MEMORIA DE CÁLCULO – DISEÑO DE SISTEMA SEPTICO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS VIVIENDA UNIFAMILIAR EN UNA VIVIENDA Contenido 1 DESCRIPCION GENERAL ......................................................................................... 3 2 DISPOSICIÓN DEL SISTEMA. ................................................................................... 3 3 TANQUE SEPTICO .................................................................................................... 4 3.1 Población a Atender............................................................................................. 4 3.2 Calculo Caudal de diseño. ................................................................................... 4 3.2.1 Volumen Útil ................................................................................................. 4 3.2.2 Volumen útil medio filtrante ........................................................................... 6 3.2.3 Dimensiones ................................................................................................. 6 4 TRAMPA DE GRASA.................................................................................................. 8 5 ANALISIS DE INFILTRACION .................................................................................... 9 6 5.1 ESTUDIO DE PERCOLACION ............................................................................ 9 5.2 CAMPO DE INFILTRACION .............................................................................. 10 MANTENIMIENTO .................................................................................................... 11 1 DESCRIPCION GENERAL El proyecto consiste en la construcción de 800 unidades sanitarias individuales para la recolección, tratamiento y disposición final de las aguas residuales domésticas de comunidades rurales dispersas (de diferentes veredas) del municipio de Puerto Caicedo. Las unidades sanitarias estarán conformadas por un cuarto de baño dotado con sanitario, ducha y lavamanos internos. El cuarto de baño contará con todas sus conexiones hidráulicas y sanitarias, enchape de paredes y pisos, tanque de almacenamiento de agua y cubierta en teja. Con relación al sistema de tratamiento individual, constará de trampa de grasas, un tanque séptico, un filtro anaeróbico y un campo de infiltración. Para garantizar la sostenibilidad del proyecto se incluye el componente de Gestión Social orientado al acompañamiento a la población rural con el fin de desplegar la estrategia de entornos saludables en el área de influencia del proyecto en el municipio de Puerto Caicedo, este componente está encaminado a reducir los riesgos de enfermedades asociadas con las deficiencias en la calidad del agua y saneamiento e higiene, adicionalmente, promover el uso adecuado, mantenimiento y apropiación de las soluciones de unidades sanitarias y sistemas individuales de tratamiento a implementar. Debido a que los beneficiarios del proyecto se abastecen actualmente desde aljibes, quebradas, ríos, nacimientos de agua y de acueductos comunitarios y llevan el agua hasta cada una de las viviendas a través de tres sistemas de conducción: gravedad a través de tuberías, electrobombas y bombeo con equipos accionados con combustible; y con el fin de garantizar que el tanque elevado de almacenamiento de agua sea llenado, el proyecto incluye el suministro de equipos de bombeo de agua portátiles accionados con baterías solares para aquellos beneficiarios que lo requieran. La ejecución del proyecto se ejecutará en dos fases y dos etapas, así: Fase 1 - Etapa 1: Construcción de 600 unidades sanitarias individuales para la recolección, tratamiento y disposición final de las aguas residuales domésticas. Fase 1 - Etapa 2: Construcción de 200 unidades sanitarias individuales para la recolección, tratamiento y disposición final de las aguas residuales domésticas. Fase 2: Contratación de una consultoría que permita integrar el componente de abastecimiento actual y proyectar y ejecutar las acciones necesarias para que los beneficiarios del proyecto tengan un suministro de agua potable en mejores condiciones que las actuales. 