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Alternativa s de saneamiento Memoria de Diseño y Especificacione s Técnicas Centro de Estudios y Promoción para el Habitar El presente tiene como objetivo dar a conocer los criterios de diseño utilizados para el dimensionamiento de las propuestas de alternativas de saneamiento para la comunidad de Auhya Pihny, municipio de Bilwi de la Región Autónoma Atlántico Norte.

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Alternativas de saneamientoMemoria de Diseo y Especificaciones TcnicasCentro de Estudios y Promocin para el Habitar

El presente tiene como objetivo dar a conocer los criterios de diseo utilizados para el dimensionamiento de las propuestas de alternativas de saneamiento para la comunidad de Auhya Pihny, municipio de Bilwi de la Regin Autnoma Atlntico Norte.

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e s

sy c e 2 Alternativas de saneamiento

Contenido! 2. Tratamie to de aguas negras y dis osicin de excretas................................. ................... 3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Poblacin a servir................................ ................................ ................................ ...... 3 Caudal de dise o................................ ................................ ................................ ....... 3 Periodo de dise o. ................................ ................................ ................................ .... 4 Estructura de entrada (caseta de letrina). ................................ ................................ . 4 Tanque S tico o Fosa S tica ................................ ................................ .................. 4 Criterios de dise o: ................................ ................................ ........................... 4 Dimensionamiento (formulas utilizadas) ................................ ........................... 5

2.5.2 2.6

Zanja de infiltracin. ................................ ................................ ................................ . 6 Criterios de dise o ................................ ................................ ............................ 7 Dimensionamiento (Formulas a utilizar) ................................ ............................ 7

2.6.2 3.

Tratamiento de aguas grises ................................ ................................ ........................... 10 3.1 3.2 3.3 Poblacin a servir................................ ................................ ................................ .... 10 Caudal de dise o................................ ................................ ................................ ..... 10 Pretratamiento o tratamiento primario (tanque separador de grasas). ................... 11 Criterios de dise o. ................................ ................................ ......................... 11 Dimensionamiento (Formulas a utilizar). ................................ ......................... 11

3.3.2 3.4

Tratamiento biolgico (biofiltro) ................................ ................................ ............. 12 Criterios de dise o ................................ ................................ .......................... 12 Dimensionamiento (Formulas a utilizar) ................................ .......................... 12

3.4.2

AnexosAnexo I Anexo II Anexo III Anexo IV ..Memoria de Clculos ..Costos y Presupuestos ....Especificaciones Tcnicas . Planos

"

3.4.1

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3.3.1

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2.6.1

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2.5.1

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1.

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es ................................ ................................ ................................ .................. 3

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 3 Alternativas de saneamiento

1. GeneralidadesEl sistema propuesto como medida de saneamiento para la evacuacin, tratamiento y disposicin final de las aguas negras y grises producidas en cada familia de la comunidad de Auhya Pihni consiste en la implementacin de sistemas individuales que se ven necesario por las caractersticas de esparcimiento urbano de la comunidad, los sistemas propuestos son los siguientes: 1. Sistemas de tratamiento y disposicin de excretas y aguas negras. 2. Biofiltro domiciliar para el tratamiento de las aguas grises provenientes de los equipamientos de lavanderos comunitarios. A continuacin se presentan los criterios de dise o para los tratamientos de aguas negras y grises propuestos:

2. Tratamiento de aguas negras y disposicin de excretas.Este es dise ado de forma individual, se propone dos tipos de dise o para el tratamiento y disposicin de aguas negras provenientes de una sola familia, y un segundo sistema que ser de forma colectiva; compartido por dos familias el cual por consiguiente tendr la capacidad de tratar la suma de ambos aportes. Estos sistemas estarn compuestos por lo siguiente: Caseta de letrina con Taza Rural + Tanque o fosa Sptica + FAFA + Zanja de Infiltracin. Las consideraciones tcnicas para su dimensionamiento se describen a continuacin :

2.1 Poblacin a servirLa propuesta de dise o de la fosa sptica est dise ada para un total de 6 habitantes por persona, en el caso de la fosa individual, y 12 habitantes en caso que esta sea compartida por un dos familias. El nmero de habitantes a servir por cada sistema esta porpuesto en relacin a datos arrojados por estudio sociohabitacional elaborado previamente por HABITAR. Y considerando las normas mnimas nacionales habitacionales, la cual fija un nmero mximo de 6 personas para una sola vivienda.

