Diseño De Pozo Septico Final.docx

DISEÑO DE POZO SEPTICO CON CAMPO DE INFILTRACION Y CULTIVO HIDROPONICO

SALIDA INTEGRAL DE INGENIERIA SANITARIA ANYEL LISETH TORRES GALINDO 20142181380

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INGENIERIA SANITARIA BOGOTÀ D.C 2017

1. PARAMETROS DE DISEÑO DE POZO SEPTICO Se realizan cálculos para el diseño de un pozo séptico con campo de infiltración con cultivos hidropónicos encima, con base en la capacidad máxima de 40 personas, para una finca con temperatura promedio de 26°C. 

CONTRIBUCION DE AGUAS RESIDUALES

Para el cálculo del caudal de descarga se consideró el literal D.3.2.2.1 del RAS 2000 Titulo D, que habla de contribución de aguas residuales domésticas. El aporte doméstico (Qd) está dado por la ecuación: 𝑄𝑑 =

𝐶×𝐷×𝐴𝑅𝐷 ×𝑅 , 86400

𝑄𝑑 =

𝐶×𝑃×𝑅 86400

Ecuación 1 Ecuación 2

Dónde: Qd = Caudal de aguas residuales domésticas. C = Consumo medio diario por habitante: correspondiente a la dotación neta, es decir, a la cantidad de agua que el consumidor efectivamente recibe para satisfacer sus necesidades. La dotación neta depende del nivel de complejidad del sistema, del clima, de la localidad, y del tamaño de la población. P = Es la población o número de habitantes. Para el caso es de cuarenta (40) habitantes R = Es el coeficiente de retorno; es la fracción del agua de uso doméstico servida (dotación neta), entregada como agua servida al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. Se utilizaron como guía los rangos de valores de R descritos en la tabla D.3.1, del RAS 2000 Titulo D, para el cálculo se eligió el valor del nivel de complejidad media del sistema tomando como valor del coeficiente de retorno 0,8. Tabla 1. Coeficiente de retorno de aguas servidas domésticas Nivel de complejidad del sistema Coeficiente de retorno Bajo y medio 0,7-0,8 Medio alto y alto 0,8 – 0,85 Fuente. Ras 2000 Titulo E.

𝑄𝑑 =

150𝑙/ℎ𝑎𝑏𝑑𝑖𝑎 ∗ 40ℎ𝑎𝑏 ∗ 0.8 = 0.055𝑙/𝑠 86400 𝑠

El Caudal total de diseño es de 0.055l/s

Teniendo en cuenta que los aportes al tanque y al campo de infiltración corresponden únicamente a las aguas producidas en la finca, no se tiene en cuenta las aguas indicadas en el RAS 2000 correspondientes a aportes industriales, institucionales y comerciales  TANQUE SEPTICO Son tanques generalmente subterráneos, sellados, diseñados y construidos para el saneamiento rural. El tanque séptico es la unidad fundamental del sistema de fosa séptica ya que en este se separa la parte solida de las aguas servidas por un proceso de sedimentación simple; además se realiza en su interior lo que se conoce como PROCESO SEPTICO, que es la estabilización de la materia orgánica por acción de las bacterias anaerobias, convirtiéndola entonces en lodo inofensivo. 

LOCALIZACION

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1,50 m distantes de construcciones, límites de terrenos, sumideros y campos de infiltración 3,0 m distantes de árboles y cualquier punto de redes públicas de abastecimiento de agua. 15,0 m distantes de pozos subterráneos y cuerpos de agua de cualquier naturaleza Los tanques sépticos deben ser herméticos al agua, durables y estructuralmente estables. El concreto reforzado y el ferocemente son los materiales más adecuados para su construcción. Al tanque séptico se le deben colocar tapas para la inspección y el vaciado. Se deben tomar precauciones para que salgan los gases que se producen dentro del tanque. Para esto se puede colocar un tubo de ventilación. Para calcular la capacidad del tanque séptico se deberá conocer el número de personas que serán usuarios del sistema, luego se adoptara un gasto de aguas servidas en términos de volumen por persona y por día surgiendo como una medida un gasto de 150 litros/persona /día y un periodo de recepción de 24 horas, debiéndose tomar la porción de esta en caso de no utilizarse el sistema el otro día, como es el caso de escuelas rurales donde el lapso de utilización es de 6 a 8 horas diarias

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DISPOSITIVOS DE INGRESO Y SALIDA

Mediante conexión en Te, o cortina, la generatriz inferior de la tubería de ingreso deberá estar como mínimo 5 cm por encima de la superficie del líquido en el interior del tanque. En el ingreso la parte inferior de la Te o cortina, deberá estar sumergida a más de 10 cm respecto a la superficie del líquido en el interior del tanque, a la salida la sumergencia de le Te o cortina será 1/3 de la altura del agua del tanque 

