TEMA 3_Aspectos Específicos Diseño EDARs

Curso Especialista Universitario en Depuración de Aguas Residuales en Pequeños Núcleos: Modalidad online, 6 de abril -19 de julio de 2015 Universidad de Almería

TEMA 3: ASPECTOS ESPECÍFICOS A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO DE SISTEMAS DE DEPURACIÓN PARA PEQUEÑAS POBLACIONES. Fco. Javier García Martínez Ingeniero de Caminos, C. y P. - Ldo. en Ciencias Ambientales

 

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TEMA 3: ASPECTOS ESPECÍFICOS A TENER EN CUENTA EN EL DISEÑO DE SISTEMAS DE DEPURACIÓN PARA PEQUEÑAS POBLACIONES. 1.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 2

2.

DATOS DE PARTIDA PARA LA REDACCIÓN DEL PROYECTO ........................................... 3 2.1.

INFORMACIÓN ADMINISTRATIVA Y NORMATIVA DE APLICACIÓN........................................................ 4

2.2.

POBLACIÓN DE DISEÑO ....................................................................................................................... 5

2.3.

INFRAESTRUCTURAS EXISTENTES ....................................................................................................... 7

2.4.

GESTIÓN DEL SISTEMA DE DEPURACIÓN ............................................................................................. 8

2.4.1.

Resumen de las posibilidades de sistemas de gestión ............................................................. 10

2.5.

CONDICIONANTES DE LA UBICACIÓN DE LA EDAR .......................................................................... 12

2.6.

RESULTADOS A OBTENER ................................................................................................................. 13

2.6.1.

Agua depurada........................................................................................................................ 13

2.6.2.

Lodos generados ..................................................................................................................... 16

2.7.

CAUDALES Y CARGAS PARA EL DISEÑO DE LA EDAR....................................................................... 17

2.7.1.

Caudales ................................................................................................................................. 17

2.7.2.

Cargas contaminantes ............................................................................................................ 24

3.

ELECCIÓN DEL SISTEMA A DISEÑAR ..................................................................................... 26 3.1.

SISTEMAS EN FORMA DE ÁRBOL DE DECISIÓN ................................................................................... 28

3.2.

MEDIANTE MATRICES DE DECISIÓN .................................................................................................. 29

3.2.1.

Ejemplo de matriz de decisión ................................................................................................ 30

•

Preselección .................................................................................................................................... 32

•

Selección.......................................................................................................................................... 34

3.3.

CRITERIOS DE SELECCIÓN Y VALORACIÓN DE CADA UNO DE ELLOS .................................................. 51

Bibliografía: ................................................................................................................................................................. 53

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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1.

INTRODUCCIÓN

No existe una definición que delimite el número concreto de habitantes por debajo del cuál una población se puede considerar pequeña. Sin embargo, en la Unión Europea cuando se habla de pequeñas aglomeraciones urbanas se suele hacer referencia a aquellas con una población inferior a los 2.000 habitantes equivalentes (h-e), coincidiendo con el límite establecido por la Directiva 91/271/CEE, por debajo del cual las aguas residuales requieren un tratamiento adecuado. Por otra parte, en el congreso sobre depuración en pequeñas poblaciones de Abril de 2010, de la International Water Association (IWA), se empleó también el límite de 2.000 h-e para hacer referencia a este tipo de poblaciones. Hasta el momento todos los esfuerzos para depurar las aguas residuales se han centrado en actuar en las grandes aglomeraciones urbanas por suponer, de manera general, mayores problemas ambientales ya que las cargas contaminantes vertidas a las masas de aguas son mayores. Se han realizado múltiples investigaciones, proyectos y construcción de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) para grandes poblaciones, de ahí que los criterios de diseño de instalaciones de estas magnitudes están bastante trabajados y existen multitud de manuales para proyectarlas y explotarlas de cara a cumplir con los condicionados de las autorizaciones de vertido. No obstante, se sigue profundizando el diseño para conseguir plantas más eficientes. Es ahora cuando las administraciones orientan sus esfuerzos hacia los pequeños núcleos de población. En el caso de España, el grado de depuración en poblaciones inferiores a 2.000 habitantes equivalentes es inferior al 40-50%. El número de instalaciones pendientes de construir en este rango de población se ha estimado en más de 6.000. Por ello, uno de los nuevos objetivos prioritarios del Plan Nacional de Calidad de las Aguas: Saneamiento y Depuración 2007/2015, es abordar el saneamiento y depuración de los pequeños núcleos de población. Las primeras experiencias de construcción y explotación de pequeñas edar se puede decir que ha sido un fracaso. Seguramente se haya debido a que al ser “pequeñas instalaciones” también debían ser pequeños los esfuerzos a emplear, además de haber seguido los mismos criterios que se siguen al proyectar grandes estaciones depuradoras. Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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Pero el diseño y explotación de las plantas depuradoras ubicadas en pequeños núcleos deben acometerse con el mismos rigor que se aplica en las grandes instalaciones además de ser preciso adoptar criterios específicos por la problemática intrínseca de este segmento poblacional: fuertes fluctuaciones diarias de los caudales y cargas a tratar, escasez de medios técnicos y económicos de las corporaciones locales, ausencia de economía de escala, mayor exigencia en la integración paisajística, etc. En este tema se van a resaltar aquellos aspectos específicos que se han de tener en cuenta a la hora de diseñar este tipo de instalaciones.

2.

DATOS DE PARTIDA PARA LA REDACCIÓN DEL PROYECTO

Es importante señalar, que cuando se diseñan infraestructuras, se pretende que éstas puedan estar en servicio y cumplan con lo objetivos asignados durante un periodo de tiempo suficiente que se denomina vida útil de la instalación. Por consiguiente, a la hora de establecer los datos de partida que han de servir para el dimensionamiento de las soluciones, éstos han de ser los más desfavorables dentro de ese periodo de tiempo, en depuración normalmente entre veinte y veinticinco años. Esto es, si una población está en claro crecimiento serán las condiciones esperables en el año horizonte pero, si por el contrario, la población está disminuyendo, circunstancias que se repite habitualmente en los pequeños núcleos, los datos a utilizar serán los del año del proyecto. En el caso de la depuración de aguas residuales los datos que se han de recoger antes de sentarse a diseñar la instalación es la siguiente: •

De carácter administrativo y legal

•

Población de diseño

•

Instalación de saneamiento existentes

•

Gestión del sistema de depuración

•

Condicionantes de la ubicación de la EDAR

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•

Resultados a obtener, tanto para el agua depuradora como para el fango generado.

•

2.1.

Caudales y cargas para el diseño de la EDAR

Información administrativa y normativa de aplicación.

Para poder asegurar que la instalación que se diseñe cumpla con la normativa vigentes se ha de hacer una recopilación de todos los requisitos fijados en ésta tanto para la construcción como para la explotación de la depuradora. De este modo, las tramitaciones previas de cara a obtener las autorizaciones oportunas se pueden agrupar en dos grupos:

A) Tramitaciones obligatorias para todo tipo de estación depuradora: 1. Autorización de vertido: fijarán los valores límites de vertidos así como otros condicionados. 2. Licencia del ayuntamiento: dependiendo de los dispuesto en la normativa de ordenación del territorio y urbanística que sea de aplicación puede que al tratarse de una obra de infraestructura y servicio no está sujeta a licencia urbanística, aspecto que habrá que comprobar. No obstante, es muy recomendable que

los proyectos correspondientes sean remitidos a los

Ayuntamientos de los municipios interesados para consulta y concertación de sus contenidos por plazo nunca inferior a un mes. 3. Tramitación ambiental: La ejecución de una EDAR, es una actuación que suele estar afectada por la legislación ambiental y por tanto hay que comprobar que procedimiento administrativo de protección ambiental le afecta. De cualquier manera, independientemente de si está sometida a un procedimiento de protección ambiental o no, es muy recomendable hacer un estudio de de las variables ambientales que se puedan ver afectadas tanto en la construcción como en la explotación: espacios protegidos, restos arqueológicos, impacto estético, etc. Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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4. Legalización en industria: En función del tipo de depuradora que se diseñe, ésta puede ser considerada como una instalación industrial y por tanto puede que haya que legalizar algunas partes, como son: la instalación eléctrica alta tensión, la instalación eléctrica de baja tensión, los aparatos a presión, elementos

de

calefacción,

climatización

y

agua

caliente

sanitaria,

almacenamiento de gas, almacenamiento de productos químicos, grúas, etc.