2.2 Caudal de diseoEl aporte de agua al sistema estar dado por la suma de aguas negras y grises producidos por cada habitante, dicho aporte est enteramente relacionado con la dotacin de agua potable suministrada, la que est establecida en 60 lppd1 para el caso de los dise os de abastecimiento de agua potable propuestos. El caudal de dise o (Qd) estar dado por el producto de la dotacin de agua suministrada a cada habitante por el nmero de habitantes equivalentes que tratara cada sistema.Sistemas de agua potable por medio de conexiones domiciliares de patio, Dise o de Abastecimiento de Agua en Medio Rural, INAA.1

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Centro de Estudios y promocin para el Habitar 4 Alternativas de saneamiento

2.3 Periodo de diseo.El periodo de dise o se estipulo considerando tener un periodo de mantenimiento espordico; el cual fue establecido para 5 aos, lo que indica que el mantenimiento se realizara cada 5 aos, este consistir en el retiro del 80% de los lodos producidos en la cmara de la fosa sptica. A cada unidad se debe de dar mantenimiento, siendo lo trabajos requeridos 100% responsabilidad de cada familia.

2.4 Estructura de entrada (caseta de letrina).Como estructura de entrada se contara con una caseta de letrina, la cual estar construida de madera en relacin al diseo tpico de casas establecidas en la regin por el organismo Hbitat para la Humanidad, la caseta contara con una Taza Sanitaria tipo Taza Rural , elaborada en porcelana, que ha sido implementada en proyectos de la regin, teniendo acogida y aceptacin por las comunidades donde se ha implementado.

2.5 Tanque Sptico o Fosa SpticaLa fosa sptica es un compartimiento con caractersticas de s edimentador de las partes gruesas que van al fondo y donde las partculas livianas y las grasas se acumulan en la parte superior. Al darse la acumulacin de partculas se define una primera etapa de tratamiento y al darse una primera descomposicin de la materia, por las condiciones anaerobias y la biodigestin lograda, se entera en lo conocido como avance de una siguiente etapa biolgica de tratamiento. Este tipo de tratamiento se disea fundamentalmente para la remocin de la carga de orgnica (DBO, DQO), slidos en suspensin, slidos disueltos, sedimentables y totales, con la finalidad que cumpla con las normas de vertido de efluentes descritas en la ley ambiental del Ministerio de Recursos Naturales y del Medio Ambiente (MARENA), en el Decreto 33-95. Los principios que se han orientado al diseo del tanque sptico son los siguientes:

2.5.1 Criterios de diseo:El ancho mnimo interno del tanque sptico deber ser de 0.80 metros y deber ser menor de dos veces la altura ( b < 2h), ya que es el espacio ms pequeo en que puede trabajar una persona durante la construccin o las operaciones de limpieza. La profundidad mnima se establecer en 1.0 m de los liquido almacenados y no deber ser nunca superior a la longitud total. La relacin entre el largo y ancho deber ser como mnimo de 2:1 y como mximo 4:1. Entre el nivel superior de natas y al superficie inferior de la losa de cubierta deber quedar un espacio libre de 0.20 metros, como mnimo. Los dispositivos de entradas debern ser construidos mediante Tee o pantallas. El nivel de la tubera de salida del tanque sptico deber estar situado a 0.05 metros por debajo de la tubera de entrada. La contribucin de lodo fresco deber ser de 1 litro por persona por da. Las prolongaciones de los ramales del fondo de las Tees o pantallas de entrada o salida, sern calculadas por la frmula (0.47/A+0.10). La parte superior de los dispositivos de entrada y salida debern de dejar una luz libre

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Centro de Estudios y promocin para el Habitar 5 Alternativas de saneamiento para ventilacin de no menos de 0.05 metros por debajo de la losa de techo del tanque sptico. Las tapas de inspeccin principal o de acceso deben tener como mnimo un ancho de 0.60 metros. Las fosas mayores de 2 metros de largo debern tener al menos dos tapas de inspeccin.

