Unidad 8






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Alcantarillado Sanitario

UNIDAD 8


ALCANTARILLADO SANITARIO

8.1- Generalidades de los alcantarillados sanitarios.
El sistema de alcantarillado consiste en una serie de tuberías y obras complementarias, necesarias para recibir y evacuar las aguas residuales de la población y la escorrentía superficial producida por la lluvia. De no existir estas redes de recolección de aguas, se pondría en grave peligro la salud de las personas debido al riesgo de enfermedades epidemiológicas, y además se causarían importantes perdidas materiales.
Las aguas residuales pueden tener varios orígenes a saber:


  1. Aguas residuales domésticas: Son aquellas provenientes de inodoros, lavaderos, cocinas y otros elementos domésticos. Esta agua están compuestas por sólidos suspendidos ( generalmente materia orgánica biodegradable), sólidos sediméntales (principalmente materia inorgánica), nutrientes (nitrógeno y fósforo) y organismos patógenos.




  1. Aguas residuales industriales: Se originan de los desechos de procesos industriales o manufactureros, y debido a su naturaleza, pueden contener, además de los componentes citados anteriormente respecto a las aguas domesticas, elementos tóxicos tales como: plomo, mercurio, níquel, cobre y otros, que requieren ser removidos en vez de ser vertidos al sistema de alcantarillado.




  1. Aguas de lluvias: Provienen de la precipitación pluvial y debido a su efecto de lavado sobre tejados, calles y suelos, pueden contener un gran cantidad de sólidos suspendidos, en zonas de alta contaminación atmosférica, pueden contener algunos metales pesados y otros elementos químicos.


Aguas residuales domesticas

Es el agua residual procedente de residencias, instalaciones comerciales, publicas y similares; deben considerarse a la curva de consumo acumulados transformada en curva de descarga acumulados como buen indicador de la cantidad de aguas negras que reciben los colectores cloacales. Cuando no se dispone de una curva tipo, puede asumirse un consumo percápita por día o bien basándose en las normas de INAA. La cantidad del agua residuales domesticas, de un área, será generalmente del 60 al 80% del agua suministrada a esa zona.
Aguas residuales Industrial

La aceptación de las aguas residuales industriales en un sistema de alcantarillado, estará condicionada a un tratamiento previo. El aporte puede variar ampliamente y estará acorde al tipo de industria, tamaño de la planta, tipo de supervisión y en todos los casos, las circunstancias presente y futuras.
Se determinara para cada industria, en lo posible, el gasto máximo de sus aguas residuales y las horas del día en que se produzcan; en caso de que sea posible obtener la información indicada procedentemente, se podrá aplicar un coeficiente de gasto de aguas residuales, comprendido entre los siguientes valores extremos: 1.5 lps/Ha y 3.0 lps/Ha.
8.2- Sistemas de alcantarillados.
Los sistemas de alcantarillados se clasifican según el tipo de agua que conduzcan, y podemos decir que existen:


  • Alcantarillado sanitario: Es el sistema de recolección diseñado para llevar exclusivamente aguas residuales domesticas e industriales.




  • Alcantarillado pluvial: Es el sistema de evacuación de la escorrentía superficial producida por la lluvia.




  • Alcantarillado combinado: Es un alcantarillado que conduce simultáneamente las aguas residuales (domésticas e industriales) y las aguas de lluvia.


El tipo de alcantarillado que se ha de usar depende de las características de tamaño, topográficas y condiciones económicas del proyecto. Por ejemplo, en algunas localidades pequeñas, con determinadas condiciones topográficas, se podría pensar en un sistema de alcantarillado sanitario inicial, dejando las aguas de lluvias correr por las calzadas de las calles. La anterior condición permite aplazar la construcción del sistema de alcantarillado pluvial hasta que el problema de las aguas residuales con las aguas de lluvias sea de alguna consideración.
El unir las aguas residuales con las aguas de lluvia, es decir un alcantarillado combinado, es una solución económicas inicial desde el punto de vista de la recolección, pero no lo será tanto cuando se piense en la solución global de saneamiento que incluye la planta de tratamiento de aguas residuales, ya que este caudal combinado es muy variable en cantidad y calidad, lo cual genera perjuicios en los procesos de tratamiento. Se debe procurar, entonces, hasta donde sea posible, una solución separada al problema de la conducción de aguas residuales y aguas de lluvia.
8.2.1- Clasificación de las tuberías.