B) Tramitaciones según las características particulares del proyecto. 1. Autorización de construcción en zona de dominio público hidráulico 2. Autorización de construcción en zona de dominio público marítimo terrestre 3. Autorización en zonas de afección de sistemas de transporte: carreteras, ferrocarriles, etc. 4. Otras: afección a líneas de electrificación, etc. Además de todo lo anterior, se ha de tener en cuenta la planificación sectorial que puedan afectar al proyecto, resaltando: •

Planes de cuenca, que tienen carácter normativo e imponen objetivos medioambientales a cumplir en las masas de agua.

2.2.

•

Planes directores de abastecimiento y saneamiento.

•

Planes de ordenación del territorio.

Población de diseño

En la determinación de la población de diseño se utiliza el concepto de habitante equivalente, que como ya se ha adelantado en el tema 1, es definido por la legislación como la carga orgánica biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno de cinco días (DBO5), de 60 gramos de oxígeno por día, es decir, es una manera de expresar la concentración de la materia orgánica en las aguas residuales.

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Para diseñar un estación depuradora se ha de conocer los habitantes de hecho (las que realmente viven en el núcleo con independencia de que estén o no empadronadas) y todas las actividades que viertan a la red de alcantarillado para luego expresar la magnitud de todos eso vertidos en habitantes equivalentes. Así pues, por un lado se realizará un estudio adecuado para conocer la población de hecho actual y proyectarla al año horizonte. La proyección de la población hasta el año horizonte se hará con datos oficiales si existen y en caso contrario se realizarán proyecciones simples. Existen multitud de métodos (aritméticos, geométricos, MOPU, Crecimiento natural, etc.) que pueden ser utilizados por el proyectista, a partir de las condiciones particulares del núcleo que se estudien. Dichas expresiones son del tipo:

P = P2 + ( P2 − P1 ) ⋅

T − T2 T2 − T1

Por otro lado, además de la población de hecho existen en el momento más desfavorable, habrá que estudiar la población equivalente de las industrias y actividades contaminantes que vayan a verter a la red de saneamiento municipal. Para dichas estimaciones existen multitud de tablas que traducen las industrias, en función de sus características y volúmenes en habitantes equivalentes de manera que se puede llegar al cómputo final expresado en Población equivalente

Animal

Habitantes equivalentes (h-eq)

Ganado vacuno

4 h-eq

Cerdos

3 h-eq

Ganado bovino y caprino

3 h-eq

Gallinas y pavos

2,5 h-eq

Datos tomados del CIDTA de la U. de Salamanca, España.

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Actividad

Habitantes equivalentes (h-eq)

Clínicas y hospitales

1 paciente de hospital = 4 h-eq

Hoteles

1 huésped de hotel = 2 h-eq

Escuelas y guarderías

1 niño de guardería = 0,5 h-eq

Zonas de camping

1 campista = 0,7 h-eq

Datos tomados del CIDTA de la U. de Salamanca, España.

Tabla 1: Equivalencias entre algunos animales de cría y servicios con habitantes equivalentes

2.3.

Infraestructuras existentes

Es primordial conoce las infraestructuras de saneamiento con los que cuenta el núcleo para el que se diseña de depuradora. La tipología de ésta y el estado de conservación de la misma influyen directamente en las características cuantitativas y cualitativas del agua residual a depurar. Por ello hay que tener claro los siguientes puntos: •

Tipo de red de saneamiento: si es unitaria, separativa o mixta. Dependiendo del tipo los caudales de aguas serán mayores (redes unitarias y mixtas) y las cargas contaminantes serán diferentes con distinta variabilidad. En las pequeñas poblaciones normalmente las aguas de lluvia son evacuada por el mismo viario hasta las afueras de la población, no existiendo imbornales que las recojan salvo algunos puntos conflictivos donde el viario no tenga pendiente suficiente. En estos casos hay que ver el área de recogida de esos imbornales y mediante un estudio hidrológico calcular el agua que puede aportar, además de considerar la punta de carga contaminante en los primeros minutos del aguacero.

•

Existencias de bombeos: es fundamental conocer si existen estaciones de bombeo de aguas residuales y su estado de conservación. La presencia de estaciones de bombeo pueden alterar el régimen de aportación de aguas residuales a la estación depuradora en función de su configuración. Además este tipo de infraestructuras, a las que a menudo no se les presta la atención que requieren, pueden plantear

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muchos problemas en la explotación sin no están bien diseñadas y operadas. (en la documentación complementaria se adjunta un manual del proyectista de bombeos) •

Estado de la red de saneamiento: en este tipo de poblaciones la red suele tener muchos años de antigüedad y el estado de conservación es malo. Por ello es frecuente la presencia de aguas parásitas (aguas que se infiltran en la red de saneamiento a través de juntas defectuosas, fracturas, grietas o paredes porosas). El agua puede proceder de niveles freáticos someros, arroyos, fuentes, derivaciones de riegos o de pérdidas de la red de abastecimiento de agua potable (casuística, esta última, muy frecuente en pequeños núcleos debido al mal estado de la red de distribución). La presencia de aguas parásitas influyen en las características de las aguas residuales ya que suponen caudales extraordinarios altos, laminación de puntas horarias y variación de las cargas contaminantes. En cuanto a este punto, si las aguas parásitas son limpias las cargas disminuyen, pero si no son limpias, como es el caso de que agua de un río se introduzca en un punto en el que la red de saneamiento está rota, pueden aumentar las cargas contaminantes, sobretodo sólidos que puede ocasionar problemas en el pretratamiento.

•

Cobertura de la red: se ha de saber si la red de saneamiento existente recoge las aguas residuales de todas las viviendas del núcleo y si está prevista alguna ampliación en el futuro.

2.4.

Gestión del sistema de depuración En el caso de España, según el artículo 25 de la Ley 7/1985 Reguladora de las

Bases de Régimen Local, en la redacción dada por la Ley 27/2013, de 27 de diciembre, de racionalización y sostenibilidad de la Administración Local, la competencia sobre el alcantarillado y tratamiento de aguas residuales es municipal. Dada la escasez de recursos tanto técnicos como económicos de los municipios pequeños, la gestión realizada directamente por éstos suele ser en la mayoría de los casos deficiente y con elevados costes.

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La experiencia ha demostrado que se puede alcanzar una mayor eficiencia en los servicios de abastecimiento y saneamiento con un esquema de gestión basado en la constitución de agrupaciones de municipios con una situación común respecto al recurso del agua mediante la consolidación administrativa de esas agrupaciones con la figuras previstas en la normativa ( lo que denominamos asociaciones territoriales) . Los sistemas supramunicipales comúnmente empleados en España son las Mancomunidades de servicios, los Consorcios o directamente las propias Diputaciones Provinciales. Se tratarían de forma indirecta de gestión respecto de los municipios pero no respecto al servicio público en sí. Con independencia de que la gestión sea llevada a cabo a nivel municipal o supramunicipal, es decir, una vez definida la asociación territorio, se ha de definir cuál será la forma de gestión. En el caso de España, según la Ley 7/85 y el Real Decreto Legislativo 3/2011, la posibilidad son las siguientes: A) Gestión directa: a) Gestión por la propia entidad local. b) Organismo autónomo local. c) Entidad pública empresarial local. d) Sociedad mercantil local, cuyo capital social pertenezca íntegramente a la entidad local o a un ente público de la misma.

