vvEFA DESCRIPCION United States Environmental Protection Agency Office of Water Washington, D.C. EPA832-F-00-038 Septiembre de 2000 Folleto informativo de sistemas descentralizados Alcantarillado por gravedad de diametro reducido Los sistemas alternatives de recoleccion de agua residual han sido utilizados a menudo en situaciones en las cuales los sistemas convencionales de alcantarillado no son viables. El uso de alcantarillados convencionales es, en general, deseable por cuanto su desempefio esta bien documentado. Sin embargo, en areas con colinas o terrenos pianos el uso esos sistemas puede requerir excavaciones profundas que aumentarian en forma significativa el costo de un sistema convencional de recoleccion del agua residual. Sistema convencional de alcantarillado Los sistemas convencionales de alcantarillado son el metodo mas popular para la recoleccion y conduction de las aguas residuales. Las tuberias son instaladas en pendiente, permitiendo que se establezca un flujo por gravedad desde las viviendas hasta la instalacion de tratamiento. Las tuberias se dimensionan y disefian con una configuration linear y gradientes uniformes para mantener una velocidad que de como resultado una auto- limpieza. Los pozos de visita se instalan entre dos tramos rectos de tuberia para asegurar que se tenga un facil acceso a cualquier obstruction. Las tuberias son generalmente de un diametro igual a 8 pulgadas o mayor, y normalmente se instalan a una profundidad minima de 3 pies, y maxima de 25 pies. Los pozos se instalan a intervalos no mayores a 400 pies, o en donde se producen cambios en el angulo de la pendiente. Sistemas alternos de alcantarillado En los lugares donde existe una preocupacion por la necesidad de hacer excavaciones profundas, puede ser ventajoso el uso de sistemas alternos de alcantarillado. Estos sistemas generalmente usan tuberias que son de menor diametro y de poca pendiente, o que se ajustan al contorno del terreno, con lo cual se reduce la cantidad de excavation y los costos de construction. Esto se ilustra en la Figura 1, la cual muestra un colector con gradiente de inflexion (cuyo contorno se ajusta a la forma del terreno). Mientras que el nivel inicial del colector este a una mayor elevation que la plantilla final del mismo, el flujo por el sistema continua en la direction seleccionada. Los sistemas alternos pueden ser deseables en areas en donde el elevado nivel freatico permitiria la percolation del agua subterranea al colector, aumentando la cantidad de agua residual a ser tratada. El uso sistemas alternos de alcantarillado puede ser ventajoso en areas en ------- donde el uso de sistemas de tratamiento en el punto de generation de los residues sea inapropiado o muy costoso debido al tamafio reducido del lote, las condiciones inadecuadas del suelo u otras limitaciones. Este folleto informativo discute los alcantarillados de flujo por gravedad de diametro reducido (AGDR). Alcantarillados de flujo por gravedad de diametro reducido Los AGDR conducen el efluente por gravedad desde un tanque de interception (o un tanque septico) a un punto centralizado de tratamiento, o a una estacion de bombeo para su transferencia a otro sistema de recoleccion o a una instalacion de tratamiento. La Figura 1 muestra un sistema AGDR tipico. NOTRATADA TUBERIA DEL EDIFICIO GRADIENTS DE INFLEXION EFLUENTE La mayoria de los solidos del agua residual son removidos por los tanques septicos, lo cual reduce el potential de obstruction del sistema y permite que se usen tuberias de diametro menor, tanto en las tuberias laterales aguas abajo de los tanques septicos como en los colectores principales. Dispositivos de acceso para la limpieza son instalados para permitir el lavado con agua a presion; raras veces se usan los pozos de visita. Las tuberias verticales