  1. Laterales o iniciales: Reciben únicamente los desagües provenientes de los domicilios.




  1. Secundarias: Reciben el caudal de dos o mas tuberías iniciales.




  1. Colector secundario: Recibe el desagüe de dos o más tuberías secundarias.




  1. Colector principal: Capta el caudal de dos o más colectores secundarios.




  1. Emisario final: Conduce todo el caudal de aguas residuales o lluvias a su punto de entrega, que puede ser una planta de tratamiento o un vertimiento e un cuerpo de agua como un río, lago o el mar.




  1. Interceptor: Es un colector colocado paralelamente a un río o canal.


8.2.2- Descripción de los elementos del alcantarillado.

    • Albañales: Se denomina así a los conductos que recolectan las aportaciones de aguas residuales de una casa o edificios y las entregan a la red municipal. Estos conductos se dividen en dos partes, la primera se le denomina albañal interior y es la que se localiza dentro del predio, casa o edificio. A la segunda se le llama albañal exterior, porque se localiza del parámetro exterior de la casa o edificio al entronque con el conducto de la calle.

Al conducto o albañal exterior también se le denomina descarga domiciliaria o acometida y su finalidad es transportar las aguas residuales originadas en ellos a las alcantarillas secundarias o a cualquier otra alcantarilla, excepto a otra acometida domiciliar. El diámetro interior de estos albañales es de 4” o 6” y la pendiente nunca será menor del 2%.

El empotramiento se hará con una Ye en dirección de la corriente cuando el diámetro del colector público sea menor de 18”. En caso de ser mayor, podrá hacerse en ángulo de 90°. El empotramiento se hará en forma tal que la cresta del tubo de empotramiento quede 0.20 m mas abajo que la parte inferior de la tubería de agua potable y su profundidad estará comprendida entre 0.80 – 2.0 m

    • Atarjea, laterales o cabeceros: Son las tuberías de diámetro mínimo dentro de la red, que se instalan a lo largo de los ejes de las calles de una localidad y sirven para recibir las aportaciones de los albañales o descargas domiciliares de las casas o edificios. El diámetro mínimo recomendado de las atarjeas o cabeceros es de 8” en el sistema convencional.

Entrega sus aguas negras a los subcolectores o a los colectores y constituyen el primer elemento de la red de alcantarillado.

    • Subcolector: Son los conductos que reciben las aportaciones de aguas residuales provenientes de las atarjeas o cabeceros y, por lo tanto, tienen un diámetro mayor. Sirven también como líneas auxiliares de los colectores. Algunos lo denominan conductos secundarios y entregan las aguas residuales al colector.

    • Colector: Es la línea o conducto que se localiza en partes bajas de la localidad. Su función es captar todas las aportaciones provenientes de subcolectores, atarjeas y descargas domiciliares para conducirlas hasta la parte final de la zona urbana donde se iniciara el emisor. Debe preocuparse que la traza sea lo mas recta posible, evitando inflexiones y vueltas. Es el conducto troncal que da el sentido del escurrimiento.



    • Emisor: Es el conducto comprendido entre el final de la zona urbana de una localidad y el sitio de vertido o en su caso, planta de tratamiento. El emisor recibe solo aportaciones de agua residuales provenientes del colector o colectores, por lo que su función es transportar la totalidad de las aguas captadas por el resto de la red de alcantarillado.