B) Gestión indirecta, a) Concesión b) Gestión interesada c) Concierto d) sociedad económica mixta. Algunos autores hablan de gestión mixta cuando la gestión indirecta es a través de una empresa o sociedad mercantil de capital mixto

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Este es un aspecto clave a la hora de diseñar una estación depuradora de aguas residuales y seleccionar el sistema de depuración. Así, si la gestión se prevé que se realice individualmente y directamente por el municipio, los requerimientos técnicos y costes de explotación del sistema deben ser menores que si la gestión fuera supramunicipal.

2.4.1.

Resumen de las posibilidades de sistemas de gestión

Sin pretender ser exhaustivos, se ha considerado conveniente hacer una breve descripción de los modelos de gestión más comunes del Ciclo Integral del Agua de uso urbano en la práctica, dadas las características propias de éste.

B) Gestión directa. •

Por la propia entidad

El servicio lo presta el propio ente público (Ayuntamiento, Consorcio o Mancomunidad). La dirección del servicio recae en el órgano rector del ente público y está sometida al régimen administrativo del ente que se trate. •

Por organismo autónomo

La responsabilidad del servicio recae en el órgano rector del ente público pero el servicio se presta por un órgano constituido a tal efecto con personalidad jurídica independiente. •

Empresa pública

Cuyo capital es 100% público. El Consejo de Administración y la Junta General son funcionarios. Están sometidos al derecho Mercantil. Tienen derecho de endeudamiento

C) Gestión indirecta •

Concesión

El servicio es prestado por un operador privado en régimen de concesión, el cual asume la gestión a su riesgo y ventura, realizando las funciones establecidas en el contrato y financiado en ocasiones determinadas inversiones. La contraprestación es el cobro de los Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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servicios aplicando las tarifas contractuales ofertadas. Toda la responsabilidad del servicio recae en el concesionario y el responsable público mantiene las funciones de controlador y supervisor del cumplimiento de las condiciones contratadas. •

Empresa mixta

En este caso el ente público se asocia con un operador privado y la empresa así formada se le encomienda la gestión del servicio. En el acuerdo constitutivo podrán establecerse las especialidades internas tanto estructurales como funcionales. En todo caso deberá determinarse: -

Modo de constituir el capital social

-

Participación de los particulares

-

Participación de los Entes Locales (EE.LL.) en la sociedad, posibles beneficios o pérdidas

-

Participación de los EE.LL. en la dirección de la sociedad

-

Casos de disolución de la sociedad.

D) Otros métodos En este apartado se describen otros métodos de gestión indirecta que contempla la ley para la prestación de servicios públicos, pero que para el caso de la gestión de servicios de aguas no son habituales.

•

Entidad pública empresarial

Son Organismos Públicos a los que se encomienda la realización de actividades prestacionales, la gestión de servicios o la producción de bienes de interés público susceptibles de contraprestación. Las entidades públicas empresariales se rigen por el Derecho privado, excepto en la formación de la voluntad de sus órganos, en el ejercicio de las potestades administrativas que tengan atribuidas y en sus estatutos y en la legislación presupuestaria •

Concierto

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En esta modalidad la Entidad obligada a prestar el servicio acuerda dicha prestación con una persona natural o jurídica que venga realizando prestaciones análogas a las que constituye el objeto del servicio, utilizando los servicios que esas personas tuvieran establecidos, sin que el concierto origine una nueva persona jurídica entre las mismas. •

Gestión interesada

Se trata de una modalidad de gestión contractual mediante la cual la Administración y el empresario participan en los resultados de la explotación del servicio en la proporción que establezca el contrato, pudiendo estipularse incluso un beneficio mínimo a favor de cualquiera de las partes asociadas atendiendo al resultado de la explotación. Esta asociación se formaliza con un contrato societario del que no se deriva la constitución de un Ente con personalidad jurídica.

2.5.

Condicionantes de la ubicación de la EDAR

En cualquier proyecto de depuración los condicionantes de la ubicación son importantes, pero en el caso de las pequeñas poblaciones, es más frecuente encontrar condiciones más extremas como son localizaciones con difícil acceso, con elevadas pendiente, con climas extremos de montaña, lejos de servicios generales como son el agua potable y la electricidad, etc. Los datos a recoger, en lo que a este punto se refieren son:

A) Datos relativos al terreno: •

Superficie disponible y coste de los terrenos, incluyendo expropiaciones, servidumbres, etc. Este apartado es muy importante en los proyectos de estaciones depuradoras de pequeñas poblaciones ya que las tecnologías más apropiadas son las extensivas, que son las que mayores requerimientos de superficie tienen.

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•

Distancia a la red de colectores existente y topografía del terreno para estudiar la conexión de los puntos de vertido y la necesidad de ejecutar estaciones de bombeo.

•

Características geotécnicas y topográficas. Nivel freático.

•

Vías de acceso y puntos de enganche a la red eléctrica.

B) Afecciones ambientales: •

Cercanía zonas habitadas o espacios públicos de cara a limitar las afecciones por ruido y olores

•

Ubicación en zonas protegidas próximas

•

Impacto visual de las instalaciones

C) Climatología: Los parámetros climáticos son importantes en cualquier tipo de tratamiento, pero en le caso de tratamiento extensivos, los típicos en pequeñas poblaciones, pueden ser limitantes. •

Precipitaciones: además de conocer la media mensual y anual será necesario saber si se dan episodios de torrencialidad (intensidad-duración).

•

Temperaturas: medias, máximas y mínimas mensuales.

•

Horas de sol mensuales

•

Humedad relativa mensual

•

Evaporación mensual.

2.6. Resultados a obtener

2.6.1. Agua depurada. Las características de calidad del vertido vienen reguladas en todo momento por la legislación vigente en materia de depuración de aguas (En Europa por la Directiva 271/91 y en España por la transposición de dicha directiva mediante el RD Ley 11/1995 de 28 de Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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diciembre y el RD 509/96 de 15 de marzo y RD 2116/98 de 2 de octubre, así como la legislación de calidad del agua en función de su destino: aguas de baño, para consumo humano, para vida piscícola… (En la documentación complementaria se adjunta el manual de interpretación de la Directiva y los tres reales decretos). En la tabla siguiente se resumen los tratamientos exigidos por la Directiva 271/91 en función de la población y el medio de vertido.

VERTIDO EN AGUAS COSTERAS Tamaño aglomeración

Zona menos sensible

Zona normal

Zona sensible

0 -10.000 h-e

T.A.

T.A.

T.A.

10.000 -150.000 h-e

T.1º

T.2º

T.M.R.

>150.000 h-e

T.2º (ó T.1º)

T.2º

T.M.R

VERTIDO EN AGUAS DULCES Y ESTUARIOS Tamaño aglomeración

Zona menos sensible

Zona normal alta montaña

Zona normal

Zona sensible

0 -2.000 h-e

T.A.

T.A.

T.A.

T.A.

2.000 -10.000 h-e

T.1º

T.2º

T.2º

T.2º

> 10.000 h-e

T.2º

T.2º

T.2º

T.M.R.

