UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA REGIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA (ERIS) INGENIERÍA SANITARIA 2 SECCIÓN: “N” TAREA 2 DISEÑO DE FOSA SÉPTICA NOMBRE: HUGO ALBERTO ALVAREZ ESTEBAN CARNET: 201504502 GUATEMALA 8 DE FEBRERO DE 2018 INTRODUCCIÓN Las fosas sépticas son sistemas de saneamiento alternativo al alcantarillado, han sido usadas por más de 100 años; en dicho sistema las materias en suspensión de aguas negras se sedimentan. A continuación se explica el “Diseño de una Fosa Séptica”, inicialmente se encuentran los objetivos que se aspiran obtener al realizar la investigación. Luego se encuentra la definición, funciones, recomendaciones, dimensiones y ecuaciones que se emplean para el diseño de un sistema de fosa séptica. Finalmente están las conclusiones que reflejan lo investigado y la bibliografía del trabajo. OBJETIVOS GENERAL Establecer los parámetros necesarios para realizar el diseño de una fosa séptica. ESPECÍFICOS Definir qué es una fosa séptica. Identificar el funcionamiento de una fosa séptica. Determinar las dimensiones mínimas que debe poseer un sistema de fosa séptica. Especificar el mantenimiento que se le debe proporcionar a una fosa séptica. DISEÑO DE FOSA SÉPTICA La fosa séptica es uno de los dispositivos más antiguos para la evacuación de excretas y otros residuos. Estos dispositivos acoplan los procesos de sedimentación y de digestión anaerobia de lodos; asimismo se diseñan con dos o más cámaras que operan en serie. En el primer compartimiento se lleva a cabo la sedimentación, digestión de lodos y su almacenamiento. Debido a que en la descomposición anaerobia, se obtienen gases que suspenden a los sólidos sedimentados en la primera cámara, se necesita de una segunda cámara para mejorar el proceso, impidiendo que los sólidos sean arrastrados con el efluente. Este efluente se presenta en condiciones sépticas y aun lleva consigo un elevado contenido de materia orgánica disuelta y suspendida, por esto se requiere un tratamiento posterior. Utilizando la fosa séptica se logra una reducción del 50% de la DBO (Demanda Biológica de Oxígeno), lo que dependerá en gran medida de la calidad de diseño del proceso y del equipo, la calidad de los cloacales y de otras variables. (Szarata, A. 1997) Figura 1: Funcionamiento de una fosa séptica Fuente: Bere. (2010). Las fosas sépticas son construidas de piedra, ladrillo, concreto armado; generalmente es de forma rectangular y es diseñada para que las aguas negras permanezcan a una velocidad muy baja por un tiempo determinado, que se encuentra entre 12 y 72 horas. Mientras el cual se efectúa el proceso anaerobio de eliminación de sólidos. Los residuos líquidos sin tratamiento obstaculizan casi todas las formaciones más porosas de grava, la fosa séptica acondiciona las aguas negras para que éstas sean capaces de infiltrarse con mayor facilidad en el subsuelo. Se supone que la función de suma importancia de una fosa séptica es garantizar la protección para preservar la capacidad de absorción del suelo. Para alcanzar esta protección se deberán cumplir las siguientes tres funciones: a) Eliminación de sólidos b) Proceso biológico de descomposición c) Almacenamiento de natas y lodos Los factores principales que se tienen en cuenta para mantener la capacidad y dimensiones del depósito séptico son: Volumen y espacio necesario para acumulación de fangos, para un periodo de limpieza de 2 a 3 años. Relación longitud: longitud 2 a 3 y ancho 1 a 1. El periodo de retención varía de 1 a 3 días y suele ser de 24 horas. Figura 2: Componentes de un sistema de fosa séptica. Fuente: Varios Autores. (2010). También se debe tener en cuenta lo siguiente para la localización de la fosa séptica: Tomar en cuenta la limpieza. Como mínimo a 1.5 metros de edificaciones. No debe estar en zonas pantanosas. Los principales parámetros que deben estar presentes para fijar la capacidad y dimensiones del depósito séptico son: Volumen y espacio necesario para acumulación de fangos, para un periodo de limpieza de 2 a 3 años. Relación largo-ancho de la fosa es de 2/1 a 4/1. El periodo de retención es como mínimo de 12 horas. Dotación de lodos acumulados por habitante y por periodo de limpieza en área rural oscila entre 30 y 80 lts/hab/año. La capacidad máxima recomendable para que la fosa sea funcional, deberá ser de 55 a 60 viviendas futuras por fosa séptica. Recomendaciones: a) Cuando el caudal promedio oscile entre 1900 y 5700 lts/día (1900<QP<5700 lts/día), el volumen útil será igual a: 𝑽𝒐𝒍 = 𝟏. 