Diseño de Sistema Séptico

FINCA ABSALONMUNICIPIO DE GIRARDOTA

ENERO DE 2007

DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA SÉPTICO

FINCA ABSALON

PARCELACIÓN EL LIMONAR

MUNICIPIO DE GIRARDOTA

DISEÑÓ

Andrés Germán Vanegas Hernández

M.P. 05202085955ANT

MEDELLÍN

ENERO DE 2007

1CENTRO COMERCIAL CONTEMPORÁNEO

CALLE 50 #65-42, OFICINA 218TELÉFONO: 2603842 – 3137972120

E-MAIL: [email protected]ÍN


ENERO DE 2007

CONTIENE

1. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA:.............................................................3

1.1. POBLACIÓN SERVIDA:.......................................................................3

1.1.1 PRETRATAMIENTO:........................................................................3

1.1.2 TRATAMIENTO:..............................................................................3

1.1.3 DISPOSICIÓN FINAL:......................................................................3

1.1.4 UBICACIÓN DEL SISTEMA:.............................................................4

2. DISEÑO Y MATERIALES PARA EL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS...........................................................5

2.1. TANQUE PARA POZO SÉPTICO:.........................................................5

2.2. CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA.......................................8

2.2.1 POZO SÉPTICO DE CÁMARA ÚNICA:...............................................8

2.2.2 FILTRO ANAEROBIO DE LECHO FIJO Y FLUJO ASCENDENTE...........9

2.2.3 POZO DE FILTRACIÓN E INFLTRACIÓN:..........................................9

3. FRECUENCIA DE LIMPIEZA..............................................................10

3.1. CÁLCULO DEL VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO DE LODOS...........10

3.2. VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO DE LODOS:.................................11

3.3. CÁLCULO DE LA FRECUENCIA DE LIMPIEZA....................................11

3.4. RESUMEN Y CONCLUSIONES...........................................................13

4. Apéndice – Referencias...................................................................13





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1. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA:

1.1. POBLACIÓN SERVIDA:

20 habitantes permanentes y no permanentes

1.1.1 PRETRATAMIENTO:

Esta fase del tratamiento consiste en pozo séptico de cámara única construido en bloque de concreto con piso y tapas de concreto reforzado, puede ser también un pozo de plástico o fibra de vidrio con la capacidad de almacenamiento correspondiente (ver Figura 2). El principal papel del pozo séptico es servir de recipiente para que se realice la descomposición de la materia orgánica presente en las excretas y demás aguas residuales de la vivienda. También sirve de sedimentador de los sólidos más pesados que vienen con las excretas. Como consecuencia del proceso de descomposición de las excretas, la materia orgánica se convierte en gases y en una masa negrusca llamada lodo, la cual se deposita en el fondo del tanque para su posterior extracción después de un largo periodo de tiempo (mayor de 12 meses).

Esta unidad es la encargada del tratamiento inicial, donde las bacterias presentes en el inóculo y las heces introducidas actúan sobre la DBO, los sólidos, y los patógenos, obteniendo eficiencias de hasta 60, 80,75% respectivamente para estos parámetros.

1.1.2 TRATAMIENTO:

Es realizado por un filtro anaerobio de lecho fijo de flujo ascendente constituido por una excavación impermeabilizada en sus paredes y con un lecho de piedra de todo el volumen de la excavación, que sirve de soporte para el crecimiento de las bacterias anaerobias encargadas de remover la materia orgánica y los patógenos. El reactor posee un volumen suficiente para retener las aguas provenientes del tanque séptico durante 24 horas, con lo cual se pueden obtener eficiencias de remoción de hasta 80% de DBO, 25% de nitrógeno, 20% de fósforo y 90% de coliformes fecales.

1.1.3 DISPOSICIÓN FINAL:





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Dependiendo de las características de percolación del terreno y de la utilización que se vaya a dar al efluente, se dimensionará un pozo de filtración e infiltración que ayude a remover lo quede de sólidos después del tratamiento y que permita su disposición en el terreno con un contenido menor de sólidos y patógenos. A continuación de este pozo se ubica otro pozo para el monitoreo de la calidad del efluente del sistema. Este pozo se siembra con plantas acuáticas que al tiempo sirven como depuradoras de materia orgánica disuelta y se monitorea la presencia de organismos indicadores de la calidad del agua como son: macroinvertebrados, insectos y peces.