Fuente: Manual para la implantación de sistemas de depuración en pequeñas poblaciones. CEDEX-CENTA T.A.: Tratamiento adecuado: el tratamiento de las aguas residuales urbanas mediante cualquier proceso y/o sistema de eliminación en virtud del cual, después del vertido de dichas aguas, las aguas receptoras cumplan los objetivos de calidad y las disposiciones pertinentes de la presente y de las restantes Directivas comunitarias. T.1º: Tratamiento primario: el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante un proceso físico y/o químico que incluya la sedimentación de sólidos en suspensión, u otros procesos en los que la DBO5 de las aguas residuales que entren se reduzca por lo menos en un 20% antes del vertido y el total de sólidos en suspensión en las aguas residuales de entrada se reduzca por lo menos en un 50%. T.2º: Tratamiento secundario: el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante un proceso que incluya, por lo general, un tratamiento biológico con sedimentación secundaria, u otro proceso en el que se respeten los requisitos del cuadro 1 del Anexo I.: reducción DBO5> 70-90% o < 25 mg/l; reducción DQO > 75% o < 125 mg/l; reducción sólidos en suspensión > 90% o < 35 mg/l. T.M.R: Tratamiento más riguroso que el secundario: tratamiento mediante el cual, según la situación local, se reduzca el nitrógeno total, el fósforo total o ambos parámetros, de acuerdo a los siguientes requisitos: para 10.000 100.000 h-e, reducción Nt >70-80% ó 80% ó < 1 mg/l.

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Se comprueba que para las poblaciones de menos de 2.000 h-e el tratamiento exigido es un tratamiento adecuado, no estableciéndose límites para este rango de población. Ello se ha traducido en que los distintos organismos de cuenca, no sólo en Europa, sino incluso dentro del territorio nacional de España, hayan fijado condiciones de vertidos muy diversas. Así, en algunos casos se está fijando los mismo límites que para poblaciones de más de 2.000 h-e, en otros se están aplicando los porcentajes de reducción y en otros se están fijando los límites menores. Lo más recomendable según el Manual para la implantación de sistemas de depuración en pequeñas poblaciones del CEDEX-CENTA es “asegurar el cumplimiento de los objetivos medioambientales en la masa de agua receptora y, si las condiciones del medio lo permiten, los límites podrán ser menos rigurosos que los establecidos en la Directiva 91/271/CEE. Por otra, podrían establecerse unos límites de emisión a cumplir en todo caso en función del tamaño de la población, independientemente de que fueran necesarios o no para alcanzar los objetivos del medio. Dichos límites se establecerían considerando tipologías de tratamiento que fueran asumibles económicamente por los diferentes rangos de población”. Por todo ello, para fijar los límites de vertido del efluente de la instalación se tendrá que hacer una consulta al organismo de cuenta pertinente. Respecto a la calidad del agua depurada, también hay que contemplar la posibilidad de reutilizarla. Para ello se ha de hacer un estudio de las posibles demandas de este tipo de recurso hídrico en la zona y realizar un estudio costes-beneficios que determine la viabilidad de la reutilización. En el caso de que se decida reutilizar, se tendrá que atender al tipo de uso al que se destinará, ya que las exigencias de calidad cambiarán. En el caso de España, la norma que regula la reutilización de aguas depuradas es el Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. (se adjunta en la documentación complementaria). Este Real Decreto establece 14 calidades diferentes, agrupadas en 5 grandes tipos de uso: 1.- Usos urbanos 2.- Usos agrícolas 3.- Usos industriales Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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4.- Usos recreativos 5.- Usos ambientales Los parámetros que emplea para fijar las calidades son: −

Biológicos: huevos de nematodos intestinales, Escherichia coli.

−

Físico-químicos: Sólidos en suspensión y Turbidez.

−

Otros: Legionella spp, Taenia saginata y solium, fósfo total y nitrógeno total

En la siguiente tabla, a modo de ejemplo, se indica los criterios de calidad que fija el Real Decreto 1620 para las aguas regeneradas que se vayan a emplear en usos urbanos:

Tabla 2: Criterios de calidad que fija el Real Decreto 1620 para las aguas regeneradas que se vayan a emplear en usos urbanos

2.6.2.

Lodos generados

En cuanto a las características de fango generado, tal y como se desarrollará en temas posteriores, se han de perseguir los siguientes objetivos: •

Reducir el volumen, mediante la concentración y eliminación de agua.

•

Estabilizarlos para evitar problemas de fermentación y putrefacción.

•

Conseguir una textura que los haga manejable y fáciles de transportar.

•

Reducir los organismos patógenos

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En función del destino los principales se exigieran límites a unos parámetros u a otros. De este modo, si el destino final es un vertedero se limitará el contenido de agua y la fracción de volátiles. Si por el contrario se va a emplear en agricultura, se limitarán también el contenido en metales pesados. Se ha de resaltar que en la explotación, la gestión de los lodos generados, suele ser el aspecto que más dificultades presentas, por lo que es conveniente planificar su gestión desde el proyecto de la estación depuradora.

2.7.

Caudales y cargas para el diseño de la EDAR

Las aguas residuales de las pequeñas poblaciones difieren mucho tanto en caudal como en carga contaminante de las generadas en las medianas y grandes aglomeraciones. Ello se debe al diferente grado de desarrollo social y económico. En cuanto al caudal, las pequeñas poblaciones tienen una menor capacidad de laminación además de contar con menores dotaciones (en ocasiones, en el ámbito rural la dotación de abastecimiento es muy superior a la de grandes aglomeraciones por el uso de agua potable en riego de huertas, agua que no llegará a la EDAR). La menor capacidad laminadora se traduce en que habrá más oscilaciones de caudal a lo largo del día. Las menores dotaciones implican mayores concentraciones de los contaminantes y una mayor influencia de cualquier vertido industrial en la composición de las aguas residuales. De esta manera, se ve claro, cómo en pequeñas aglomeraciones es aún más preciso hacer campañas de aforo y muestreo para tener un conocimiento lo más próximo a la realidad de las aguas residuales que tendrá que tratar la estación depuradora.

2.7.1. Caudales Los caudales que se necesitan conocer para diseñar una estación depuradora de aguas residuales son: Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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•

Caudal diario, Qd, medido en m3/d. Este caudal suele ser la base para diseñar el tratamiento secundario, aunque en el caso de pequeñas poblaciones, como se verá más adelante, hay veces que adoptan otros caudales para el dimensionamiento.

•

Caudal horario medio, Qm,h, medido en m3/h.

•

Caudal punta horario en tiempo seco, Qp,s, medido en m3/h. Este caudal se emplea para el dimensionamiento hidráulico de la EDAR.

•

Caudal punta horario en tiempo de lluvia, Qp,ll, medido en m3/h. Este caudal se emplea para el dimensionamiento hidráulico de la EDAR.

En caso de se haya determinado la viabilidad de la reutilización de agua regenerada, además se tendrá que fijar el caudal que se necesite regenerar. Este caudal vendrá fijado por el uso al que vaya destinada. Seguidamente se indica cómo se pueden calcular en caso de que no se dispongan de datos reales.

A. Caudal diario, Qd El caudal diario de la estación depuradora de aguas residuales será la suma de los siguientes caudales: −

Caudal de aguas residuales urbanas, Qaru:

−

Caudal de actividades económicas, Qind: industrias, agrícolas, comerciales, servicios, etc.