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2.5.2 Dimensionamiento (formulas utilizadas)El procedimiento de clculo con el que se apoya la determinacin de las dimensiones de los tanques spticos, toma en cuenta las indicaciones, producto de las investigaciones realizadas por los seores Dr. D.D. Mara profesor de la Universidad de Leeds, Inglaterra y el Dr. G.S. Sinnatamby, coordinador tcnico del programa HABITAT, Naciones Unidas, los que han definido lo que han llamado procedimiento racional para el diseo de tanques spticos para climas clidos y tropicales2. Las formulas a seguir para su dimensionamiento son las siguientes:

Caudal medio de contribucin.El caudal de contribucin o caudal de afluente al sistemas de tratamiento esta da por la do contribucin de desechos lquidos, la cual se basara en la dotacin de agua potable suministrada a cada habitante por el nmero de contribuyentes o habitantes equivalentes para los cuales se diseara cada sistema.

Donde; Qm: Caudal medio de contribucin (litros/da) N: Nmero de contribuyentes en hab. C: Contribucin de desechos en lppd El volumen de la fosa sptica estar compuesto por tres volmenes a considerar segn los procesos que se llevan dentro de un tanque sptico, de esta manera se presenta lo siguiente:

Volumen para la sedimentacin.

Donde; P: Q: th: poblacin o cantidad total de personas a atender. caudal de aguas a y tratar tiempo de retencin hidrulica a considerar en este proceso.

2

The public health engineer, No 14, Octubre de 1986.

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 6 Alternativas de saneamiento

Volumen para la biodigestin.

Donde; P: poblacin o cantidad total de personas a atender. td: tiempo de retencin requerido para la biodigestin de la materia orgnica, que se calcula por la siguiente expresin: (td= 28 (1.035)35-T), en funcin de la temperatura en grados Celsius estimada del agua a tratar.

Volumen para el almacenamiento de los lodos digeridos

Donde; R: Factor que caracteriza las aguas y en consecuencia los lodos que se producirn (esto es cuando se lleva al tanque sptico solo aguas de inodoro: r= 30 litros/(persona-ao); o cuando se enviaran todos los desechos lquidos de una vivienda, r= 40 litros/(personaao), para el caso de nuestros diseos se tomo el segundo caso (r= 40 litros/(persona ao)). P: Poblacin a atender. N: Periodo entre limpieza o remocin de lodos que se desea definir en aos. Td: tiempo de retencin requerido para la biodigestin de la materia orgnica, a calcular con formula anteriormente mostrada y en funcin de la temperatura estimada en grados Celsius del agua a tratar.

Volumen total de lquidos en este tanque

(m3)

2.6 Zanja de infiltracin.Para suelos arcillosos como los encontrados en el sitio de estudio se recomienda la implementacin de zanjas de infiltracin3. La zanja de infiltracin consiste en una excavacin larga y angosta realizada en la tierra para acomodar las tuberas de distribucin de agua

3

Normas tcnicas nicaragenses, Saneamiento bsico rural Rural, INAA.

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 7 Alternativas de saneamiento residual sedimentada en el tanque sptico y para su consiguiente infiltracin en el suelo permeable o semipermeable. En esta etapa se dan dos situaciones, una de ellas es la continuacin del tratamiento secundario por medio de la biodigestin de la materia orgnica disuelta en el efluente de la fosa sptica, este proceso es realizado por las bacterias adheridas a las piedras; la otra situacin est representada por la capacidad de absorcin del terreno existente.