2 DISPOSICIÓN DEL SISTEMA. El diseño elaborado es el soporte técnico del sistema de tratamiento de aguas, residuales, propuesto para una vivienda unifamiliar en una planta. Consta de una trampa de grasas, un tanque séptico, un filtro anaeróbico y una trinchera de infiltración, elementos necesarios para el buen funcionamiento del sistema lo cual se constituye en una sencilla y económica solución, que se elabora para mejorar las condiciones ambientales y de salud humana de la comunidad del municipio, asegurando cobertura en saneamiento y una mejor calidad de vida a los habitantes del municipio. Una vez separadas las aguas de la ducha, sanitario y aguas residuales corrientes (cocina, etc.), estas últimas tendrán como un pre-tratamiento una trampa de grasas, que removerá los residuos de material graso, los cuales perjudican el sistema. Después los afluentes entraran a la estructura del tanque séptico donde se iniciará una fase de tratamiento primario con la retención apropiada a la clase típica de descarga. Luego pasará, dentro de la misma estructura a un tanque, que tiene la función de filtro anaeróbico, que se constituirá en el tratamiento secundario, que mejorará la calidad del efluente primario, luego será conducido finalmente a un pozo trinchera o a un campo de infiltración, para ser percolado por el terreno. 3 TANQUE SEPTICO Luego las aguas servidas siguen al tanque séptico, que es una cámara destinada a retener las aguas, por un periodo aproximado de cinco (5) días, teniendo un proceso de sedimentación en el cual los sólidos se depositan en el fondo del tanque donde se produce una asimilación anaeróbica. 3.1 Población a Atender La unidad sanitaria de pozo séptico se calcula para un diseño y número de habitantes definidos razón por la cual los caudales de diseño se calculan partiendo del número de habitantes promedio del censo del proyecto, de acuerdo con las visitas realizadas y la información de campo. El número de habitantes promedio a atender en la región es de 4 habitantes por unidad sanitaria. 3.2 Calculo Caudal de diseño. Según parámetros de diseño de RAS 2000 capitulo E.7 Metodologías de diseño, la unidad séptica se diseña bajo el criterio de volumen útil del tanque séptico a partir de la contribución de aguas residuales por ocupantes permanentes de clase baja para el caso que compete a sector rural de Puerto Caicedo: 3.2.1 Volumen Útil 𝑉𝑢 = 1000 + 𝑁𝑐 (𝐶𝑇 + 𝐾𝐿𝑓 ) (E.7.1) Dónde: Vu = volumen útil en litros Nc = número de contribuyentes beneficiados, 4 beneficiarios. C = Valor de contribución de agua, para este caso se adoptó el valor correspondiente a usuarios permanentes clase baja, determinado por la siguiente tabla: Tabla 1. Contribución de aguas residuales por persona Predio Unidades Contribución de aguas residuales (C) y lodo fresco Lf (L / día) Ocupantes permanentes C Residencia Clase alta persona 160 Clase media persona 130 Clase baja persona 100 Fuente: TABLA E.7.1 Titulo E RAS 2000 Lf 1 1 1 T = Este valor corresponde al tiempo de retención de acuerdo a la contribución diaria en litros, como se diseña para una unidad de vivienda y con el promedio de 4 contribuyentes; este valor de contribución está en los rangos hasta 1.500 litros, correspondiente a 24 horas o 1 día de la tabla E.7.2. Tabla 2 Tiempos de retención Contribución diaria (L) Hasta 1,500 De 1,501 a 3,000 De 3,000 a 4,500 4,501 a 6,000 6,001 a 7,500 7,501 a 9,000 más de 9,000 Fuente: Tiempo de retención (T) Días Horas 1,00 24 0,92 22 0,83 20 0,75 18 0,67 16 0,58 14 0,50 12 TABLA E.7.2 Titulo E RAS 2000 K = Corresponde a los valores de acumulación de lodos digeridos Tabla E.7.3 de acuerdo al rango de temperatura ambiente en °C, se asumió un intervalo de limpieza de 2 años para temperaturas ≥ 20 °C un valor de k de 97. Tabla 3 Valores de tasa de acumulación de lodos digeridos Valores de K por