    • Interceptor: Es un conducto abierto o cerrado que intercepta o desvía las aguas pluviales, aliviando problemas que ponen en peligro a la población.

    • Disposición final: Una vez sometidas a tratamiento, quitándoles su poder nocivo, las aguas residuales se podrán verter a corrientes naturales (arroyos, ríos, lagos o mar) o en su caso usarlas para riego agrícola, riego de parques y jardines o canalizarlas hacia industrias.


Por otra parte, las estructuras conexas que permiten el funcionamiento de una red de alcantarillado, son los que se describen:

  • Pozos de visita: Son estructuras verticales construidas de tabique o cajas de concreto reforzado que se colocan sobre las tuberías. Se deberán ubicar pozos de visita (PVS) o cámaras de inspección, en todo cambio de alineación horizontal o vertical, en todo cambio de diámetro; en las intersecciones de dos o más alcantarillas, en el extremo de cada línea cuando se prevean futuras ampliaciones aguas arriba, en caso contrario se deberán instalar "Registros terminales" (cleanout).

  • Pozos de visita de caída: Son estructuras que se utilizan para absorber un desnivel entre la unión de dos tuberías con el fin de ahorrar excavación o de disminuir una pendiente en la tubería para no rebasar la velocidad máxima permitida. Según INAA, estos se usaran cuando el fondo de la alcantarilla entrante este a mas de 60 cm por encima del fondo del pozo de visita.



8.3- Disposición de la red del alcantarillado.


  1. Sistemas perpendiculares: El sistema perpendicular sin interceptor es un sistema adecuado para un alcantarillado pluvial, ya que sus aguas pueden ser vertidas a una corriente superficial en cercanías de la población sin que haya riesgos para la salud humana ni deterioro de la calidad del cuerpo receptor.




  1. Sistemas perpendiculares con interceptor: El sistema de alcantarillado perpendicular con interceptor es utilizado para alcantarillados sanitarios. El interceptor recoge el caudal de aguas residuales de la red y lo transporta a una planta de tratamiento de aguas residuales o vierte el caudal a la corriente superficial aguas debajo de la población para evitar riesgos contra la salud humana.




  1. Sistema perpendicular con interceptor y aliviadero: Este sistema de alcantarillado perpendicular con interceptor y aliviadero, es adecuado para alcantarillados combinados, ya que el aliviadero permitirá reducir la carga hidráulica pico, producida en el caso de una precipitación, que llegaría a la planta de tratamiento de aguas residuales. El caudal excedente de la precipitación es vertido por medio del aliviadero a la corriente superficial en cercanía de la población sin riesgo para la salud humana, debido a la dilución del caudal de aguas residuales (el caudal de aguas residuales en un alcantarillado combinado es del orden del 3% del caudal total).




  1. Sistema en abanico: Dadas unas condiciones topográficas especiales, puede adoptarse el esquema en abanico con interceptor, sin interceptor o con aliviadero, según sea el tipo de alcantarillado.



  1. Sistema en bayoneta: El sistema de alcantarillado en bayoneta es apropiado para alcantarillados sanitarios en donde existan terrenos muy planos y velocidades muy bajas.


A continuación se muestra trazados de sistemas de alcantarillado:



Figura 8.3.1: Sistema de un alcantarillado perpendicular Figura 8.3.2: Sistema de alcantarillado perpendicular






