Saneamiento Urbano: Claves, Mantenimiento y Tecnologías de Depuración

Metas Básicas del Saneamiento

• Evitar destrucción de recursos.
• Incrementar recursos.
• Protección de fauna y flora.
• Protección de la salud humana.
• Marco técnico, económico y legal para el uso, control y gestión.
• Límites de las técnicas.
• Agua como bien económico de interés.
• Planificación territorial ajustada a lo posible.
• Máxima rentabilidad económica-ambiental.

Contenido de un Proyecto de Saneamiento

• Antecedentes y estudios previos.
• Población y caudales.
• Aguas vertidas, calidad del cauce receptor.
• Alternativas y elección.
• Descripción de obras.
• Justificación.
• Plan de obra.
• Condiciones técnicas.
• Presupuesto.
• Explotación.
• Tarifas.
• Consideraciones finales.
• Índice de documentos.

Problemas en las Operaciones de Mantenimiento y Explotación

Problemas Imputables a la Red

• Corrosión de elementos metálicos.
• Insuficiencia de capacidad hidráulica/portante.
• Cierres hidráulicos (encuentros a 90º).
• Erosiones en tramos de excesiva velocidad.
• Sedimentaciones importantes.
• Pérdidas de agua en juntas.
• Introducción externa de aguas por juntas defectuosas.

Causas Externas

• Rotura de conductos por penetración de raíces.
• Rotura por sobrecargas externas o internas.
• Asentamientos por construcciones próximas.
• Perforación por obras externas.
• Acumulación de residuos en pozos de registro.
• Otras interferencias con otro tipo de servicios.
• Ataque exterior de la tubería por agresividad o corrientes vagabundas.
• Ataque interior de los conductos.
• Agresividad bacteriana sobre los hormigones.
• Acometidas defectuosas.

Acciones Preventivas

• Control de proyecto y de construcción.
• Control de vertidos.
• Seguridad del personal.

Fases de una Inspección

1. Inicio de actuaciones.
2. Toma de muestras y conservación.
3. Medida de caudales.
4. Datos adicionales.
5. Levantamiento de actas de inspección.
6. Comunicación al titular del resultado de la inspección.
7. Resolución definitiva.

Tipos de Saneamiento

Atendiendo a la Población

• Individual o colectivo. En el individual se colocan los aliviaderos a la salida de la ciudad para la evacuación de aguas.

Atendiendo a la Naturaleza de las Aguas

• Unitario: más económico que el separativo. En el unitario siempre se va a la depuradora porque lleva también agua residual que está contaminada. A la larga, el separativo es más barato a pesar de ser más caro al principio.
• Separativo.

Atendiendo al Régimen de Circulación

• Gravedad: lo más habitual, económico y conveniente sin aporte de energía.
• Impulsión: la ausencia de oxígeno genera ácidos, y el mantenimiento de los aparatos es más costoso. Bombeo las 24 horas, el saneamiento funciona todas las horas del día.
• Vacío: la gravedad es un elemento fundamental; la topografía y distribución de la ciudad, los niveles topográficos y dónde se va a colocar el punto de recepción o vertido son cruciales. Se debe optimizar el trazo, reduciendo la distancia y manteniendo una pendiente suficiente para la autolimpieza. Para ello, la longitud de los conductos debe ser la mínima necesaria. Cuidado con las sedimentaciones en los colectores, no son admisibles. Se requieren pendientes mínimas para la autolimpieza y, cada cierto tiempo, operaciones de limpieza y mantenimiento.

Tipos de Trazado

• Directo al río sin tratamiento previo ortogonal al río. No se usa ya.
• Previo tratamiento en colector, recto o curvo según disposición de la ciudad.
• Generando un punto de concentración de caudales y reuniendo aguas residuales en un punto.

Instalaciones Complementarias

Red Interior de Edificios

• Capacidad hidráulica.

QV= K Σ CV / K ≈ 0,5 - 0,7 / CV= 0,5 - 2 l/s

• Resistencia a las substancias.
• Protección.
• Ventilación.
• Duración.
• Resistencia mecánica.
• Accesibilidad.
• Bajantes. Acometidas a la red. Mínimo 100 mm. Ventilación 50 mm. Arqueta de pie y en quiebros (máx. 30 m). i>2%. Se recogen todas las aguas en la arqueta principal y se acomete a la red.