−

Caudales de aguas parásitas, Qap:

Qd = Qaru + Qind + Qap Para estimar el caudal de aguas residuales urbanas, Qaru lo ideal es partir de los volúmenes de agua potable facturada. Ese volumen diario se divide por la población y se

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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obtiene la dotación por habitante. Multiplicando la población de diseño por la dotación se obtiene el volumen total diario de agua potable servida. En la práctica, entre el 60 y el 85% de del agua de abastecimiento consumida se transforma en aguas residuales, dependiendo este porcentaje del consumo de agua en actividades particulares como el riego de zonas verdes, de la existencia de fugas, del empleo del agua en procesos productivos, etc. En pequeñas poblaciones suele ser muy usual regar huertos particulares con agua potable lo que hace que se tenga que emplear un porcentaje bajo. En caso de no disponer de los datos de abastecimiento, situación muy frecuente en pequeñas poblaciones, existen diversos métodos que permiten determinar la dotación por habitante, basándose esencialmente en dos variables: rango de población y nivel de vida. En ambos casos cuanto mayor sea dicha característica mayor será la dotación a considerar. Las distintas figuras de planificación hidrológica y sanitaria ya recogen tablas de dotaciones que se pueden utilizar admitiendo errores mínimos. Se pueden utilizar las dotaciones recogidas en el anexo II de la Orden MAM/85/2008, de 16 de enero, por la que se establecen los criterios técnicos para la valoración de los daños al dominio público hidráulico y las normas sobre toma de muestras y análisis de vertidos de aguas residuales, para las poblaciones menores de 10.000 habitantes: −

Para una actividad comercial alta: 220 l/h.d.

−

Para una actividad comercial media: 190 l/h.d.

−

Para una actividad comercial baja: 170 l/h.d.

Para estimar el caudal de actividades económicas, Qind, lo ideal es hacer una campaña de medición de caudales nocturnos. Para calcular el caudal de aguas parásitas, Qap no existe un criterio “teórico”, por lo que en la práctica la única manera de conocerlo es hacer una campaña de mediciones nocturnas. En estas campañas se deben tener en cuenta las variaciones semanales y estacionales así como la influencia de episodios de lluvia.

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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B. Caudal horario medio, Qm,h, Este caudal se calcula dividiendo el caudal diario entre 24 horas del día.

Qm, h =

Qd 24

C. Caudal punta horario en tiempo seco, Qp,s Dado que el caudal de aguas residuales que llega a la planta no es continuo, sino que presenta variaciones horarias, se ha de estudiar su variación a lo largo del día, de la semana e incluso del año ya que no todos los sistemas de tratamiento se adaptan con igual éxito a estas variaciones. Si no podemos conocer la variación del caudal a lo larga del día a partir de una campaña de medición, se puede calcular el caudal punta horario en tiempo seco como la suma de los siguientes caudales: −

Caudal punta horario de aguas residuales urbanas, Qparu:

−

Caudal punta horario de actividades económicas, Qpind: industrias, agrícolas, comerciales, servicios, etc.

−

Caudales de aguas parásitas, Qap:

Qp,s = Qparu + Qpind + Qap

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Figura 3.1

Variación horaria del caudal en un día

En caso de no disponer de estos datos, se recurre a un coeficiente, denominado coeficiente de caudal punta (Cp) que multiplica al caudal medio horario de aguas residuales. Este coeficiente depende mucho de las características de cada población. Los valores que se pueden adoptar los siguientes valores: - para poblaciones entre 1.000 y 2.000 h-e: Cp= 2,5 - para poblaciones entre 500 y 1.000 h-e: Cp= 3,0 - para poblaciones < 500 h-e: Cp= 3,5

D. Caudal punta horario en tiempo de lluvia, Qp,ll Este caudal es la suma de los siguientes caudales: −

Caudal punta horario en tiempo seco, Qp,s :

−

Caudal de agua de lluvia a tratar, Qll

Qp,ll = Qp,s + Qll La cuestión a resolver en este punto es determinar el caudal de lluvia que hay que tratar. Las aguas de escorrentía recogidas por la red de saneamiento, al contrario de lo que se solía penar tiempo atrás, suelen entrar muy cargadas a la edar, sobretodo las primeras en Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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llegar, además de incrementar extraordinariamente los caudales. Se ha comprobado que el agua de lluvia que llega a la edar en los primeros minutos de un aguacero puede estar más contaminada que el agua residual urbana que ha de depurar la EDAR. Pero el intentar tratar toda el agua de lluvia suele ser un problema que puede llegar a ser inviable en todas las estaciones depuradoras, y en una pequeña instalación, aún más. Por ello, hay que llegar a un equilibrio entre la capacidad de tratamiento de la depuradora y la capacidad del medio de asimilar el agua no depurada. El organismo de cuenca encargado de autorizar los vertidos nos marcará hasta qué punto se ha de depurar. Por todo ello habrá que hacer una estrategia que afecta no sólo a la EDAR sino a la red de saneamiento completa. Se han de seguir los siguientes pasos:

•

Consulta al organismo de cuenca: en función de los condicionados que éste fije en el condicionado de las autorizaciones de vertido, normalmente mediante el establecimiento de coeficientes de dilución, se tendrán que hacer unas actuaciones u otras tanto en la red de saneamiento como en la EDAR.

•

Intentar que la red de saneamiento sea separativa. En las pequeñas poblaciones, en contra de lo que se pueda pensar, las redes suelen ser separativas o en su mayor parte separativa. Ello es debido a que las aguas de lluvias suelen ser evacuadas por los propios viales (calles) hasta redes de drenaje naturales y por tanto no hay imbornales salvo en aquellos puntos en los que no hay una salida natural para el agua de escorrentía.

•

Determinar la necesidad de diseñar un tanque de tormenta. Los tanques de tormenta son unos elementos de control de la red de saneamiento destinados a limitar el caudal producido en los periodos de tiempo de lluvia. Durante la primera fase del evento lluvioso es donde se concentra la mayor parte de la contaminación, por ello resulta imprescindible conducir este agua hasta la estación depuradora. Si el fenómeno de lluvia continua, el agua sobrante se aliviará directamente al cauce, habiéndose diluido la contaminación del agua dentro del tanque de tormenta. (más información sobre tanques de tormenta en la documentación complementaria y además de recomendar la Guía Técnica Sobre Redes de Saneamiento y Drenaje Urbano, CEDEX, 2009 ISBN 9788477904915). En función de los condicionantes del

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organismo de cuenca será necesario recurrir a estos elementos o no. En el caso de pequeñas poblaciones sólo se han de ejecutar estos elementos cuando sean imprescindibles para mantener el buen estado de los cauces puesto que su explotación es complicada. En caso de que se tengan que ejecutar estaciones de bombeos, se pueden diseñar de manera que hagan la función de pequeños tanques de tormenta aumentando su capacidad de pulmón (se recuerda que en la documentación complementaria se ha adjuntado un manual del proyectista de bombeos)

Figura 3.2

Variación del caudal y la concentración de sólidos en suspensión en el agua de lluvia en función del tiempo

•

Determinar los caudales a tratar en cada fase de la depuradora en caso de necesitar depurar parte del agua de lluvia. Puede ser recomendable que el pretratamiento trate un caudal superior al caudal punta en tiempo seco (5 ó 6 veces el caudal medio) para evitar el vertido al cauce receptor de una importante parte de sólidos, arenas y grasas. El tratamiento primario se dimensionaría para el caudal punta en tiempo seco. En el caso del tratamiento secundario, lo habitual es coger el caudal medio en tiempo seco para su dimensionamiento. En pequeñas poblaciones, este criterio puede comprometer el rendimiento del sistema de depuración ya que en este tipo de núcleos las puntas de caudal son mayores que en las grandes aglomeraciones. Por ello, en caso de tener una red unitaria y tener un medio receptor sensible que condiciona los vertidos, el tratamiento secundario se debe dimensionar

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con el caudal punta en tiempo seco (Qp,s). No tendría sentido hacer el dimensionamiento con caudales superiores porque implicaría que el agua en tiempo de lluvia entraría muy diluida, recordemos que los coeficientes de caudal punta en tiempo seco pueden alcanzar valores de hasta 4.

2.7.2.