Figura 8.3.3: Atareja lateral Figura 8.3.4: Alcantarillado en abanico





Figura 8.3.5: Alcantarillado con interceptor Figura 8.3.6: Sistema en bayoneta

8.4- Contaminantes importantes en el tratamiento de agua residual.
Sólidos en suspensión: los cuales pueden originar depósitos de lodos y condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar en un entorno acuático.
Materia orgánica biodegradable: compuesta principalmente por proteínas, carbohidratos y grasas animales, la cual se mide en la mayoría de las veces, en función de la DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno) y de la DQO (Demanda Química de Oxígeno).
Las aguas residuales domésticas crudas tienen una DBO entre 250 y 1000 mg/L, con relaciones de DQO/DBO que varían entre 1.2 y 2.5. Si las aguas residuales se descargan sin tratar al entorno, su estabilización biológica puede llevar al agotamiento de oxígeno a los recursos naturales y al desarrollo de condiciones sépticas.
Organismos patógenos: los cuales pueden transmitir enfermedades contagiosas.
Nutrientes: tanto el Nitrógeno, como el Fósforo y el Carbono son esenciales para el crecimiento de plantas y protistas. Cuando se vierten al entorno acuático, éstos pueden favorecer el crecimiento de una vida acuática no deseada.
Materia orgánica refractaria: resiste tratamiento convencional, tales como los detergentes, fenoles y pesticidas agrícolas.
Sólidos inorgánicos disueltos: algunos como el calcio, sodio y sulfatos son agregados al suministro de agua doméstico como resultado del uso y es posible que deban ser removidos para reuso del agua.

8.4.1- Características más importantes de algunas aguas residuales.
Existen caracterizaciones típicas de aguas residuales, las cuales son de gran interés como referencia de los parámetros de importancia por analizar y de su magnitud; pero hay que recordar que cada agua residual es única en sus características y que en lo posible, los parámetros de contaminación deben evaluarse en el laboratorio para cada agua residual específica. Las tablas siguientes resumen valores promedios de las características de contaminación más importantes evaluadas en aguas residuales de algunas localidades del país.


Parámetro

Magnitud

Sólidos totales

636 mg/L

Sólidos disueltos

448 mg/L

Sólidos suspendidos

188 mg/L

Sólidos sedimentables

51 mg/L

DBO

306 mg/L

DQO

614 mg/L

Nitrógeno total

234 mg/L

Nitrógeno orgánico

136 mg/L

Nitrógeno amoniacal

103 mg/L

Nitritos

0.06 mg/L

Nitratos

< 0.05 mg/L

Fósforo total

31 mg/L

Cloruros

56.76 mg/L

Alcalinidad

260.23 mg/L

Grasas

299 mg/L

Coliformes (NMP/100 mL)

2.06 x 107

Arsénico

4.6 µg/L

Cadmio

2.0 µg/L

Cobre

10.9 µg/L

Cromo

4.1 µg/L

Mercurio

0.2 µg/L

Níquel

5.8 µg/L

Plomo

2.6 µg/L

Selenio

3.2 µg/L

Zinc

27.0 µg/L

Tabla 8.4.1: Composición tipica de aguas residuales de la ciudad de Managua

Fuente: ROCHE/SEARCH 1996

Parámetro


Magnitud

Sólidos totales

685 mg/L

Sólidos suspendidos

252 mg/L

DBO

292 mg/L

DQO

461 mg/L

Nitrógeno total

25 mg/L

Nitrógeno orgánico

15 mg/L

Nitrógeno amoniacal

13 mg/L

Nitritos

0.08 mg/L

Nitratos

0.53 mg/L

Ph

6.9

Tabla 8.4.2: Composición típica de aguas residuales de la ciudad de León.

Fuente: (Laboratorio UNI – 1999)


Parámetro

Magnitud

Sólidos totales

889 mg/L

Sólidos sedimentables

2.81 mg/L

DBO

152 mg/L

DQO

427 mg/L

Nitritos

0.04 mg/L

Nitratos

0.58 mg/L

Fosfatos

13.70 mg/L

Alcalinidad

317.90 mg/L

pH

7.36

Tabla 8.4.3: Composición de aguas residuales de la ciudad de Rivas.

Fuente: (ENACAL-2000)



Parámetro

Magnitud

Sólidos totales

968 mg/L

Sólidos sedimentables

11 mg/L

DBO

480 mg/L

DQO

976 mg/L

Nitritos

0.20 mg/L

Nitratos

11.8 mg/L

Fosfatos

0 mg/L

Alcalinidad

580 mg/L

PH

6.96

Tabla 8.4.4: Composición de aguas residuales de la ciudad de Dario.