de aireacion son requeridas en, o cerca de, los puntos elevados del perfil del colector. El control de olores es importante en todos los puntos de acceso porque los AGDR transportan residues malolientes provenientes de los tanques septicos. Debido al uso de diametros pequefios y la flexibilidad de alineacion y pendiente de los AGDR, normalmente los volumenes de excavation son mucho menores que en el caso de los alcantarillados convencionales. Los diametros de tuberia pueden ser de un minimo de 3 pulgadas. Generalmente se usa tuberia plastica por ser economica para diametros reducidos y resistir la corrosion. APLICABILIDAD • Se han fmanciado aproximadamente unos 250 sistemas AGDR en los Estados Unidos mediante el programa de la EPA de Fondos para la Construction. Muchos mas han sido fmanciados a nivel local o con capital privado. Estos sistemas fueron introducidos a los Estados Unidos en la decada de 1970, pero en Australia han sido utilizados desde la decada de 1960. Fuente: U.S. EPA, 1991. FIGURA 1 SISTEMA DE AGDR Los sistemas AGDR son mas eficientes en cuanto al costo cuando la densidad de las viviendas es reducida, el terreno presenta ondulaciones de magnitud moderada, y la elevation final del sistema es menor a la de toda, o casi toda, el area de servicio. Los ------- sistemas tambien pueden ser efectivos en donde el terreno es demasiado piano para instalar alcantarillados convencionales sin que se requieran excavaciones profundas, en donde el suelo es rocoso o inestable, o en donde el nivel freatico es elevado. Los sistemas AGDR no tienen la capacidad excesivamente grande que tienen los alcantarillados convencionales, y por esto deben disefiarse con la capacidad de expansion suficiente para el crecimiento future. convencionales, con lo cual se reduce el costo de las tuberias y la excavacion. Las necesidades de tratamiento final se reducen en lo relacionado a la carga contaminante porque parte de la remocion ocurre en los tanques septicos. La reduccion en profundidad de los colectores principales reduce los costos de construccion cuando se presenta un nivel freatico elevado o terrenos rocosos. Desventajas VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas • La construccion es rapida, requiriendose menos tiempo para prestar el servicio. • Personal no especializado puede operar y mantener el si sterna. • El eliminar los pozos de visita reduce las fuentes de afluencia pluvial, lo cual reduce aun mas el tamafio de las tuberias, las estaciones de bombeo y el tratamiento final, y en definitiva da como resultado un menor costo. • Reduccion del costo de excavacion: las zanjas para las tuberias de AGDR generalmente son mas estrechas y de menor profundidad que las de un alcantarillado convene! onal. • Reduccion del costo de materiales: las tuberias del sistema AGDR son de menor tamafio que las de alcantarillados Si bien no es necesariamente una desventaja, la experiencia limitada que se tiene con la tecnologia AGDR ha llevado a que en algunas situaciones los sistemas no hayan tenido un desempefio apropiado. Si bien no tienen grandes desventajas especificamente para los climas templados, algunas restricciones pueden limitar su aplicacion: Los sistemas AGDR no pueden manejar agua residual de tipo comercial que tenga un alto contenido de arenisca o solidos sedimentables. Los restaurantes pueden ser conectados si estan equipados con trampas de grasa eficientes. Las lavanderias pueden ser un factor que limita el uso de AGDR en pequefias comunidades. No se cuenta con reportes de sistemas AGDR que hayan sido utilizados como una option de recoleccion del agua residual comercial. Ademas de la corrosion dentro de la tuberia por el agua residual, la corrosion externa ha sido un problema en algunos sistemas de AGDR en los Estados Unidos cuando las ------- tuberias