VOLUMEN DEL TANQUE

El diseñador debe seleccionar una metodología de diseño que garantice el correcto funcionamiento del sistema teniendo en cuenta los siguientes criterios:

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Rendimiento del proceso del tratamiento Almacenamiento de lodos Amortiguamiento de caudales pico

Las cámaras sépticas deben dimensionarse teniendo en cuenta un volumen destinado a la sedimentación y un volumen para la acumulación del lodo, de acuerdo a la siguiente expresión: Vu= 1000 + Nc (CT + Lf * K) Donde V= Volumen útil (l) Nc= Número de personas o unidades de contribución (hab. O unidades) T= Tiempo de retención Lf= Contribución de lodo fresco (l/h/d) K= Tasa de acumulación de lodo (d) C= Dotación per cápita (l/h/d) a) Número de Contribuyentes (Nc): Es el número de personas que aportarán aguas residuales al sistema a través del consumo de una dotación neta. Para el diseño del pozo se estableció como criterio que el sistema debería soportar la carga vertida por personas. b) Contribución de aguas residuales por persona (C): Para estimar el cálculo de agua residual por persona se tomó como referencia de la tabla 3, el valor de ocupantes permanentes por persona / clase media, y se estableció en 150 Lts/Hab-día la contribución de aguas residuales por persona c) Contribución de lodo fresco (Lf): El valor estimado como contribución de lodo fresco se tomó de la tabla 3. Correspondiente a la clasificación de predios residenciales clase media, establecido en 1 L/Hab-día. Tabla 2. Contribución de aguas residuales por persona

Fuente: RAS 2000. Título E

d) Tiempo de retención (T): De acuerdo a las recomendaciones dadas en el RAS se tomó como tiempo de retención hidráulico 0.75 día (18 horas) en función de la contribución diaria en litros de aguas residuales menor a 6000 L. Tabla 3. Tiempo de retención hidráulica

Fuente: RAS 2000, Título E e) Tasa de acumulación de lodos digeridos (K): El valor de K se toma de la tabla 5 tomando como referencia un intervalo de limpieza de un año a una temperatura ambiente mayor a 20°C, el cual corresponde a 57. Tabla 4. Valores de tasa de acumulación de lodos digeridos

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Fuente RAS 2000, Título E Dimensiones del tanque (VU)

Que el volumen de la unidad corresponde a los valores estimados en la siguiente tabla. Tabla 5. Dimensiones del tanque VALORES POZO SEPTICO (Nc) número de contribuyentes 40 (hab) (C) contribución o dotación neta de aguas residuales (L/hab/día) (T) tiempo de retención (Lf) contribución de lodo fresco. (L/hab/día)

150 0.75 (18 horas) 1

(K) Tasa de acumulación de lodos digeridos. (día)

57

(Vu) Volumen de la unidad. (L) (b) ancho del pozo(m) (l) largo del pozo (m) Fuente: Autor

7780 1.8 5.4

El pozo séptico de la finca debe estar compuesto por mínimo un tanque de 10 m 3 o dos tanques de 5 m3 trabajando en serie.

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𝑉𝑢 = 1000 + 𝑁𝑐 × (𝐶𝑇 + 𝐾𝐿𝑓); 150𝑙 𝑉𝑢 = 1000 + 40ℎ𝑎𝑏 ∗ ( ∗ 0.75 + 57 ∗ 1) = 7780 ℎ𝑎𝑏𝑑𝑖𝑎 Dimensionamiento de los filtros sumergidos aireados

Cámara de reacción 𝑽𝒖𝒓 = 𝟒𝟎𝟎 + 𝟎. 𝟐𝟓𝑵𝑪 𝟏𝟓𝟎𝒍

𝑽𝒖𝒓 = 𝟒𝟎𝟎 + 𝟎. 𝟐𝟓 ∗ 𝟒𝟎𝒉𝒂𝒃 ∗ 𝒉𝒂𝒃𝒅𝒊𝒂 = 𝟏𝟗𝟎𝟎l Cámara de sedimentación 𝑽𝒖𝒔 = 𝟏𝟓𝟎 + 𝟎. 𝟐𝟎𝑵𝑪 𝑉𝑢𝑠 = 150 + 0.20 ∗ 40ℎ𝑎𝑏 ∗

150𝑙 = 1350𝑙 ℎ𝑎𝑏𝑑𝑖𝑎

Área superficial de la cámara de sedimentación

𝑨𝒔 = 𝟎. 𝟎𝟕 +

𝐴𝑠 = 0.07 +

𝑵∗𝑪 (𝒎𝟐) 𝟏𝟓

150𝑙 ℎ𝑎𝑏𝑑𝑖𝑎 = 400.07𝑙 15

40ℎ𝑎𝑏 ∗

Profundidad útil 𝑃𝑢 = 7.78𝑚^3

𝑉𝑢 𝑙+𝑏

𝑃𝑢 = 5.4𝑚+1.8𝑚=1.080m^2 Teniendo en cuenta que no existe colector de aguas residuales en la zona donde se ubica la estación de servicio, se hace necesario el diseño y construcción de un campo de infiltración que permita la incorporación de estas aguas al suelo sin que ello cauce procesos de contaminación.