2.6.1 Criterios de diseoTodo campo de absorcin tendr como mnimo dos lneas de distribucin, las lneas de distribucin debern ser de igual longitud, la separacin de eje a eje, no deber ser de 2.10 metros. La tubera de distribucin deber estar conformada por tubos de PVC, asbesto cemento, mortero cemento-arena, u otro material apropiado de 100 mm, 4 de dimetro, alternativamente podrn practicarse en la parte baja de los tubos, perforaciones de 13 mm de dimetros espaciados en 0.1 metro. En el fondo de la zanja de infiltracin se acomodara una capa de grava limpia de 0.15 m, de espesor, constituida con material con granulometra entre 2.5 y 5 cm, sobre ella se colocara la tubera de distribucin y se la cubrir con la misma grava, encima de la grava gruesa se colocara una capa de grava fina de 0.10 m. de espesor y granulometra entre 1 y 2.5 cm. Sobre la capa de grava fina para evitar la alteracin del ma terial filtrante se colocara piel grueso, o una capa de 5 centmetros de espesor de paja o cualquier otro tipo de material permeable que facilite la evotranspiracin del agua aplicada en la zanja de infiltracin. Sobre el papel, o la capa de paja se colocara material de terreno, hasta alcanzar el nivel del suelo natural. Se deber evitar compactar el material de relleno para no afectar la cama de grava y considerar la formacin de un camelln para compensar el humedecimiento del terreno causado por el asentamiento natural del mismo. La profundidad de la zanja deber estar en funcin de la topografa natural del terreno y no deber ser menor de 0.5 metros. El ancho de la zanja deber estar en funcin de la capacidad de absorcin de los terrenos y podr variar entre un mnimo de 0.4 m, a un mximo de 0.9 m. La pendiente mnima de la tubera de distribucin ser de 1.5% y un valor mximo de 3.0% pero en ningn caso ha de exceder el 4.5%.

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2.6.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar)La capacidad de la zanja de infiltracin se calcula en base a los resultados de las pruebas de infiltracin que se hagan en cada estrato, usndose un promedio ponderado para definir el diseo, para el caso de la comunidad de Auhya Pihni se logro determinar durante prueba de

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 8 Alternativas de saneamiento campo que la tasa de infiltracin (T) es de 2.3 min/cm, lo que indica que las velocidades de infiltracin (Vp) de los suelos se mantienen en el valor de 1x104 m/seg4.

Caudal medio de contribucin.El aporte de agua que realizara cada persona ser el mismo del efluente de la fosa Sptica, por tal motivo los clculos para la obtencin de este caudal se realizaran con la misma frmula, pero haciendo la conversin a metros cbicos por segundo:

Donde; Qm: Caudal medio de contribucin (m3/seg) N: Nmero de contribuyentes en hab. C: Contribucin de desechos en lppd.

rea de infiltracin.

Donde; Ai: Q: Vp: Area de infiltracin (m2). aporte o caudal de agua (m3/seg). velocidad de infiltracin estimada (m/seg).

El area de infiltracin deber ser afectado por otros factores propios del sitio donde ser implementada, donde se consideran como los ms importantes la precipitacin (Fp) y el revestimiento superior (rc), estos factores se han establecido para pases tro picales como el nuestro en 2.5 para el caso de Fp y el revestimiento superior estar en funcin del revestimiento a utilizar sobre la zanja ( 0 con nada cubriendo la superficie del terreno y casi 1 al cubrirse. Por lo tanto:

Superficie o rea verde requeridaDonde;

A`c: superficie o area verde requerida. Fp: Factor de precipitacin. (2.5, Para un medio con periodos de precipitacin la mayor parte del ao).4

Alternativas de Aguas y Saneamiento para la comunidad de Auhya Pihnni, HABITAR 2010

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 9 Alternativas de saneamiento

Superficie del campo de infiltracin.