1.1.4 UBICACIÓN DEL SISTEMA:

El sistema no debe ubicarse a menos de 25m de cualquier fuente de aprovisionamiento de agua.

Debe quedar aguas abajo de las fuentes de aprovisionamiento de agua.

Debe ubicarse a una distancia mínima de 3.5 metros de la vivienda.

No debe ubicarse en zonas pantanosas o de inundación.

La tapa del tanque debe quedar a nivel del suelo.

Deben hacerse zanjas perimetrales para desviar las aguas lluvias.

A continuación se presenta el esquema general de todo el sistema.

Figura 1 Esquema general del sistema séptico





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Figura 2 Esquema de sistema alternativo de tanques sépticos

2. DISEÑO Y MATERIALES PARA EL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS

2.1. TANQUE PARA POZO SÉPTICO:

Base:

Dimensiones: largo 2.55m, ancho 1.25m, espesor 0.15m

Refuerzo con parrilla en varilla de 3/8 de pulgada amarrada con alambre quemado.

4 varillas de 3/8”

1 varilla de ½”

3.5 bultos de cemento

27 latas arena

18 latas de gravilla

½ Kg alambre quemado

Paredes:

Se construyen en bloque de concreto de (15x20x40), vaciando mezcla en las esquinas para crear pequeñas columnas. Una vez terminados y secos los muros, se procede ha hacer un recubrimiento de loas paredes interiores con una lechada de cemento con impermeabilizante.





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126 bloques de concreto (15x20x40)

6 bultos de cemento

38 latas de arena

1.5 litros de impermeabilizante

2 codos de PVC de 90º 4”

1 tee PVC 4”

1.6 m tubería PVC 4”

Figura 3 Esquema de tanque séptico

Figura 4 Esquema de tanques sépticos para el sistema alternativo de pozos sépticos

Tapas:

Se construyen tres tapas con las siguientes dimensiones: largo 1.3m, ancho 0.85m, espesor 0.1m. Cada tapa se refuerza con varilla de 3/8 de pulgada y se les colocan dos cogederas del mismo alambre, como se muestra en la figura.

6 varillas de 3/8”

4.5 bultos de cemento





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34 latas de gravilla

½ k alambre quemado

2 lbs de clavos de3”

Filtro anaerobio:

Se hace una excavación de ancho 1m, largo 1m y 1m de profundidad. Las paredes de impermeabilizan con arcilla para garantizar la permanencia del agua dentro del filtro, luego se llena con piedras de diámetro entre 4 y 7 centímetros.

Ver Figura 5.

1 m3 de piedra de diámetro entre 4 y 7 cm

0.1m3 de Arcilla

Figura 5 Esquema de tapas del sistema séptico

Pozo de filtración e infiltración:





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Para el dimensionamiento del pozo se filtración e infiltración es necesario tomar en consideración las características del suelo, para lo cual se debe realizar una prueba de percolación y de acuerdo a la población servida nos dará el área necesaria para el pozo.

Ver Figura 3

1 m3 de piedra de diámetro entre 4 y 7 cm

Pozo de monitoreo:

Se realiza una excavación de 2 m le largo, 0.5m de ancho y 40cm de profundidad.

Tubería de PVC: Para conectar las unidades se usará tubería sanitaria de PVC de 4”.

Ver Figura 3

6.3m de tubería sanitaria de PVC de 4”

2.2. CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA

2.2.1 POZO SÉPTICO DE CÁMARA ÚNICA:

Volumen útil en litros:

V= 1000+N(CT+Klf)

N= población servida = 20 habitantes

C= contribución per cápita de aguas residuales = 60 a 90 l/hab.-día, para viviendas rurales

T= tiempo de retención hidráulica = entre 1 y 0,5 días

K= tasa de acumulación de lodos = 65 a temperaturas entre 10 y 20ºC

lf = contribución de lodos frescos = 1 l/hab.-día para habitantes permanentes

V = 1000 + 20 (90*1+65*1)

V = 4100 l

Profundidad útil:

Se recomienda como mínimo 1.1 m

Área interior:

A = V/h

A = 4100m³ / 1.1m





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A = 3727m²

Ancho: Largo = 2 ancho

L*a = 3727m²

L = 2a

2a² = 3727m²

a = 1.4m

Largo = 2 (1.4m) = 2.8m

2.2.2 FILTRO ANAEROBIO DE LECHO FIJO Y FLUJO ASCENDENTE

V = 1.60NCT

T = entre 0.5 y 1.0 días

V = 1.60 *20hab * 90l/hab.día * 0.9días

V = 2592 l = 2.6m³

Profundidad útil, h = 1.0m

Área, A = V/h

A = 2.6m³/1.0m

A = 2.6m²

Lado, L = LA

L = 1.6m

2.2.3 POZO DE FILTRACIÓN E INFLTRACIÓN:

Variable según la prueba de percolación.





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Figura 6 Esquema de prueba de percolación

3. FRECUENCIA DE LIMPIEZA

Los tanques sépticos seguidos de un sistema de absorción en el suelo constituyen sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales ampliamente utilizados en las áreas rurales por su costo relativamente bajo y el limitado mantenimiento que requieren. El objetivo primordial de un tanque séptico es el de sedimentar los sólidos provenientes de las aguas residuales, protegiendo así el sistema de absorción del suelo. Así mismo, está diseñado para realizar alguna digestión anaeróbica de los sólidos retenidos, y almacenar por un cierto tiempo los sólidos ya digeridos. Con el tiempo, la capacidad de almacenamiento del tanque será sobrepasada y los sólidos, llevados hasta el sistema de absorción del suelo. Para evitar que esto suceda, el tanque deberá limpiarse periódicamente. La frecuencia de limpieza necesaria es una pregunta formulada por muchos propietarios. La respuesta más común es una vez cada 1 a 3 años, pero ¿es ésta una respuesta razonable? Haciendo uso de valores medios presentados en la literatura, es posible calcular la frecuencia de limpieza necesaria.

3.1. CÁLCULO DEL VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO DE LODOS

Los sólidos de las aguas residuales se sedimentan en el fondo del tanque séptico. Laak concluyó, a raíz de un estudio sobre los tanques sépticos de cámaras múltiples, que un tanque eficiente debería proporcionar un período de retención de 24 horas como mínimo [2]. El volumen restante del tanque está disponible para el almacenamiento de lodos. El volumen requerido para proporcionar un período de





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retención de 24 horas como mínimo puede calcularse para cualquier tipo de casa suponiendo un consumo de agua diario de 200 litros por habitante. El volumen disponible para el almacenamiento de lodos sería el espacio adicional al del número de habitantes por 200 litros del cual se disponga en el volumen total.

3.2. VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO DE LODOS:

[Tamaño del tanque en litros] - [200 litros/persona día] x [N de personas] x período de retención (1 día)...[1]

Por ejemplo, para el tanque de 4100 litros de capacidad que presta servicio a 8 personas como habitantes permanentes, 2500 litros estarían a disposición (2500 = 4100 - 200 x 8) para el almacenamiento de lodos. El mismo tanque, pero que sirva para 10 personas tendría 2100 litros de almacenamiento de lodos (2100 = 4100 - 200 x 10).

3.3. CÁLCULO DE LA FRECUENCIA DE LIMPIEZA

Para calcular el tiempo que tomará llenar el volumen disponible de almacenamiento deberá calcularse la cantidad de sólidos en las aguas residuales, la eficiencia de retención del tanque y la disminución de volumen por descomposición de los sólidos. Estos valores se determinaron utilizando los resultados provenientes de muchos estudios sobre tanques sépticos publicados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América (EPA) [3]. Comparando el contenido de sólidos del afluente con el del efluente, se obtuvo como resultado una eficiencia de retención esperada del 70%. La descomposición esperada en el tanque sería una función de la fracción del total de los sólidos en suspensión que son volátiles, la que se informó era del 50% aproximadamente. La carga de sólidos sería el total de sólidos en suspensión generados diariamente por persona, que es de 90 gl/persona/día [1]. Estos valores pueden utilizarse para calcular la cantidad de lodos retenidos en el tanque por persona por día:

Sólidos retenidos en lbs = 90gl/persona.día x 50% digestión x 70% ef. de ret. = 31.5gl/persona.día

Conociendo el volumen del lodo digerido acumulado por persona al día y el volumen disponible para almacenamiento, la frecuencia de limpieza necesaria puede calcularse de la siguiente forma:





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Frecuencia de limpieza necesaria para un tanque séptico de 4100 litros de capacidad del cual hacen uso ocho personas:

Volumen sólidos = 4100 - 200 x 8 = 2500 litros

(2500 litros almacenamiento lodo/6 personas) x (persona.día/0.788 litros) x (año/365 días) = 1.45 años.