Cargas contaminantes

Los datos de contaminación se expresan en mg/l y se deben considerarse como mínimo los siguientes parámetros: DBO5, DQO y SS. En casos concretos habrá que medir el contenido en nutrientes (nitrógeno y fósforo) si se quieren eliminar para evitar la eutrofización, u otros parámetros que pudieran distorsionar el proceso biológico (como la conductividad en caso de tener industrias dedicadas al curado de jamones). Los valores de cada uno de los parámetros necesarios para el diseño son: •

Concentración media y carga diaria en tiempo seco (mg/l y kg/d).

•

Concentración y carga diaria nominal (mg/l y kg/d).

•

Concentración y carga horaria media (mg/l y kg/h).

•

Concentración y carga horaria punta en tiempo seco (mg/l y kg/h).

•

En caso de estacionalidad, las cargas anteriores se establecerán para temporada alta y temporada baja.

•

Cargas previstas para el año horizonte

Para el diseño se tomarán los datos correspondientes a la semana del año en tiempo seco más cargada. La manera más directa y precisa de conocer la carga contaminante que llegará a la EDAR es realizar una campaña analítica de un año de duración en donde se pueden llegar a conocer las condiciones particulares de lo vertidos así como los caudales, sus distintas variaciones y indefinitiva conocer con mayor exactitud el problema de partida.

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En caso de no disponer de una campaña analítica, la carga en tiempo seco puede calcularse sumando a la carga de las aguas residuales urbanas la carga de las actividades industriales, agrícolas y comerciales. Unos ratios aceptados para estimar la carga correspondiente a las aguas residuales urbanas son los establecidos en la norma ATV-DVWK-131E, 2000.

Parámetros

Cargas en g/h-e día

DBO5

60

DQO

120

SS

70

NTK

11

Pt

1,8

Tabla 3: Ratios de carga contaminante por h-e ((ATV-DVWK-A 131E, 2000) En cuanto a la carga de las aguas residuales industriales, agrícolas y comerciales, suele ser complicado obtener datos aproximados a la realidad. Se recomienda hacer una encuesta de las actividades implantadas en el núcleo de población en el que se determine la naturaleza de los productos determinados, horarios de actividad, cantidad y naturaleza de la contaminación vertida, etc. También es una buena práctica recabar de los responsables de las actividades industriales que declaren por escrito los caudales y cargas contaminantes que vierten a la red de saneamiento. La carga de la aguas de lluvia es muy variable dependiendo de múltiples factores como la meteorología, el tipo de cuenca que se drena, las características de la red, de tipo de limpieza viaria que se realice, etc. Para su cálculo se puede recurrir a los siguientes ratios propuestos por el CEDEX y el CENTA: •

DBO5 en tiempo de lluvia: 1,5 veces la carga de DBO5 en tiempo seco.

•

DQO en tiempo de lluvia: 1,5 veces la carga de DQO en tiempo seco.

•

SS en tiempo de lluvia: 2,0 veces la carga de SS en tiempo seco.

•

NTK en tiempo de lluvia: 1,2 veces la carga de NTK en tiempo seco.

•

P en tiempo de lluvia: 1,2 veces la carga de P en tiempo seco.

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3.

ELECCIÓN DEL SISTEMA A DISEÑAR

El reto a la hora de diseñar una depuradora de aguas residuales para una pequeña población no es una cuestión de disponibilidad tecnológica sino de acierto en la correcta selección de la tecnología más apropiada para cada situación. A la hora de seleccionar el sistema de depuración óptimo para un caso concreto, lo primero es saber qué nivel de depuración es el que nos exigen. Para las poblaciones de menos de 2.000 habitantes-equivalentes la normativa exige un “tratamiento adecuado” de las aguas residuales, entendiéndose como tal aquel tratamiento que permita que las aguas receptoras cumplan después del vertido los objetivos de calidad previstos. El concepto de “tratamiento adecuado” establecido para pequeñas poblaciones, es mucho

más

amplio

y

flexible

que

los

límites

fijos

de

emisión

establecidos

reglamentariamente para grandes vertidos. Por tanto, el sistema de depuración escogido podrá ser más o menos intenso en función de la naturaleza del vertido y del medio receptor. Las tecnologías empleadas en los sistemas de depuración en pequeños núcleos de población deben cumplir los siguientes requisitos: •

Adecuadas a los recursos técnicos y económicos: Han de ser tecnologías que requieran un mantenimiento sencillo. Deben tener unos costes mínimos de implantación y explotación, prescindiendo en lo posible de consumo energético, elementos electromecánicos y reactivos químicos. Además deben tener una gestión sencilla de los lodos generados en la depuración.

•

Sistemas robustos: Los sistemas de tratamiento deben ser robustos, capaces de autorregularse de forma eficaz en un amplio rango de caudal y carga para obtener un efluente con una calidad suficiente.

•

Integración ambiental: Las instalaciones deben adecuarse al entorno con la mayor integración ambiental posible, buscando incluso proporcionar un valor añadido de carácter educativo, turístico o recreativo.

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Las tecnologías de depuración de aguas residuales urbanas que reúnen estas características se conocen bajo el nombre genérico de "Tecnologías no convencionales". Dentro de estos sistemas de depuración hay varias alternativas pero no todas son igualmente eficaces en todos los municipios. Además de cuestiones ya mencionadas, como los requerimientos ambientales del cauce receptor o la naturaleza del agua residual de la población, hay que tener en cuenta otros condicionantes como la climatología, la superficie disponible, etc. La variedad de sistemas de depuración aplicables al tratamiento de las aguas residuales de pequeñas poblaciones, así como su posible combinación, es muy amplia. Las tecnologías que pueden tener una mayor aplicación son las siguientes:

PRETRATAMIENTOS Desbaste Desarenado Desengrasado TRATAMIENTOS PRIMARIOS Fosas sépticas Tanques Imhoff Decantación primarias TRATAMIENTOS SECUNDARIOS - TECNOLOGÍAS EXTENSIVAS Lagunajes Humedales artificiales

Humedal artificial de flujo horizontal Humedal artificial subsuperficial de flujo horizontal Humedal artificial subsuperficial de flujo vertical Humedal artificial de macrófitos en flotación

Filtros intermitentes de arena Infiltración-percolación

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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TRATAMIENTOS SECUNDARIOS - TECNOLOGÍAS INTENSIVAS Aireaciones prolongadas Lechos bacterianos Contactores biológicos rotativos Reactores secuenciales Tabla 4: Tecnologías aplicables en pequeños núcleos Un correcto análisis de estas circunstancias es imprescindible para la acertada elección de la tecnología más adecuada, siendo perfectamente factible la combinación de varias de ellas. Para llegar a la determinación de la línea de agua óptima se pueden seguir tres caminos, igualmente válidos, que se describen en los siguientes apartados: a) Sistemas en forma de árbol de decisión b) Mediante matrices de decisión c) Criterios de selección y valoración de cada uno de ellos

3.1.

Sistemas en forma de árbol de decisión

Podríamos definir un árbol de decisión como un sistema que nos ayuda a llegar a una conclusión respondiendo a una serie de preguntas secuenciales.

Un árbol de decisión

aceptado es el propuesto por la Comisión Europea en el manual Figura 3.3: Procesos Extensivos de Depuración de las Aguas Residuales adaptadas a las pequeñas y medias colectividades (500-5.000 h.e.) que se reproduce seguidamente.

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Figura 3.3

Procesos Extensivos de Depuración de las Aguas Residuales adaptadas a las pequeñas y medias colectividades (500-5.000 h.e.) (Comisión Europea, 2001)

3.2.

