden descargar a la red de desagües. Este sistema de tratamiento debe contar con los siguientes componentes: - 36 -