Tabla 1. Frecuencia de limpieza en años calculada para un tanque séptico sometido a uso continuo a (en años)

Volumen del tanque en litros (1) Número de personas en residencia

1

(2)

2

(3)

3

(4)

4

(5)

5

(6)

6

(7)

7

(8)

8

(9)

9

(10)

10

(11)

1,880 5.8 2.6 1.5 1.0 0.7 0.4 0.3 0.2 0.1 -

2,835 9.1 4.2 2.6 1.8 1.3 1.0 0.7 0.6 0.4 0.3

3,402 11.0 5.2 3.3 2.3 1.7 1.3 1.0 0.8 0.7 0.5

3,780 12.4 5.9 3.7 2.6 2.0 1.5 1.2 1.0 0.8 0.7

4,725 15.6 7.5 4.8 3.4 2.6 2.0 1.7 1.4 1.2 1.0

5,670 18.6 9.1 5.9 4.2 3.3 2.6 2.1 1.8 1.5 1.3

6,615 22.1 10.7 6.9 5.0 3.9 3.1 2.6 2.2 1.9 1.6

7,560 25.4 12.4 8.0 5.9 4.5 3.7 3.1 2.6 2.2 2.0

8,505 28.6 14.0 9.1 6.7 5.2 4.2 3.5 3.0 2.6 2.3

9,450 31.9 15.6 10.2 7.5 5.9 4.8 4.0 4.0 3.0 2.6

a Se requiere una limpieza más frecuente si se usa un método de disposición de basuras o desperdicios con descarga al desagüe.

Este valor puede calcularse para casas y tanques sépticos de cualquier tamaño mediante la siguiente fórmula:

F = 2. 74 C (V – Qnt)............................................................................ (5) Lned





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En la que F = frecuencia de limpieza en años; C = porcentaje de sólidos en el lodo; e = eficiencia de retención de sólidos; d = reducción de sólidos al ser digeridos; n = número de personas; L = tasa de carga per cápita dada en gramos por persona al día; V = volumen del tanque, en litros; Q = carga volumétrica, en litros por persona al día; y t = tiempo de retención en días.

El Cuadro 1 presenta la frecuencia de bombeo para C = 4%, l = g/persona al día, e = 70%, d = 50%, Q = 200 litros/persona.día, y t = 1 día, para un número de tamaños de casas y tanques sépticos.

3.4. RESUMEN Y CONCLUSIONES

La frecuencia de limpieza de un tanque séptico puede calcularse tomando como base datos disponibles. Para incrementar la confiabilidad de este cálculo conviene obtener mejor información sobre las características del lodo retenido en el tanque. Estos cálculos de la frecuencia de limpieza son útiles al propietario para establecer un cronograma razonable de mantenimiento de un tanque séptico; para las autoridades de la administración pública, en la planificación de sus programas de mantenimiento; y para las agencias reguladoras en el establecimiento de reglas y normas para la clasificación por tamaños y regular el diseño de tanques sépticos.

4. APÉNDICE – REFERENCIAS

[1] Clark, J.W., Viessman, W., and Hammer, M.J. Water Supply and Pollution Control(Suministro de Agua Potable y Control de la Contaminación), The Haddon Craftsmen, Inc., Scranton, Pa., 1971.

[2] Laak, R. "Multichamber septic tanks" (Tanques sépticos de cámaras múltiples), Journal of the Environmental Engineering Division, ASCE, Vol. 106, N° EE3, Proceeding Paper 15492, junio 1980, pp. 539 - 546.

[3] Onsite wastewater treatment and disposal systems - Design manual (Sistemas de tratamiento y disposición in situ de las aguas residuales - Manual de diseño), U.S. Environmental Protection Agency EPA-625/1-80-012, Office of Research and Development, Cincinnati, Ohio, Oct. 1980.




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