Donde; A`c: Rc: superficie o area verde requerida. revestimiento superior (para nuestro caso, no existir revestimiento superior, por lo tanto se asume un valor de cero.

Permetro efectivo

Para este clculo se fijara un valor para el ancho de la zanja de infiltracin (w), de igual manera se fijara un valor de grava bajo la tubera (D) y se calculara el permetro efectivo por la siguiente frmula:

Donde; Pe: W: D: permetro efectivo ancho de la zanja de infiltracin (cm). espesor de la capa de grava bajo la tubera (cm).

Longitud total de la zanja

Donde; Lz: Ai: D: longitud total de la zanja Area de infiltracin. permetro efectivo.

Separacin entre zanjas (ancho de la superficie de infiltracin).

Donde; Ls: Ac: Lz: separacin entre zanjas rea de infiltracin. longitud total de la zanja.

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 10 Alternativas de saneamiento

3. Tratamiento de aguas grisesComo medida de tratamiento de aguas grises se proponen la implementacin de biofiltros domiciliares, especialmente para de las aguas grises provenientes de los equipamientos de puestos pblicos de lavado. Los biofiltros son unidades de tratamiento para aguas grises domiciliares, que consiste en una zanja excavada, revestida e impermeabilizada de forma cuadrada o rectangular, rellenada con piedrn y piedra boln u otro material de alta porosidad y sembrado con plantas macrfitas, donde el agua fluye horizontalmente y que persigue el fundamento de flujo pistn.

3.1 Poblacin a servirLos puestos pblicos destinado para lavado comunitario lo componen un total de 18 pozo s excavados, reforzados con anillos de concretos, con dispositivo de bomba de mecate para la extraccin de las aguas, estos pozos estn articulados a una batera de lavanderos, el fin inicial de estos equipamientos era que sirvieran como puestos comunitarios para el lavado de ropa y uso de agua. Por circunstancias algunos se volvieron privados, y semiprivados, de manera que la poblacin que cada uno de ellos atiende es variable, Considerando que cinco familias hacen uso de cada pozo segn hogares cercanos a este; se , asume un total de habitantes equivalentes a ser atendido por un sistema de biofiltros domiciliares a 30 habitantes.

3.2 Caudal de diseoEl agua a tratar es exclusivamente el agua resultante de la actividad de lavado de ropa, segn observaciones de campo, la dotacin de agua potable para puestos pblicos se asume de 40 litos/persona/da5, se estima que el 50% de esta dotacin es dirigida al lavado de ropa, por tanto se asume un aporte de agua de 20 litros/persona/da que procesara la unidad de tratamiento. Sabiendo que el caudal es el producto de la dotacin por la poblacin a servir, el caudal total de aguas grises estar estimado en 60 litros/da, equivalentes a 0.6 m3/da

5

Normas Rurales de abastecimiento de agua potable (dotacin, puestos pblicos), INAA.

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 11 Alternativas de saneamiento

3.3 Pretratamiento o tratamiento primario (tanque separador de grasas).El pretratamiento consiste en dos tanques separadores de grasa, con el fin de separar la mayor cantidad de slidos encontrados en las aguas grises, para evitar que lleguen al biofiltro y disminuyan el tiempo de saturacin del material filtrante.

3.3.1 Criterios de diseo.

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Los tanques debern tener un volumen suficiente para almacenar, tres volmenes; volumen de lquidos, slidos y grasas que comnmente se encuentran en las aguas grises. Se procurara tener pendientes en las tuberas ascendentes a cero pero considerando una cada escalonada de las tuberas de entrada y salida del pretratamiento se conservara con un mnimo del 1%, para evitar velocidades que puedan ocasionar turbulencias que memoren los procesos de retencin de los slidos. Los dispositivos que se utilicen en este tipo de propuestas debern ser hermticos y resistente a la abrasividad de las aguas grises. La parte superior de los dispositivos de entrada y salida debern de dejar una luz libre para ventilacin de no menos de 0.2 metros por debajo del t ech o d e l os t a n q u es . Tanto en la entrada como en la salida de los disposistivos a utilizar sern provistos de Tees para obligar al agua a realizar un trayecto que mejore las condiciones de sedimentacin dentro de los tanques. Las prolongaciones de los ramales del fondo de las Tees o pantallas de entrada o salida, sern calculadas por la frmula (0.47/A+0.10).