han sido instaladas en suelos altamente corrosives. Si las tuberias van a estar expuestas a este tipo de suelos, se debe incorporar en el disefio el uso de materiales no corrosives. • El disponer de residue de los tanques septicos es quizas el aspecto mas complejo del si sterna AGDR y debe ser responsabilidad de las autoridades municipales. Sin embargo, muchos tanques estan instalados en propiedad privada por lo cual se requiere que la municipalidad obtenga los derechos de paso necesarios para tener acceso al si sterna. La contratacion para llevar a cabo esas funciones es posible, en la medida que la autoridad municipal retenga el poder de imponer los controles sanitarios requeridos. • Los olores son el problema mas comun. Muchos de los sistemas que fueron utilizados inicialmente usaban tanques de "balance" en el punto de generation del residue, los cuales promovian el que el sulfuro de hidrogeno fuera liberado del efluente del tanque septico interceptor a la atmosfera. Otros problemas de olores eran causados por sistemas inadecuados de ventilacion de las viviendas, y por pozos de acceso o estructuras de ventilacion del colector principal. Un disefio apropiado de ingenieria puede controlar los problemas de olor. • Los SGDR deben estar enterrados a suficiente profundidad para evitar la congelacion. La necesidad de excavation puede ser muy significativa en areas en donde la capa de congelacion del suelo es profunda. CRITERIOS DE DISENO Los caudales maximos se basan en la formula Q=20 + 0.5D, en donde Q es el caudal (en galones por minuto), y D es el numero de viviendas a las cuales el sistema da servicio (EPA 1992). De ser posible, el uso de aforados de caudal es deseable para el disefio. Sin embargo, si esta information no esta disponible, los caudales maximos deben ser calculados. Cada segmento de la tuberia es analizado mediante las ecuaciones de Hazen-Williams o de Manning para determinar si la tuberia es de tamafio y pendiente adecuados para manejar el caudal maximo de disefio. No se requiere una velocidad minima; tuberias de PVC (tipo SDR 35) son comunmente usadas para los segmentos de flujo por gravedad. Tuberias mas fuertes (por ejemplo, tipo SDR 21) pueden ser necesarias cuando el sistema es abastecido por unidades de bombeo del efluente del tanque septico (BETS). Valvulas de retention pueden ser usadas tambien en secciones inundadas, o en donde se presenta represamiento causado por el colector principal (sobrecarga hidraulica). Estas valvulas se instalan aguas abajo de los dispositivos de acceso para la limpieza del colector principal. Los diametros tipicos para los AGDR son de 8 cm (3 pulgadas) o mayores, pero el tamafio minimo recomendado de la tuberia es de 10.16 cm (4 pulgadas) ya que las tuberias de 8 cm (3 pulgadas) no se consiguen facilmente y tienen que ser encargadas sobre pedido. La pendiente de la tuberia debe ser adecuada para conducir el caudal maximo por hora. Los sistemas de AGDR no necesitan cumplir con una velocidad minima por lo que la sedimentation de los solidos no es un parametro de disefio. La profundidad de la tuberia debe ser la minima necesaria para prevenir el dafio que podria ocurrir por las cargas por movilizacion de tierra y de vehiculos, y por la congelacion. La profundidad tipica cuando no se esperan una carga alta por movilizacion de tierra o de camiones, es de 60 a 75 cm (24 a 30 pulgadas). ------- Todos los componentes deben ser a prueba de corrosion, y todas las descargas (por ejemplo a un colector convencional de interception o a una instalacion de tratamiento) deben hacerse a traves de tuberias de caida por debajo del nivel del liquido con el fin de reducir al minimo los olores. El sistema se ventila a traves de tuberias de aireacion en las lineas de servicio a las viviendas. Las otras aberturas