Mediante matrices de decisión

En las matrices de decisión se le asigna una nota a las cualidades que presenta cada tecnología de depuración y estas son corregidas por un peso específico Lo que pretendemos con este término es dar distinta importancia a cada aspecto que se tiene en cuenta a la hora de decantarse por un sistema de depuración. En la siguiente tabla se presenta la estructura que pronote Collado para una matriz de decisiones.

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Tabla 5: Matriz de decisión. Depuración de Aguas Residuales en Pequeñas Comunidades (R. Collado, 1992) A continuación propongo una construcción de una matriz de decisión, en concreto se trata de la matriz construida para la elaboración del Plan Integral de Saneamiento del Río Fardes en la provincia de Granada, elaborado en el año 2001. Se trata de dar una orientación de cómo elaborar la matriz, así que los valores indicados en el ejemplo pueden ser modificados a criterios del técnico.

3.2.1. Ejemplo de matriz de decisión Se pretende sentar las bases para realizar un estudio comparativo entre las diferentes soluciones de depuración y marcar unos criterios de selección de alternativas, que sirva para justificar las soluciones más adecuadas en cada caso concreto de aplicación. Para establecer unos criterios de selección entre las diferentes alternativas posibles, resulta necesaria la comparación de diferentes aspectos. Se han considerado los siguientes: a) SUPERFICIE NECESARIA. b) SIMPLICIDAD DE CONSTRUCCIÓN. Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

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• Movimiento de tierras. • Obra civil. • Equipos c) MANTENIMIENTO Y EXPLOTACIÓN. • Simplicidad de funcionamiento. • Necesidad de personal. • Control. d) COSTOS DE CONSTRUCCIÓN. e) COSTOS DE EXPLOTACION Y MANTENIMIENTO. f) RENDIMIENTOS. DQO-

DBO-SS-Nt-Pt-Coliformes.

g) ESTABILIDAD. • Efecto de la temperatura. • Turbidez efluente. • Variación de caudal y carga. h) IMPACTO AMBIENTAL. • Molestia de olores. • Molestia de ruidos. • Molestia de insectos. • Integración con el entorno. • Riesgos para la salud. • Efectos en el suelo. i) PRODUCCION DE FANGOS. j) COINCIDENCIA DEL SITEMA DE TRATAMIENTO

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•

Preselección En una primera fase, se ha de realizar una preselección de entre todos los sistemas de

depuración. Para ello se han de tener muy presentes las circunstancias específicas de cada población: -

Población de cálculo.

-

Superficie disponible.

-

Grado de depuración exigido (legislación sobre vertidos).

-

Limitaciones económicas tanto en construcción como explotación.

-

Tipo de agua residual a tratar y

-

Otras características propias de cada lugar que haga viables o desechables alguna de las alternativas propuestas.

Seguidamente se presenta una tabla con los rangos de aplicación de cada sistema de tratamiento según diferentes fuentes:

Sistema de

P.D.A.R.P.G1

Ramón Collado2

Manual CEDEX

10.000

Lagunaje natural

tratamiento Fosa séptica Tanque Imhoff

Escorrentía superficial Laguna aireada Laguana aerobia 1 2

Plan Director de Aguas Residuales de la Provincia de Granada. Los valores que presentamos de autor son los que él considera de mucha aplicación y media.

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Sistema de

P.D.A.R.P.G1

Ramón Collado2

Manual CEDEX

Laguna anaerobia

-

100->10.000

50-2.000

Laguna facultativa

>200

200->10.000

Lagunaje completo

>200

-

-

2.000-20.000

2.000->10000

50-2.000

>6.000

200->10.000

50-2.000

1.000-10.000

100->10.000

500-30.000

>10.000

-

>20.000

tratamiento

C.B.R. Lechos bacterianos Oxidación prolongada F.A. convencionales

* Los datos vienen dados en h-e

Tomando como referencia la tabla anterior, a la hora de realizar la preselección de sistemas de tratamiento se considerará la siguiente:

Sistema

Rango de población (h-e)

Fosa séptica

< 90

Tanque Imhoff

< 500

Decantador-digestor

500-1.000

Decantador primario

500-2.000

Lechos de turba

< 2.000

Filtro verde Infiltración rápida

< 2.000

Escorrentía superficial

< 2.000

Laguna aireada

500-20.000

Laguna aerobia

< 10.000

Laguna anaerobia

< 10.000

Laguna facultativa

< 10.000

Lagunaje completo

>200

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Sistema C.B.R.

1.000-15.000

Lechos bacterianos

1.000-15.000

Oxidación prolongada F.A. convencionales

•

Rango de población (h-e)

500-15.000 >10.000

Selección Una vez que hemos preseleccionado aquellas soluciones que se adaptan mejor, en

un primer momento (o mejor dicho desechadas aquellas inviables desde un principio), al caso en concreto, pasamos a ver razonada y justificadamente cuáles de ellas son las más válidas. Para ello vamos a recurrir a un sistema de matrices en las que se expone la idoneidad de cada sistema en cuanto a cada uno de los aspectos tenidos en cuenta, valorada cuantitativamente (nota). La nota obtenida en cada uno de los aspectos se verá modificada por un coeficiente, peso específico, que resalta la importancia que le damos a cada aspecto. Las matrices mencionadas se muestran y comenta a continuación:

a) Superficie necesaria. Los sistemas que mayor superficie requieren por habitante son los filtros verdes (10 - 900 m2/hab) y los de menor ocupación son los tanques Imhoff, fosas sépticas y decantadores digestores (0,05 - 0,1 m2/hab). Los sistemas de aplicación subsuperficial y superficial, requieren grandes superficies de terreno. Le siguen, en orden de mayor a menor necesidad de área, los sistemas de lagunaje, con valores comprendidos entre 1 y 3 m2/hab para las lagunas aireadas y entre 2 y 20 m2/hab para las facultativas. Finalmente señalemos que los sistemas de aireación prolongada y procesos biopelícula requieren muy poca superficie (0,4 - 1,0 m2/hab).

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Sistema

Demanda de área m2/h-e

Nota

Fosa séptica

0.1-0.5

9

Tanque Imhoff

0.05-0.1

10

Decantador-digestor

0.05-0.1

10

Decantador primario

1-3

6

Lechos de turba

0.6-1

7

Filtro verde

10-90

1

Infiltración rápida

1-22

2

Escorrentía superficial

10-44

1

Laguna aireada

1-3

6

Laguna aerobia

4-8

4

Laguna anaerobia

1-3

6

Laguna facultativa

2-20

2

Lagunaje completo

6-20

2

C.B.R.

0.4-0.8

8

Lechos bacterianos

0.4-0.9

8

0.2-1

8

0.16-0.3

10

Oxidación prolongada F.A. convencionales

b) Simplicidad de construcción. El movimiento de tierras que se realiza en la fase constructiva de un sistema de tratamiento de aguas residuales, resulta habitualmente simple en su ejecución en la mayoría de los casos, salvo circunstancias especiales debidas a la naturaleza del terreno. Los sistemas de lagunaje y los decantadores son los sistemas que pueden presentar mayor complejidad en la fase constructiva del movimiento de tierras.

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En las variables obra civil y equipos, los resultados numéricos muestran una marcada diferencia entre los fangos activos frente al resto de los sistemas. Las bajas valoraciones obtenidas en su matriz, reflejan la complejidad en la instalación de los equipos mecánicos de dichos sistemas de tratamiento de agua residual.

Mov

SISTEMA

tierras

Fosa séptica

Obra civil Equipos TOTAL

NOTA

MS

MS

MS

30

10

Tanque Imhoff

C

S

MS

23

8

Decantador-digestor

C

S

MS

23

8

Decantador primario

S

S

S

24

8

Lechos de turba

MS

S

MS

28

9

Filtro verde

MS

MS

MS

30

10

S

MS

MS

28

9

MS

MS

MS

30

10

Laguna aireada

C

MS

S

23

8

Laguana aerobia

C

MS

MS

25

8

Laguna anaerobia

C

MS

MS

25

8

Laguna facultativa

C

MS

MS

25

8

Lagunaje completo

C

MS

MS

25

8

C.B.R.