Una vez verificado las características de suelo, capacidad de infiltración y el nivel freático se da la viabilidad de instalar el campo de infiltración bajo los criterios que se describen más adelante dentro del documento. De acuerdo a las especificaciones técnicas para el diseño de zanjas de infiltración establecidas por el CEPIS – Unidad de Apoyo Técnico para el Saneamiento Básico del Área Rural establece que una zanja de infiltración es una excavación larga y angosta realizada en la tierra para acomodar las tuberías de distribución del agua residual sedimentada en el tanque séptico, y para su consiguiente infiltración en el suelo permeable. Los criterios a tener en cuenta para la etapa de diseño y constructiva del campo de infiltración se enuncian a continuación. La distancia mínima de cualquier punto de la zanja de infiltración a viviendas, tuberías de agua, pozos de abastecimiento y cursos de agua superficiales (ríos, arroyos, etc.) serán de 5, 15, 30 y 15 metros respectivamente. 

La distancia mínima entre la zanja y cualquier árbol debe ser mayor a 3,0 m.

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Cuando se dispongan de dos o más zanjas de infiltración en paralelo, se requerirá instalar una o más cajas de distribución de flujos.

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La caja distribuidora del agua residual deberá permitir el reparto uniforme del flujo a cada tubería de distribución. Frente a la boca de ingreso del efluente a la caja distribuidora, deberá existir una pantalla de atenuación que distribuya el flujo en todo lo ancho de la caja. La repartición a cada zanja se podrá obtener por medias cañas vaciadas en la losa del fondo, vertederos distribuidores de flujos, o por otro sistema debidamente justificado que se ubicará después de la pantalla de atenuación.

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La caja distribuidora será de 0,60 x 0,30 m para profundidades hasta 0,60 m y de 0,60 x 0,60 m para profundidades mayores a 0,60 m.

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La longitud de la zanja de infiltración se determinará mediante la división del área útil del campo de infiltración entre el ancho de la zanja de infiltración.

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La longitud deseable de cada zanja de infiltración será de 20 m, permitiéndose en casos justificados longitudes hasta de 30 m.

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Todo campo de absorción tendrá como mínimo dos líneas de distribución. Las líneas de distribución deben ser de igual longitud, y la separación de eje a eje no deberá ser menor de 2,10 m.

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La tubería de distribución estará conformada por tubos de PVC, de 4” de diámetro, 0,30 m de longitud y espaciados entre ellos de 10 milímetros.

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En el fondo de la zanja de infiltración se acomodará una capa de grava limpia de 0,15 m de espesor constituida por material con granulometría entre 2,5 a 5,0 cm. Sobre ella se acomodará la tubería de distribución y se la cubrirá totalmente con la misma grava. Encima de la grava gruesa se colocará una capa de grava fina de 0,10 m de espesor y granulometría de 1,0 a 2,5 cm. Sobre la capa de grava fina, y para evitar la alteración de la capacidad filtrante de la grava, se colocara una capa de cinco centímetros de espesor de material permeable que facilite la evapotranspiración del agua residual aplicada en la zanja.

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Se debe evitar compactar el material de relleno para no afectar la cama de grava.

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El fondo de la zanja deberá quedar por lo menos a 2,0 m por encima del nivel freático.

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La profundidad de las zanjas estará en función de la topografía del terreno y no deberá ser menor a 0,5 m.