intervalo temperatura ambiente (t) en ºC t ≤ 10 10 ≤ t ≤20 t ≥ 20 94 65 57 134 105 97 174 145 137 214 185 177 254 225 217 Fuente: TABLA E.7.3 Titulo E RAS 2000 Intervalo de limpieza (años) 1 2 3 4 5 Entonces: Nc = 4 contribuyentes C = 100 (contribución de aguas residuales por contribuyente) T = 1 (tiempo de retención en días) K = 97 (tasa de acumulación de lodos digeridos según intervalos de limpieza y temperatura) Lf = 1 Lodo fresco l/día 𝑉𝑢 = 1000 + 𝑁𝑐 (𝐶𝑇 + 𝐾𝐿𝑓 ) (E.7.1) 𝑉𝑢 = 1000 + 4(100 ∗ 1 + 97 ∗ 1) 𝑉𝑢 = 1788 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑧𝑜 𝑠é𝑝𝑡𝑖𝑐𝑜 (𝑙𝑡) 3.2.2 Volumen útil medio filtrante 𝑉2 = 1.6 𝑁 ∗ 𝐶 ∗ 𝑇 𝑉2 = 640 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ú𝑡𝑖𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 (𝑙𝑡) Cámara de reacción 𝑉𝑢𝑟 = 400 + 0,25 ∗ 𝑁 ∗ 𝐶 𝑉𝑢𝑟 = 500 Cámara de sedimentación 𝑉𝑢𝑠 = 1,5 + 0,2 ∗ 𝑁 ∗ 𝐶 𝑉𝑢𝑠 = 81,5 Área Superficial Cámara de sedimentación 𝐴𝑠 = 0,07 + [ 𝑁∗𝐶 ] 15 𝑉𝑢𝑠 = 26,71 𝑚2 3.2.3 Dimensiones Se optó por construir tanque de séptico rectangular siguiendo las medidas internas mínimas recomendadas por el RAS2000. Profundidad Útil: A partir de volumen útil y según Tabla 4 se tiene: Tabla 4 Valores de profundidad útil Profundidad útil Profundidad útil mínima (m) máxima (m) Hasta 6 1,2 2,2 De 6 a 10 1,5 2,5 Más de 10 1,8 2,8 Fuente: TABLA E.3.3 Titulo E RAS 2000 Volumen útil (m3) Se asume una profundidad útil de 1.2 m, y un borde libre de 0.3 m. Área superficial pozo séptico: 𝐴𝑠𝑝𝑠 𝑉 (1000) = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 ú𝑡𝑖𝑙 𝐴𝑠𝑝𝑠 = 1,49 𝑚2 Ancho neto: 𝐴𝑛 = 0,7𝑚 Largo útil: 𝐿𝑎 = 𝐴𝑠𝑝𝑠 1,49 = = 2,1𝑚 𝐴𝑛 0,7 Número de Cámaras: Se diseña con dos cámaras en serie, la primera a los 3/4 del área total (1.6m) y la segunda a 1/4(0.6m). 4 TRAMPA DE GRASA Hace el pre-tratamiento de las aguas de la cocina, las cuales presentan sustancias grasosas o aceitosas, que impedirán posteriormente el buen funcionamiento del sistema. La estructura es una caja de mampostería pañetada e impermeabilizada de 0.50 * 0.80 * 1.00 metro de profundidad de lámina de agua, con tapa de concreto reforzado removible, con capacidad aproximada de 0.24 M3, con entradas y salidas en tubería de diámetro 4 ", sumergidas y diferente altura, de entrada y salida, lo que hace que el material graso flote, para ser retirado periódicamente. De acuerdo con la tabla E.3.1 del RAS 2000 se toma un caudal de 72 l/min igual a 0,0012 m3/s. Para este caudal la tabla E.3.2 recomienda un tiempo de retención de 3 minutos equivalente a 180 segundos. Volumen del sistema 𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑇𝑟 = 0,0012 ∗ 180 = 0,22𝑚3 Para este caso se diseñó una trampa de grasas así: b = 0,5m L = 0,8m h = 0,6m borde libre = 0,3m Dadas estas dimensiones el volumen es 0,24m3 por lo que cumple con lo requerido. Comprobación carga superficial qs = Q As Se sabe que el valor de la carga superficial (qs , debe estar entre los valores de 2.5 - 4 lps/m², por los cual se asume un valor qs = 4 lps/m². qs = 1,2 = 0,33𝑚2 0,5 ∗ 0,8 5 5.1 ANALISIS DE INFILTRACION ESTUDIO DE PERCOLACION Se realizaron los apiques apropiados para el estudio del terreno así: Capa vegetal (0 - 0,20) m: Limo con presencia de material vegetal. (0.20-1.00) m: Limo con presencia de lutitas de color negro, mezclado con un material arcilloso de plasticidad media, de color amarillento, con vetas de óxido de hierro. Este terreno encontrado hasta una profundidad de 1.0m, lo que indica condicionas apropiadas absorbentes. Para las pruebas de percolación se realizaron dos (2) apiques, de sección: 0.30 m de ancho 0.50 m de largo 0.70 m de profundidad Tabla 5 Pruebas de percolación No. Apique Primero Segundo Tiempo 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0 Promedio 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0 Promedio Promedio Total lectura 25.0 32.0 39.0 44.0 49.0 24.0 33.5 37.0 45.0 48.5 min/cm 1.200 1.875 2.308 2.727 3.061 2.234 1.250 1.791 2.432 2.667 3.093 2.247 2.240 pendiente 1.200 4.286 4.286 6.000 6.000 