𝟓 ∗ 𝑸. 𝑷 b) Cuando el caudal promedio oscile entre 5700 y 37800 lts/día (5700<QP<37800 lts./día), el volumen útil será igual a 𝑽𝒐𝒍 = 𝟒𝟐𝟔𝟎 + 𝟎. 𝟕𝟓 ∗ 𝑸𝑷 c) Altura mínima 0.75 a 1.50 metros. d) Volumen mínimo de 1900 lts/seg 1. Funciones de las fosas sépticas Los desperdicios líquidos del hogar no tratados (aguas negras), rápidamente taparían hasta las formaciones más porosas de grava. La fosa condiciona al agua negra para que esta pueda filtrarse con mayor facilidad en el subsuelo. Por esto, la función de suma importancia de dicho sistema es proporcionar la protección a la capacidad absorbente del suelo. Dentro de la fosa tres funciones tienen lugar para brindar dicha protección: a) Eliminación de sólidos. El atascamiento del suelo con el efluente de la fosa cambian directamente con la cantidad de ´solidos suspendidos en el líquido. A medida que el agua negra proveniente del alcantarillado del edificio se introduce en la fosa séptica, la velocidad del flujo se reduce de tal forma que los sólidos de mayor tamaño se hunden al fondo o suben a la superficie. Estos sólidos se detienen en el depósito y el efluente clarificado es descargado. b) Tratamiento biológico. Los sólidos o líquidos en la fosa se someten a descomposición por procesos naturales y bacteriológicos. Las bacterias existentes son de la variedad llamada anaerobia, éstas prosperan en la ausencia de oxígeno libre. Esta desintegración o tratamiento de aguas negras en condiciones anaerobias se llama “séptica”, siendo éste el origen del nombre. El agua negra que ha sido tratada causa menos atascamientos que el agua no tratada que contenga la misma cantidad de sólidos e suspensión. c) Almacenamiento de cieno y natas. Cieno es una acumulación de sólidos en el fondo de la fosa, las natas son un conjunto parcialmente sumergido de sólidos flotantes que pueden formarse en la superficie del líquido en el interior de la fosa. 2. Localización Las fosas sépticas deben colocarse en un lugar donde no provoquen contaminación de algún pozo, manantial u otra fuente de abastecimiento de agua. La contaminación subterránea puede conducirse en cualquier dirección y a considerables distancias, a menos que su filtrado sea el adecuado. La contaminación subterránea, en la mayoría de los casos se mueve en la misma dirección que el movimiento normal del agua freática en la zona. El nivel de agua freática se mueve en dirección a la pendiente o el gradiente del nivel freático, esto quiere decir, de las zonas con alto nivel freático a zonas en las que el nivel de agua freático es bajo. En sí, el nivel freático sigue el contorno de la superficie del terreno. Por esta razón las fosas deben ubicarse colina debajo de pozos y manantiales. Es necesario también, contar con suficiente distancia horizontal, así como vertical para la protección. Las fosas no deben estar a menos de 15 metros de cualquier fuente de abastecimiento de agua; mayores distancias son recomendadas donde sea posible. La fosa séptica no debe localizarse a menos de 1.5 metros de cualquier edificio, porque pueden suceder daños estructurales durante su construcción o las filtraciones pueden llegar al sótano. Jamás debe ubicarse en zonas pantanosas, ni en áreas sujetas a inundaciones. En fin, la fosa debe estar donde se disponga la mayor área para el campo de eliminación, debe considerarse la localización desde el punto de vista de limpieza, y mantenimiento. (Varios autores, 1975) 3. Dimensiones Las dimensiones del tanque séptico varían de acuerdo a la cantidad de personas que habitan la vivienda: Tabla 1 Dimensiones del tanque séptico de acuerdo a número de personas servidas Capacidad Dimensiones Recomendadas en m Número líquida A L h H máximo nominal de del Profundidad Profundidad personas Ancho Largo depósito capa líquida total servidas en lts. 4 1890 0.91 1.82 1.22 1.52 6 2270 0.91 2.13 1.22 1.52 8 2840 1.06 2.28 1.22 1-52 10 3400 1.06 2.59 1.38 1.68 12 4160 1.22 2.59 1.38 1.68 14 4920 1.22 3.05 1.38 1.68 16 