Fuente: (ENACAL - 1996)

Para la evaluación de las diferentes características del agua residual se deben seguir los métodos normales o estándar. Para una caracterización adecuada de esta agua se requiere de una técnica apropiada de muestreo que asegure resultados representativos del caudal global de aguas residuales y no solamente del caudal que circula en el instante del muestreo.
Para que la muestra sea representativa, se prefieren sitios de muestreo con flujo turbulento donde el agua residual esté bien mezclada; sin embargo el sitio de muestreo debe seleccionarse de acuerdo con cada problema individual de estudio. Los períodos de muestreo dependen del régimen de variación del caudal, de la disponibilidad de recursos económicos y de los propósitos del programa de muestreo.
Cantidad: Deberán recogerse dos litros de muestra para la mayoría de los análisis físico-químicos. Ciertos ensayos necesitan volúmenes más grandes. No debe utilizarse la misma muestra para ensayos químicos, bacteriológicos y microscópicos debido a que los métodos de muestreo y manipulación son diferentes.
Preservación de muestras: Las muestras obtenidas en el campo deben constituirse en una representación precisa del material del que se está haciendo el muestreo; por tal motivo deben ser obtenidas, conservadas, transportadas y almacenadas de manera que cuando lleguen al laboratorio todavía sean representativas del material existente en el campo.
Métodos de preservación: Según el caso se deben usar: a) Control del pH. b) Adición de reactivos. c) Uso de envases opacos o de color ámbar. d) Refrigeración. e) Filtración. f) Congelamiento.
Muestra instantánea o simple: Representa solamente las características del agua residual para el instante de muestreo y en la mayoría de los casos, pueden no ser representativas de un período prolongado, puesto que estas características varían con el tiempo.
Las muestras simples se usan para:


  • Determinar las características de descargas instantáneas circulantes, identificar la fuente y evaluar los efectos potenciales en los procesos de tratamiento. Estas descargas son frecuentemente detectadas visualmente por el operador del sistema.

  • Estudiar variaciones y extremos en un flujo de desechos en determinado período.

  • Evaluar la descarga si ésta ocurre intermitentemente durante períodos cortos.

  • Determinar si la composición de la corriente para hacer el muestreo es razonablemente constante.

  • Determinar si los componentes por analizar son inestables o no pueden ser preservados.


Los parámetros que deben medirse para caracterizar el agua residual por medio de muestras instantáneas, son los siguientes: oxigeno disuelto, coliformes, alcalinidad, acidez, grasas, aceites, pH y temperatura.

Muestra compuesta: Son la mezcla de varias muestras instantáneas recolectadas en el mismo punto de muestreo en diferentes tiempos a intervalos regulares generalmente una hora, durante 24 horas. La mezcla se hace sin tener en cuenta el caudal en el momento de la toma.
Las muestras compuestas se usan para: Determinar la DBO5 total y soluble, DQO soluble y total, sólidos suspendidos, disueltos y sedimentable, nitrógeno total, fósforo, cloruros, aceites y grasas, metales pesados y detergentes.
Muestra integrada: Consiste en la toma de muestras simples, tomadas en diferentes puntos simultáneamente y tan cerca como sea posible, que luego se mezclan para su análisis. La integración debe hacerse de manera proporcional a los caudales medidos al tomar la muestra.
Las muestras integrales deben usarse en los casos siguientes: Caracterizar el caudal de un río, el cual varía su composición a lo largo de su trayecto y su ancho. Se toman varias muestras para diferentes puntos de la sección transversal y se mezclan en proporción a los flujos relativos para cada sección. Cálculo de las cargas (kg/d) de las sustancias contaminantes en la corriente de agua. Tratamientos combinados para diferentes corrientes de aguas residuales separadas.
8.5- Información básica para emprender un proyecto de alcantarillado sanitario.

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