4.354 1.250 3.158 8.571 3.750 8.571 5.060 4.707 Gradiente 0.833 0.233 0.233 0.167 0.167 1.327 0.800 0.317 0.117 0.267 0.117 1.752 1.539 Se procedió a saturar el terreno y llenar lentamente los apiques encontrando las siguientes lecturas: Entonces el promedio hallado es del 2,24 min. /cm, para acceder a la tabla se tiene que presentar el resultado en minuto / pulgada, lo que corresponde a = 5.69 in. /pul, interpolando se obtiene= 79.83 It / m2 - día como tasa de percolación. Se asume como 80 It/m2 - día = 9.26x10A -6 cm/s. Con un gradiente hidráulico de 1.54. Para la disposición final de las aguas tratadas, por infiltración se propone y calcula un Campo de Infiltración. CAMPO DE INFILTRACION 5.2 Están conformados por una serie de zanjas localizadas en forma conveniente y con unas dimensiones calculadas según las características del terreno en cuanto a las tasas de percolación halladas en los ensayos de percolación realizados en el terreno. La tasa de infiltración del efluente es de 80.0 litros/m2-d. = 9.26 x 10a -6 cm/sg Calculo del área de Absorción: A= Q∗P 𝑅 Dónde: A, área de absorción m2 Q, Caudal en L-HAB-DÍA P, Número de Habitantes R, Tasa de infiltración en litros-m2-día A= 90 ∗ 4 = 4,5𝑚2 80 Se propone una zanja de 0,75 * 6 = 4,5m2 Construcción de las zanjas Una vez excavada, retirado el material sobrante, perfilados los bordes y fondo, se procede a rellenar la zanja con una capa mínimo de 15cm de gravas o piedras trituradas, hasta obtener el nivel para localizar la tubería de distribución de P.V.C., luego para evitar obstrucciones se cubrirá los 15 cm de la parte superior también con gravas de manera que cubra el tubo, finalmente se coloca una capa mínimo de 30 cm de relleno de material de sitio compactado. Restricciones No se recomienda la utilización de desinfectantes en labores de limpieza, de ser necesaria la desinfección, se recomienda abrir el bypass y cerrar la entrada del sistema de tratamiento y restablecer el sistema una vez finalizada la labor. No usar papel diferente al papel higiénico, recomendado para el uso del sanitario. No arrojar tóxicos, ya que afectan gravemente el sistema. No se deben introducir las aguas lluvias al sistema. El sistema está diseñado únicamente para la vivienda, por lo que no conectaran otras casas ni otros usos. 6 MANTENIMIENTO Trampa de Grasas: Se debe hacer aproximadamente cada seis meses o un año, verificando que sean removidas todas esas partículas grasosas flotantes con un recipiente, los desechos grasos deben ser enterrados en una excavación de no menos 40 centímetros de profundidad, previamente construida. Filtro dentro del pozo séptico: Se deberá hacer mantenimiento aproximadamente cada dos años, practicando una limpieza de las gravas y arenas, o remplazando las mismas ya que actúa como removedor de carga orgánica. Se debe proceder de la siguiente manera: Se preparará una excavación de 1.5 m2 por (40) cuarenta centímetros, las personas encargadas de hacer el trabajo, deberán estar adecuadamente protegidas con botas, tapabocas, guantes etc., lavando con agua limpia el lecho y echándolo en un plástico grueso, haciendo montones con pala parta producir roce entre las partículas y desprender el material previamente adherido, esta operación se hace dos veces y después se coloca el material filtrante nivelándolo en el fondo del tanque y reponiendo el material perdido en el lavado. Tanque Séptico: En un periodo similar al del filtro anaeróbico se le hará mantenimiento, desocupándolo de lodos y utilizando una excavación similar a la del filtro y con cinco (5) kilos de cal viva en polvo y con exactas precauciones del caso anterior. Se pueden utilizar los desechos como abono orgánico, colocándolos en un lugar cubierto y mezclándolos con cal homogéneamente, sobre un plástico grueso a pala y dejarlos secar tres días al aire libre y así utilizar este material sin ningún riesgo. No es recomendable desocupar el tanque en su totalidad, se debe dejar, como mínimo un litro de lodos como cepa.