5680 1.38 3.05 1.38 1.68 Fuente: Varios autores. (1975). Figura 3: Fosa séptica en construcción. Fuente: Varios Autores. (2010). Los datos recabados indican que, para fosas con una capacidad determinada, las poco profundas funcionan tan bien como las profundas. También, para fosas de una capacidad y profundidad dadas, la forma de la fosa no es importante. Sin embargo, es recomendable que la menor dimensión sea de 60 cm. y la profundidad del líquido puede variar entre 75 y 150 cm. (Varios autores, 1975) Figura 4: Fosa séptica doméstica. Fuente: Varios autores. (1975). Figura 5: Fosa séptica precolada. Fuente: Varios autores. (1975). 4. Cálculo de volumen de líquidos 𝑽𝑳𝒊𝒒 = 𝑷 ∗ 𝑫𝒐𝒕 ∗ 𝑭𝑹 Donde: 𝑉𝐿𝑖𝑞 = Volumen de líquidos 𝑃 = Población por saturación tributaria por cada fosa 𝐷𝑜𝑡 = Dotación domiciliar 𝐹𝑅 = Factor de retorno El volumen de líquidos está dado en 24 horas, debido a que es el periodo que la fosa retendrá el líquido. 5. Cálculo de volumen de lodos 𝑽𝑳𝒐𝒅𝒐𝒔 = 𝑷 ∗ 𝑫𝒐𝒕𝑳𝒐𝒅𝒐𝒔 ∗ 𝑻 Donde: 𝑉𝐿𝑜𝑑𝑜𝑠 = Volumen de lodos 𝑃 = Población por saturación tributaria por cada fosa 𝐷𝑜𝑡𝐿𝑜𝑑𝑜𝑠 = Dotación de lodos en área rural 𝑇 = Periodo de retención de lodos (tiempo de limpieza) 6. Cálculo de volumen total Para éste cálculo se asume una altura o se elige de la Tabla 1, que es la altura útil, es decir; la distancia del fondo de la fosa al nivel el agua, se multiplica por el largo y por el ancho de la misma, obteniendo una relación largo-ancho dentro de los límites recomendados. El volumen también está dado como la sumatoria del volumen de lodos y el volumen líquido, por lo tanto de lo antes descrito se obtienen las siguientes ecuaciones: 𝑽𝑻 = 𝒍 ∗ 𝒂 ∗ 𝒉 𝑽𝑻 = 𝑽𝑳𝒊𝒒 + 𝑽𝑳𝒐𝒅𝒐𝒔 𝒍 =𝟐 𝒂 Donde: 𝑉𝑇 = Volumen total 𝑙 = Largo 𝑎 = Ancho ℎ = altura útil= 2.50m 𝑉𝐿𝑖𝑞 = Volumen de líquidos 𝑉𝐿𝑜𝑑𝑜𝑠 = Volumen de lodos 𝑙 = Relación largo-ancho 𝑎 7. Cálculo del número de fosas 𝑁𝑜. 𝑣𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑜. 𝐹𝑜𝑠𝑎𝑠 = 𝑁𝑜. 𝑉𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎𝑠/𝑓𝑜𝑠𝑎 8. Operación y mantenimiento La inspección y limpieza requiere de algunos procedimientos y técnicas, con el objetivo de que posteriormente funcione de forma adecuada; por esta razón se deben seguir los siguientes pasos: Localizar el lugar donde se encuentra la fosa, se puede realizar mediante los planos. Luego de encontrar el lugar, se debe excavar, tomando en cuenta que estos dispositivos hidráulicos pueden encontrarse a poca profundidad del nivel del suelo. Seguidamente se descubrirán los lugares donde estén las tapaderas de registro. Con las tapaderas de registro descubiertas, inicialmente se levanta la que está sobre el deflector de salida, tratando de no inhalar los gases que pueda despedir la fosa séptica, ya que pueden ser tóxicos. Levantadas las tapaderas de registro, es apropiado dejar que la fosa se ventile previamente durante cinco minutos, con el fin de que los gases tóxicos e inflamables que se puedan generar en su interior escapen. Es recomendable inspeccionar el tubo de entrada, para esto se debe haber removido la tapadera previamente. Se deberá verificar que no existan natas acumuladas entre la pared de la fosa y el tabique difusor de entrada. Una vez efectuados los pasos de inspección, se continúa con la limpieza si se determinó su necesidad. Para esto se puede operar de la siguiente forma: Si se poseen equipos como bomba de succión y camión cisterna, se introduce la manguera de la bomba en la superficie en donde están las natas, con el propósito de extraerlas y depositarlas en la cisterna. Si no se posee el equipo mencionado, el contenido de la fosa séptica puede extraerse por medio de cubetas de agarraderos largos, para luego depositarlo en carretillas. Al llegar a los lodos, deberá acordarse que se ha de dejar un pequeño residuo de éstos, para propósito de inoculación de bacterias. Luego de ser vaciada la fosa, deberán revisarse las bocas de entrada y salida, examinando que se encuentren completamente libres. Si es necesario introducirse en ella, la persona que lo haga deberá llevar atada una cuerda, con el fin de ser extraído si llegara a debilitarse por la acción de algún gas en exceso. En todo caso, es recomendable utilizar mascarilla cuando se realice la limpieza. Las fosas sépticas no