a la atmosfera se deben dirigir a un lecho de tierra para el control de los olores, a menos que esten distantes de zonas pobladas. Las dimensiones de los tanques septicos generalmente se seleccionan con base en los codigos locales de plomeria. Las unidades BETS que se utilizan para servicio debajo del nivel del terreno se describen en el Folleto informativo de tuberias a presion. Es esencial que se asegure la elimination de la infiltration y afluencia (I/I) en los lotes mediante la evaluation de las tuberias de las edificaciones y la reparation adecuada, de ser necesaria, y mediante pruebas que se realicen previamente a la instalacion de los tanques septicos. Los dispositivos de acceso para la limpieza del colector principal generalmente estan ubicados a intervalos de 120 a 300 m (400 a 1,000 pies). El tratamiento es normalmente por pozas de estabilizacion o por infiltration al subsuelo. El efluente tambien puede ser transferido a una estacion de bombeo o a una instalacion de tratamiento. Un tanque septico que este bien operado y mantenido normalmente remueve hasta el 50 por ciento de la DBOs, el 75 por ciento de los solidos suspendidos, virtualmente toda la arenisca, y cerca del 90 por ciento de las grasas. Normalmente los bloqueos del sistema no son un problema. Ademas, el agua residual que llega a la planta de tratamiento tiene una mayor dilution que el agua residual cruda. Los valores tipicos de la DBO y los SST son de 110 mg/1 y 50 mg/1, respectivamente. La sedimentation primaria no se requiere para el tratamiento del efluente de tanques septicos. Los filtros de arena son efectivos en el tratamiento. El efluente responde bien al tratamiento aerobico, pero en la cabecera de la planta de tratamiento se debe prestar atencion adicional al control de olores. DESEMPENO Point Royal Estates, Texas Point Royal Estates es una subdivision urbana de 80 residencias que fue desarrollada a principios de la decada de 1970 cerca del lago Ray Hubbard en el sector noroccidental del Condado de Rockwall en Texas. Por muchos afios las fallas de los tanques septicos y los campos de drenaje fueron un gran inconveniente para los residentes de Royal Point Estates, que eventualmente ocasiono la baja en el valor de las propiedades. Originalmente cada vivienda tenia dos tanques septicos de 250 galones de capacidad, y las tuberias del campo de absorcion al suelo, de flujo por gravedad, pasaban por los patios. Los sistemas empezaron a fallar en forma rutinaria, debido en gran parte a problemas de infiltration por ya que los suelos eran principalmente arcillas de alta compactacion. Muchos residentes hacian el bombeo de los tanques dos veces al afio, pero aun asi se reportaban fallas del sistema. Algunos residentes decidieron arrendar inodoros quimicos portatiles ("port-a- potties"). En 1990, la ciudad de Rowlett conformo un Distrito de Mejoras Publicas para instalar un sistema convencional de alcantarillado en Point Royal Estates. Las estimaciones finales de costo de este proyecto fueron de aproximadamente $10,000 por vivienda. Estos costos altos llevaron a la ciudad a explorar otras alternativas. ------- En 1993, se formo la corporation Point Royal Water and Sewage Supply Corporation (PRWSSC) para evaluar las alternativas para el sistema de recoleccion del agua residual. Despues de una serie de reuniones publicas se hizo evidente que la mejor option para la subdivision podria ser un alcantarillado de diametro reducido. La estimation final de costo del sistema AGDR fue de aproximadamente $3,500 por vivienda. El sistema consistio de tanques de interception con una capacidad desde 1,000 a 2,000 gal ones, instalados en cada vivienda. Los tanques fueron instalados con deflectores y tuberias de disefio Clemson para prevenir la acumulacion de los solidos, y para reducir la