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El ancho de las zanjas estará en función de la capacidad de infiltración de los terrenos y podrá variar entre un mínimo de 0,40 m, a un máximo de 0,90 m. La pendiente mínima de la tubería de distribución será de 1,5‰ (1,5 por mil) y un valor máximo de 3,0‰ (3,0 por mil), pero en ningún caso ha de exceder el 4,5‰ (4,5 por mil). 2. DISEÑO DEL CAMPO DE INFILTRACIÓN  Estimación del Caudal de diseño Para el establecimiento del caudal de diseño se tomó como referencia los caudales de diseño de los sistemas de tratamiento. El caudal de salida de aguas residuales domésticas es de 0,055LPS. El diseño de un sistema de infiltración queda caracterizado por dos valores de la carga hidráulica aplicada; la carga hidráulica media anual (mm/año) y la carga hidráulica real correspondiente al periodo de aplicación del agua residual (carga media de aplicación), expresada en mm/d. (Metcalf y Eddy, 1998.) La carga hidráulica anual del proyecto se suele determinar en función de la permeabilidad o conductividad vertical efectiva de la columna de suelo situada por encima del agua subterránea o del estrato rocoso subyacente. Sin embargo, en algunos casos, la carga de constituyentes como el nitrógeno, en aguas residuales urbanas, y la DBO5 en aguas residuales industriales, pueden ser el factor determinante del valor de la carga hidráulica de proyecto. La carga hidráulica media anual, basada en la permeabilidad del terreno, se obtiene multiplicando la velocidad de infiltración a largo plazo determinada in situ por un factor de aplicación que depende del sistema empleado para las mediciones de campo, de las características del agua residual a aplicar y del número de días al año en que funciona el sistema. (Metcalf y Eddy, 1998). La carga hidráulica anual se calcula mediante la siguiente expresión: 𝐿𝑤=(𝐼𝑅)∗(𝑂𝐷)∗(𝐹)∗(24ℎ𝑑) (1) Dónde: IR = velocidad de infiltración, mm/h. OD = número de días en funcionamiento al año, d/año. F = factor de aplicación Lw = carga hidráulica anual. En este caso supondremos que los cálculos parten de pruebas de infiltración realizadas en la finca donde se obtuvieron los siguientes resultados Velocidad de infiltración varía entre 0.049 y 0.79 cm/hora, equivalente a un promedio de 0,42 cm/hora (4,2 mm/hora). Realizando el cálculo con los resultados obtenidos se obtiene de la ecuación anterior lo siguiente 𝐿𝑤=(4,2)∗(365)∗(0,1)∗(24ℎ𝑑) 𝐿𝑤=3679,2𝑚𝑚/𝑎ñ𝑜

Calculo de la superficie de infiltración El área de infiltración puede ser calculada mediante la fórmula siguiente: (EPA, 1984) 𝐴=((1,9∗𝑄)/(𝐿𝑤∗𝑃)) Dónde: A= Área de tratamiento en ha. Q= Caudal diario en m3/día. Lw= carga hidráulica anual de diseño en m/año (calculada en el apartado anterior). P= Periodo de operación en semanas/año. Para un periodo de operación de un año (52 semanas aproximadamente) la ecuación quedaría de la siguiente forma: 𝐴=((0,0365∗𝑄)/𝐿𝑤) Teniendo en cuenta que el periodo de operación es para un año se toma la segunda ecuación, realizando el siguiente calculo: 0.055𝑙 1𝑚3 86400𝑠 𝑄= ∗ ∗ = 4.752 𝑚3 /𝑑𝑖𝑎 𝑠 1000𝑙 1𝑑𝑖𝑎 𝐴=((0,0365∗4.752)/3679,2) = 4.72*10^-5 El área requerida para realizar la infiltración es de aproximadamente 0.48 m2. Esta área se considera muy pequeña por consiguiente se propone establecer un área de 1 m2. 3. CULTIVOS HIDROPONICOS: Una alternativa eficaz seria implementar el uso de plantas macrófitas, las cuales tienen un consumo de energía convencional relativamente bajo, un montaje práctico en la operación de sistemas de tratamiento y tiene gran habilidad para la asimilación de nutrientes y adecuación de condiciones favorables para la descomposición de materia orgánica, por tanto estas se utilizan en la detección y remoción de sustancias en efluentes de aguas domésticas, residuales e industriales. Entre las macrofitas flotantes, las más comunes se muestran a continuación:  Jacinto de agua (Eichhornia crassipes)

Fuente: https://bioayuda.wordpress.com/tag/plantas-especiales/

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lechuga de agua (Pistia strartiotes)

Fuente: https://bioayuda.wordpress.com/tag/plantas-especiales/

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Salvinia (Salvinia Spp.)

Fuente: https://bioayuda.wordpress.com/tag/plantas-especiales/

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Redondita de agua(Hydrocotyle ranunculoides)

Fuente: https://bioayuda.wordpress.com/tag/plantas-especiales/

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Especies de lentejas de agua (Lemna Spp., Spirodella Spp.)

Fuente: https://bioayuda.wordpress.com/tag/plantas-especiales/

Los mecanismos para la depuración de contaminantes con macrofitas flotantes son:  Filtración y sedimentación de sólidos.  Incorporación de nutrientes en plantas y su posterior cosechado.  Degradación de la materia orgánica por un conjunto de microorganismos facultativos asociados a las raíces de las plantas; y en los detritos del fondo de la laguna, dependiendo del diseño. Diseño