deben lavarse ni desinfectarse después de su limpieza. Una vez vaciada, deberán poner nuevamente las tapaderas de registro, cuidando que permanezcan bien puestas, para evitar posibles fugas de olores o gases. El realizarse una inspección periódica y efectuar la limpieza cuando sea necesario en una fosa séptica, implica darle mantenimiento. Sin embargo, éste no es sólo cumplir con las operaciones propuestas anteriormente, también se debe tener presente que la fosa séptica es un dispositivo hidráulico-sanitario que requiere cuidado, por el proceso anaeróbico-biológico que en ella se desarrolla. Como regla, no es aconsejable aplicar desinfectantes o sustancias químicas a una fosa séptica, ya que esto no mejora en algún modo su funcionamiento. Algunos productos que posiblemente limpian las fosas sépticas, causan posteriormente y en plazos muy cortos, el incremento de los lodos con gran aumento de alcalinidad, ya que contienen hidróxido de potasio como agente activo, que altera el proceso digestivo de hongos y bacterias. Si estos productos son aplicados en pequeñas dosis delante de la fosa séptica, se puede impedir malos olores, sin producir efectos posteriores. Existen varios productos que pueden ser aplicados en fosas sépticas, pero hasta ahora ninguno ha demostrado ser efectivo en pruebas supervisadas. Previamente debe consultarse a organismos o empresas que se dedican a la aplicación de dichas sustancias químicas, que en muchos casos se utilizan en los artefactos domésticos y sanitarios, con el fin de evitar deterioro futuro tanto en la red como en la fosa séptica. Figura 6: Dispositivo para medir cieno y nata. Fuente: Varios autores. (1975). CONCLUSIONES El funcionamiento de una fosa séptica se basa en la sedimentación, está compuesta principalmente por dos cámaras; en la primera se produce la sedimentación, asimilación de lodos y el almacenamiento de los mismos, la segunda cámara cumple la función de mejorar el procedimiento al impedir que los sólidos sean arrastrados con la corriente, finalmente el pozo de absorción se encarga de filtrar el agua cruda. Para la localización de un sistema de fosa séptica se debe tener en cuenta la limpieza del lugar, distancia mínima de otras construcciones y nunca debe establecerse en zonas pantanosas; para el diseño deben estar presentes distintos parámetros que asegurarán el buen funcionamiento de la misma. Las dimensiones de un tanque séptico, son de acuerdo a la cantidad de personas que la utilizarán en la vivienda, teniendo presente que la altura mínima debe oscilar entre 0.75 a 1.50 metros con un volumen mínimo de 1900 lts/seg. Luego de la construcción, el mantenimiento o limpieza es fundamental, se deben seguir procedimientos, técnicas y cuidados para asegurar un buen funcionamiento de la fosa séptica; el principal factor que debe estar presente es que jamás se debe emplear desinfectantes o sustancias químicas a la mismas, ya que se pierde el procedimiento anaerobio y el deterioro de la fosa es inevitable. BIBLIOGRAFÍA Barrera, José A. (2010). Diseño de los Sistemas de Alcantarillado Sanitario y Abastecimiento de Agua Potable para el Asentamiento la Paz, Municipio de Escuintla, Departamento de Escuintla. Guatemala: Universidad de San Carlos de Guatemala. Carrillo, Asdrúbal R. (2006). Alternativa para la Construcción de Drenajes por Medio de Módulos Sanitarios. Guatemala: Universidad de San Carlos de Guatemala. Reyes, Ricardo A. (2004). Diseño de la Red de Alcantarillado Sanitario Caserío El Terrero, Municipio de Jalapa, Jalapa. Guatemala: Universida de San Carlos de Guatemala. Varios autores. (1975). Manual de Fosas Sépticas. Estados Unidos: Departamento de Salud, Educación y Bienestar de E.U.A. Servicio de Salud Pública Bere. (2010). Fosas Sépticas. Febrero 5, 2018. De Blogspot, Sitio web: http://werabereaguasresiduales.blogspot.com/2010/06/fosas-septicas.html Varios Autores. (2010). Diseño y Construcción de Prototipo de Fosa Séptica para el Tratamiento y Disposición Final de Aguas Residuales en Viviendas de Zonas Rurales. Febrero 5, 2018. De Organización Panamericana de la Salud, Sitio web: http://www.paho.org/els/index.php?option=com_docman&view=download&c ategory_slug=presentationes&alias=157-presentacion-fosa-septica- ops&Itemid=364