cantidad de lodos enviados aguas abajo a las tuberias del sistema. Las viviendas fueron conectadas a los tanques interceptores con tuberias de PVC de 4 pulgadas instaladas con una pendiente del 2 por ciento. El efluente era llevado por gravedad de los tanques interceptores al colector del AGDR usando tuberias de 2 pulgadas. Valvulas y accesos de limpieza de facil manejo y mantenimiento fueron instaladas en la mayoria de las viviendas. Los tanques septicos existentes fueron abandonados y destruidos, en la medida en que era practice. La compafiia Oxytec, Inc. fue la contratista general de la instalacion, la cual se inicio en abril de 1994. Las inspecciones finales se llevaron a cabo en julio de 1995; desde esa fecha no se han reportado problemas operacionales. OPERACION Y MANTENIMIENTO Los requisites de operation y mantenimiento (O/M) de los sistemas AGDR son generalmente simples, especialmente si no existen unidades BETS o estaciones de bombeo. El lavado de los segmentos de colectores principales de baja velocidad mediante la descarga de agua puede ser requerido. Se debe hacer el bombeo de los tanques septicos para prevenir que los solidos entren a los colectores principales. Se recomienda hacer el bombeo cada 3 a 5 afios. Sin embargo, la experiencia actual con sistemas AGDR sefiala que una periodicidad de una vez cada 7 a 10 afios es adecuada. Cuando se utilizan estaciones de bombeo, como es el caso de areas de baja elevation en donde se recolectan residues de fuentes multiples, las inspecciones deben hacerse en forma diaria o semanal. Se debe mantener un registro de todos chequeos realizados, el mantenimiento llevado a cabo, y los reportes de inspecciones por mal funcionamiento del sistema. El aforo regular del caudal es util para evaluar si se estan desarrollando problemas de infiltration y afluencia. La municipalidad u organization operadora debe ser responsable de la O/M de todos los componentes del AGDR para asegurar un alto grado de confiabilidad. Se necesitan acuerdos generates de derecho de paso para permitir el acceso a los componentes del sistema tales como los tanques septicos o unidades BETS ubicados en propiedad privada. COSTOS Los costos de los principales colectores, lineas laterales y tanques de interception, ya instalados, representan mas del 50 por ciento del valor total de la construction (vease el listado detallado del costo de los componentes en la Tabla 1). El costo promedio de 12 proyectos, en valores ajustados a enero de 1991, fue de $3.71/m ($12.19/pie) para colectores principales de 10 cm (4 pulgadas), $290 por cada dispositivo de acceso para la limpieza, y $2.76/m ($9.08/pie) por cada conexion de servicio al usuario. Un listado mas detallado de esta information se presenta en la Tabla 1. El costo promedio de los tanques septicos, no incluido en la Tabla 1, era de $1,535 para ------- unidades con una capacidad de 3,785 L (1,000 galones). El promedio por conexion era de $5,353 (valor ajustado a enero de 1991), y los may ores requisites de O/M para los sistemas AGDR eran los de bombeo de los tanques. Otras actividades de O/M incluyen la reparacion de dafios a las tuberias de flujo por gravedad causados por excavaciones, la supervision de nuevas conexiones, y la inspection y reparacion de los componentes mecanicos y las estaciones de bombeo. La mayoria de los usuarios de los sistemas AGDR pagan mensualmente de $10 a $20 por gastos de manejo del sistema, los cuales incluyen los costos de O/M y los administrativos. TABLA 1 COSTO DE LOS COMPONENTES DE ALCANTARILLADOS DE FLUJO POR GRAVEDAD DE DlAMETRO REDUCIDO Comunidad (Indice de costo) Westboro, Wisconsin Badger, South Dakota Avery, Idaho Maplewood, Wisconsin S. Corning, New York #1 S. Corning, New York #2 New Castle, Virginia Miranda, California Gardiner, New York Lafayette, Tennessee