Bajantes

Sumideros

Evita el cruce entre dos corrientes, evita la temperatura máxima del elemento que se introduce en el colector. Cada 50 metros aproximadamente. También los hay con almacenamiento de agua, lo que evita olores porque se cierra la salida de gases. Necesita mayor mantenimiento.

Confluencia de Colectores

Cuando se juntan dos colectores, la conexión se puede hacer de dos maneras: mediante pozos de registro para caudales reducidos, y para mayores caudales se hacen uniones especiales. No son cruces ortogonales porque se crearían roturas por esfuerzos, y se hace una conexión tangencial, con introducción de agua en el mismo sentido que el colector. Acuerdo circular con radio de curvatura 5 veces el diámetro medio de la tubería que hay que enlazar. Se trata de zonas complicadas, así que es obligatorio hacer pozos de registro.

Pozos de Registro

Elemento principal, distribuye caudales en el colector. Tipos: red no visitable (diámetro menor que 80 cm, no entra nadie en los colectores), red visitable (rápido acceso, separación máxima entre pozos de 200 m para que el operario no haga caminata bajo tierra). Para profundidades considerables, cada 6/7 metros se hace un escalonamiento para evitar daños en caso de caídas de operarios. Sección circular casi siempre, de 80-120 cm de diámetro para meter equipos de limpieza. Material: hormigón, patas de acero.

Cámaras de Limpieza

Se sitúan en la cabecera del colector. Cada 10-15 minutos arroja agua para incrementar el caudal en forma de ola. Fundamental para levantar la sedimentación y que no se adhiera a la superficie. Evita obstrucciones. Por las noches, cuando la gente duerme, el caudal va medio vacío (5-6 cm). Si se incrementa la rugosidad de la lámina de agua por la sedimentación de las partículas, la ola es efectiva en 50-100 m. Revisión semanal.

Rápidos

Zonas con pendientes, que se adaptan a la topografía. 3-10% es suficiente. Habrá problema de bombeo si la pendiente es muy pequeña. Red quebrada. Para mayores pendientes se hacen colectores escalonados para aprovechar la topografía.

Sifones

Elementos para salvar un obstáculo natural (río) o artificial. Pasa por debajo del punto de la complicación y se restituye el régimen normal. Funciona por gravedad y en la rama descendente inicial, entra en carga. Necesita mucho mantenimiento por ser zona de cuello de botella. Se hacen por duplicado por si hay averías. Compuertas para cortar el sifón y un depósito para guardar el agua vaciada del sifón en caso de rotura. El colector en la zona de sifón va en carga, siempre va lleno de agua. Se recomienda velocidad de 1-1,5 m/s como mínimo para calcular la dimensión del colector. Qmin=S*Vmin.

Aliviaderos

Se encuentran en los colectores unitarios. Al mezclar aguas con dilución, se contaminan un poco. Si hay mucha lluvia, el agua no lleva mucha contaminación. Q = K Qmed,N (K :3-5)

• Vertedero: QV= 2/3μ h L √2 g h
• Sifón: QV= μ FA√2gH / μ ≈0,7

Depósitos de Retención

Almacena agua de pluviales más contaminada. Requiere una pequeña regulación. Hay una parte que va por el aliviadero a la estación depuradora y otra va al depósito de retención. Cuando pasa la lluvia y se tiene el depósito lleno, se bombea el agua del depósito a una estación de tratamiento, hasta entonces no se empieza a verter. Embalsamos hasta alcanzar un caudal. q=k*qmedn.

Bombeos

Ventilación

Asegurar la ventilación, aproximadamente el 20% de la altura de la conducción. Evitar problemas de salud/seguridad a los trabajadores. Gases. Agua lo más aireada posible. Si va totalmente lleno de agua, habría problema por ausencia de oxígeno. Garantizar condiciones aerobias. Corriente de aire natural. Chimeneas cada 250 metros o a través de las propias casas, o forzada.

Evacuación por Vacío

Basado en aplicar una succión al agua en un conducto. Depresiones de 6-7 metros de desnivel. Succión del agua para que suba. Sistema estanco, evitar pérdidas por juntas de soldadura, conexión con los elementos al conducto, dispositivos de almacenamiento. Pequeñas comunidades lo usan cuando es imposible hacerlo por gravedad, en situaciones excepcionales: suelo inestable, terreno llano, topografía muy variable, nivel freático cercano y suelo rocoso.

Características

• Tuberías de pequeña dimensión.
• No hace falta pozos de registro.
• Poca excavación.
• Altas velocidades de circulación de 0,5 a 3 m/s.
• No hay olores.