3.3.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar).Para el dimensionamiento del pretratamiento se utilizaron las formulas con las que fueron diseada la fosa sptica, esto con el fin de garantizar un periodo de retencin que asegure una pequea degradacin de la materia orgnica capturada en este pretratamiento, considerando una memora en ciertos parmetros en componentes del agua, al considerar que esta ser exclusiva para aguas grises.

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 12 Alternativas de saneamiento

3.4 Tratamiento biolgico (biofiltro)3.4.1 Criterios de diseo

y y

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El biofiltro ser diseado como un sistema de flujo horizontal con salida de flujo pistn. La profundidad del biofiltro se establecer entre 0.4 y 0.85 metros, partiendo del principio que Entre ms profundo se encuentre el sustrato, mayor ser la carga que el sistema puede procesar, pero si el sustrato es demasiado profundo, las condiciones en el fondo llegan a ser anaerbicas y pueden suceder que la eliminacin del DBO y nutrientes se vea reducida. El material a utilizar como medio filtrante deber poseer un alto porcentaje de porosidad con dimetro entre a 1 pulgada. El material grueso (tipo piedra boln) deber tener un promedio de dimetro entre 3 y 5 pulgadas. el largo del biofiltro nunca ser menor de 2 veces el ancho del mismo. El tiempo de Retencin hidrulica se establecer entre 3 y 5 das, segn experiencias regionales con este tipo de sistemas.

3.4.2 Dimensionamiento (Formulas a utilizar)Para determinar el tamao de la biojardineras, se debe primero determinar la temperatura mnima del ambiente del sitio propuesto, la cantidad de DBO producido actualmente, y el nivel de DBO deseado para el agua del efluente. As mismo se puede calcular el tamao variando la profundidad de 40 a 85 centmetros para encontrar el apropiado. Por ejemplo, si hay restriccin en el rea de terreno disponible para la biojardineras, una profundidad de 85 cm disminuir el tamao del sistema. Las formulas a continuacin, nos permiten calcular el tamao de la biojardineras. Estas estn basadas en la remocin de materia orgnica utilizando la demanda bioqumica de oxigeno (DBO5; 5 das y 20C), como parmetro fundamental.

Velocidad de reaccin Se calcula utilizando la ecuacin No.1 a continuacin y un k20 igual a 1.19 da 1 *tomado de Tratamiento de Aguas Residuales Domesticas e industriales a travs de la Tecnologa de Biofiltro 07/08/2001. UNI-CIEMA.

Centro de Estudios y promocin para el Habitar 13 Alternativas de saneamiento

Tiempo de retencin (residencia hidrulica) El tiempo en das necesario para reducir el DBO entrante al DBO meta en la salida est dado por la siguiente frmula:

Donde; Co= C= Kr= concentracin del DBO del agua que entra en el sistema (mg/L = g/m3) concentracin de DBO deseada del agua que sale del sistema (mg/L = g/m3) Velocidad de reaccin.

Los valores de DBO razonables estn entre 10 y 20 mg/L; un biofiltro puede disminuir los niveles de DBO, pero no los puede eliminar, para nuestro caso el periodo de retencin vara entre 2 y 5 das, esto basado en la experiencias nicaragense con este tipo de tecnologas.

Tasa de carga orgnica Con esta ecuacin se calcula la masa de DBO por el are por dia que el sistema recibir (g DBO/m2-dia). En general, esta tasa no debe de exceder 11.2 g DBO/m2.

Donde; C= Dw= nivel de DBO del agua del afluente (mg/L = g/m3). profundidad del biofiltro.