West Point, California Zanesville, Ohio Promedio ajustado Tuberfa insta- lada 5.27 2.67 8.57 17.30 13.36 15.11 9.89 24.36 15.07 6.90 7.26 8.09 15.10 Pozo de visita 0.60 1.93 0.60 0.44 0.44 0.72 2.40 1.61 1.47 0.64 - 0.18 1.42 Acceso para limpieza - - 0.25 0.62 0.48 0.32 0.78 1.60 0.37 0.14 0.35 1.05 0.79 Estacion de bombeo 1.65 3.23 5.11 10.72 - - 2.88 - 0.78 1.26 2.22 - 4.95 Tuberfa de Impulsion 0.55 0.39 1.64 2.92 - - 2.60 0.17 0.50 0.37 1.56 - 1.66 Tuberfa de edificio 0.76 0.03 - - 1.62 2.51 - 4.94 0.72 0.11 - 9.46 3.22 Conexion de servicio a 2.59 0.69 2.79 7.72 11.87 b 7.44 2.50 4.19 6.00 8.71 7.13 Rehabi- litacion del sitio 0.75 b b 1.29 3.08 2.11 b 0.53 0.77 b - 1.12 2.12 Total 13.03 15.61 43.39 45.85 43.63 50.87 30.58 69.33 30.84 16.29 38.64 46.65 57.89 ------- Management Systems. WCB McGraw-Hill, Inc. Boston, Massachusetts. 4. H&R Environmental Consultants, 1998. Assessing Wastewater Options for Small Communities, The National Environmental Training Center for Small Communities, West Virginia University, Morgantown, West Virginia. 5. Insights, Volume 4, Number 3: Summer 1995, Subdivision Residents Near Dallas Choose Small Diameter Sewer to Remedy On-Site Wastewater Problems. 6. U.S. Environmental Protection Agency. October 1991. Manual: Alternative Wastewater Collection Systems. EPA Office of Water. EPA Office of Research & Development. Washington, DC. EPA 625/1- 91/024. Otros folletos informativos de la EPA se pueden obtener en el siguiente sitio de Internet: http ://www. epa. gov/owmitnet/mtb fact, htm 1. Barrett, Michael E. and J. F. Malina, Jr. September, 1991. Technical Summary of Appropriate Technologies for Small Community Wastewater Treatment Systems, University of Texas at Austin. 2. Technical Report #40 1998, Appropriate Technology for Sewage Pollution Control in the Wider Caribbean Region, Caribbean Environment Programme, United Nations Environment Programme, CEP. 3. Crites, R. and G. Tchobanoglous. 1998. Small and Decentralized Wastewater 1. U.S. Environmental Protection Agency. September 1992. Design Manual: Wastewater Treatment and Disposal for Small Communities, EPA Office of Water. EPA Office of Research & Development. Cincinnati, Ohio. EPA 625/R-92/005. 8. U.S. Environmental Protection Agency. 1980. Design Manual: Onsite Wastewater Treatment and Disposal Systems. EPA Office of Water. EPA Office of Research & Development. Cincinnati, Ohio. EPA 625/1- 80/012. 9. U.S. Environmental Protection Agency. September 1992. Summary Report, Small Community Water and Wastewater Treatment, EPA Office of Water. EPA Office of Research & Development. Cincinnati, Ohio. EPA 625/R-92/010. ------- 10. U.S. Environmental Protection Agency. September 1987. Case Study Number 18, Dexter, Oregon: Minimum Grade Effluent Sewers. James S. Gidley, Assistant Professor, Civil Engineering. 11. Small Community Wastewater Collection Systems, Publication Number 448-405, July 1996, Virginia Cooperative Extension. INFORMACION ADICIONAL Illinois Rural Community Assistance Program Illinois Community Action Association P.O. Box 1090 Springfield, IL 62705 Lamac Engineering Company John Acree 323 West Third Street P.O. Box 160 Mt. Carmel, IL 62863 Oxytec Environmental Group, Inc. Bill Tenison P.O. Box 2220 McKinney, TX 75070 David Venhuizen, P.E. 5803 Gateshead Drive Austin, TX 78745 Walker Baker & Associates, Ltd. Bill Walker 102 North Gum Street Harrisburg, IL 62946 La mention de marcas o de productos comerciales no significa que la Agencia de Protection Ambiental de los Estados Unidos apruebe o recomiende su uso. Para mayor information, contactarse con: Municipal Technology Branch U.S. EPA Mail Code 4204 1200 Pennsylvania Avenue, NW Washington, D.C. 20460 sMTB Excelence Ih compiance through opmial technical solutions MUNICIPAL TECHNOLOGY BRANCH ------- |