Características Exigibles a la Red

• Conductos resistentes a las cargas externas (tráfico, terreno), empuje, flexibilidad, adaptación al terreno, pequeños asentamientos del colector, resistencia a la abrasión, resistencia a la corrosión, lisura, impermeabilidad.
• Estanqueidad de las juntas por anillos elastométricos.
• Resistencia al ataque interior de los sólidos, emisiones de gases, según ventilación.
• Relación con los conductos de abastecimiento de aguas que, por difusión, siempre puede haber más contaminación del terreno hacia dentro de la tubería. Son contaminantes más escasos, más limitados.

Tipos de Corrosión en Bombas

• Corrosión uniforme.
• Corrosión por picaduras.
• Corrosión intersticial.
• Corrosión intergranular.
• Corrosión selectiva.
• Corrosión por erosión.
• Corrosión por cavitación.
• Corrosión por tensión.
• Fatiga por corrosión.
• Corrosión galvánica.

Depuración de Aguas Residuales: Similitudes y Diferencias entre Lechos Bacterianos y Biodiscos

Ambos se basan en la formación de una biopelícula (biomasa) sobre un soporte fijo que permite obtener O2 (no controlable). Hay problemas con la decantación secundaria (para decantación de partículas pequeñas). Tienen bajo consumo energético y explotación y mantenimiento sencillos, pérdida de rendimiento en frío, el fango tiene que ser estabilizado, peligro de atascamiento, no tienen flexibilidad frente a oscilaciones de carga. Los lechos bacterianos (LB) tienen una elevada pérdida de carga, espumas en canales de recogida y el O2 entra a través del lecho. Los biodiscos (BD) soportan mal el viento, no recirculaciones, menor volumen de reactor, mejora ampliación en módulos.

Diferencias entre Digestión Aerobia y Anaerobia

Digestión Aerobia

Como se trata de la descomposición de la materia orgánica del fango en presencia de O2, se necesitan sistemas de aireación que consumen energía, ya sean difusores o aireadores. A veces necesitaremos agitadores para que el contenido del tanque esté bien mezclado, aunque en general la cantidad de aire que suministramos ya es suficiente para un mezclado adecuado. Consume más energía. No hay posibilidad de generar energía.

Digestión Anaerobia

Se necesita un calentador para alcanzar la temperatura óptima y compensar las pérdidas de calor que se producen a través de las paredes y en las conducciones. También se requieren agitadores para mantener una adecuada homogeneidad de los fangos en el digestor. Produce gas que puede ser utilizado para la generación de energía. Valores: 0,75-1,12 m3 gas/kg SSV eliminada.

Digestión Anaerobia: Detalles del Proceso

La alimentación de fangos debe ser uniforme y constante. Entran por la parte de arriba. La extracción de fangos del digestor debe ser de fondo. Se mezclan y se recirculan con sistemas de agitación que pueden ser por inyección de gas (se recoge el gas producido, se comprime y se descarga en el fondo del tanque), agitación mecánica (turbinas o agitadores de baja velocidad) o bombeo mecánico (bombas de hélice o centrífugas). Se calientan con intercambiadores de calor, externos o internos.

Sistemas de Deshidratación de Fangos

Medios Naturales

Gravedad y energía solar. Eras de secado, lagunas de secado.

Medios Artificiales

Procedimientos estáticos y presión: filtro banda, sobrepresión, depresión, filtro prensa, filtro vacío, campo gravitacional artificial, centrífuga.

Medios Mecánicos

Hay que acondicionar el fango antes de introducirlo en el sistema. Se añaden polielectrolitos a ácidos orgánicos.

Reutilización de Fangos

Los parámetros a controlar para la reutilización de fangos en agricultura son: metales pesados, compuestos orgánicos peligrosos, microorganismos patógenos.

Tratamientos para la Reutilización de Fangos

Control de patógenos, aplicación de altas temperaturas, reducción de contenido orgánico, eliminación de la humedad, estabilización con cal, radiaciones, desinfectantes químicos, compostaje, digestión aeróbica termofílica, pasteurización, secado térmico.

Proceso MBR

Fangos activos con separación por membrana. El volumen del reactor en MBR es menor porque puede trabajar con mayores concentraciones de MLSS en comparación con los fangos activos convencionales.

Consumo de Oxígeno en MBR

El consumo de O2 es mucho mayor ya que es necesario para mantener la permeabilidad de las membranas, y porque al tener mayor concentración, la transmisividad de O2 es peor.