MS

C

C

20

7

Lechos bacterianos

MS

C

C

20

7

Oxidación prolongada

S

MC

MC

12

5

F.A. convencionales

S

MC

MC

12

5

Infiltración rápida Escorrentía superficial

MS =

muy simple= 10

S

=

simple = 8

C

=

complicado = 5

MC =

muy complicado = 2

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 36

Curso Especialista Universitario en Depuración de Aguas Residuales en Pequeños Núcleos Modalidad online, 6 de abril -19 de julio de 2015

c) Explotación y mantenimiento El lagunaje es el sistema que ofrece mayor flexibilidad y simplicidad de funcionamiento, y los sistemas más complejos de instalación: fangos activos convencionales y aireación prolongada son también los de mayor complejidad en funcionamiento. En cuanto a su complejidad en el mantenimiento de los sistemas de tratamiento de aguas residuales, vuelven a ser la aireación prolongada y físicoquímico, los que ocupan la peor situación. Los sistemas de lagunaje y aplicación al terreno, requieren menor frecuencia en el control que el resto de los procesos.

SISTEMA Fosa séptica

Funcionamiento Personal Control TOTAL NOTA MS

P

P

30

10

Tanque Imhoff

S

P

P

28

9

Decantador-digestor

S

P

P

28

9

Decantador primario

S

P

P

28

9

Lechos de turba

S

R

P

25

8

MS

P

P

30

10

S

P

P

28

9

S

P

P

28

9

Laguna aireada

N

R

R

20

6

Laguna aerobia

MS

P

P

30

10

Laguna anaerobia

MS

P

P

30

10

Laguna facultativa

MS

P

P

30

10

Lagunaje completo

S

R

R

22

6

Filtro verde Infiltración rápida Escorrentía superficial

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 37

Curso Especialista Universitario en Depuración de Aguas Residuales en Pequeños Núcleos Modalidad online, 6 de abril -19 de julio de 2015

SISTEMA

Funcionamiento Personal Control TOTAL NOTA

C.B.R.

C

R

M

16

5

Lechos bacterianos

C

R

M

16

5

MC

R

M

13

3

MC

M

M

10

2

Oxidación prolongada F.A. convencionales MS

= muy simple= 10

P = poco = 10

S

= simple = 8

R = regular = 7

N

=normal = 6

M = mucho = 4

C

=complicado = 5

MC

=muy complicado = 2

d) Costos de construcción. Seguidamente presentamos una tabla con los costes construcción en millones de pesetas (año 2001). Se ha tomado como fuente el Plan Director de Aguas Residuales de la Provincia de Granada, en el cual se puede encontrar una tabla obtenida en base a los costes de estaciones depuradoras construida en la provincia de Granada. Estas tablas se realizaron en el año 1992 por lo que las hemos actualizados a pesetas de 2001.

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 38

39

COSTES

DE

CONSTRUCCIÓN

NIVEL

ESTACIONES

DEPURADORAS

EN

MILES

DE

PESETAS/h-e

(año

2001)

POBLACIÓN

SISTEMAS 100

200

1.000

2.000

5.000

10.000

20.000

50.000

-

-

-

178

104

70

50

32.5

-

-

-

141.5

83.2

56

40

26

-

-

-

111

65

43.7

31.25

20.3

-

-

-

88.5

52

35.0

25

16.24

Filtro verde

-

60

31

24

18

15.6

15

13.74

Lagunaje completo

-

50

30

21

15.6

12.5

10

8.74

Infiltración rápida

-

40

25

18

13.2

10.6

-

-

-

35

21

15

11.2

8.7

7

6.12

-

80

34

22.5

20.6

18.7

17.5

-

40

25

15

12.5

8.2

6.9

-

-

Laguna anaerobia

30

20

10

8.75

6.2

-

-

-

Pretratamiento

18

12.5

4

3.5

-

-

-

-

Fangos activos - C.B.R.

3

DE

Lechos bacterianos Laguna aireada C.B.R.

-Aireación

prolongada-

-fangos

activos Lechos bacterianos

Laguna aireada 2

Lagunaje

facultativo

Escorrentía superficial Lechos de turba Tanque 1

decantador

Imhoffdigestor-

decantador1º

0

CURSO: DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEÑAS POBLACIONES (ON LINE)

e) Costos de explotación y mantenimiento. Del mismo modo que la anterior, se presenta la presente tabla de costes de explotación y mantenimiento de estaciones depuradoras basándonos en el Plan Director.

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 40

COSTES DE EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO EN MILES DE PESETAS POR HABITANTE Y AÑO (pts del año 2001) CURSO: DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEÑAS POBLACIONES (ON LINE)

NIVEL

POBLACIÓN

SISTEMAS Fangos activos

3

Lechos bacterianos C.B.R. Aireación

prolongada

fangos activos Lechos bacterianos

Laguna aireada-C.B.R. Lagunaje Lagunaje

200

1.000

2.000

5.000

10.000

20.000

50.000

-

-

-

4.55

3,674

3,26

2,806

2,355

-

-

-

3,375

2,7

2,356

2,081

1,8124

-

-

-

3,75

3,1

2,712

2,3405

1,9624

-

-

-

2,8

2,25

1,962

1,7375

1,51

-

3,65

2,41

1,95

1,45

1,212

1,056

0,905

2,3

1,8

1,21

1

0,6

0.5

-

completo facultativo

Escorrentía superficial 2

100

Infiltración rápida Filtro verde Lechos de turba Fosa séptica Tanque Decantador

Imhoff digestor

0,724

Decantador1º Laguna anaerobia

0

Pretratamiento

1,1

0,85

0,6

0,485

-

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

-

Página 41

-

-

CURSO: DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEÑAS POBLACIONES (ON LINE)

f) Rendimientos. De forma global en los sistemas de aplicación al terreno, tanto superficial como subsuperficial, se alcanzan los niveles más altos de rendimientos en la depuración de aguas residuales, y como sabemos en los tratamientos previos (fosa séptica, tanque Imhoff) se obtienen los rendimientos más bajos. ƒ

DQO, DBO: Los tratamientos de aplicación subsuperficial, son los que presentan mejor rendimiento, con valores medios que oscilan entre 78 y 94 %, y los que presentan menor rendimiento son los tratamientos previos, con valores medios que oscilan entre 39 y 43 %. El resto de los sistemas presentan valores medios que oscilan entre 75 y 80 %.

ƒ

SS: En los tratamientos primarios se obtienen los niveles más bajos de rendimiento en eliminación de SS, con un valor medio de 63 %, y en filtros verdes se consiguen los más altos, con valores comprendidos entre 92 y 99 %.

Para

el resto de los sistemas se obtiene una eliminación de SS media del 80%. ƒ

Nt, Pt: Los mayores rendimientos en la eliminación de nutrientes se obtienen con los sistemas de aplicación superficial. Con filtros verdes pueden alcanzarse rendimientos del 90%. Los niveles más bajos se obtienen con los tratamientos primarios y de lagunaje. Los procesos biopelícula y convencionales ocupan una situación intermedia, salvo los procesos de baja carga y fisicoquímico donde se alcanzan altos porcentajes (90%) de nitrificación y eliminación de fósforo (90%) respectivamente.

ƒ

Coliformes: En lagunaje y aplicación al terreno, tanto superficial como subsuperficial se alcanzan los rendimientos más altos, con valores que superan el 99 %.

Seguidamente presentamos los rendimientos alcanzados por cada uno de los sistemas según varias fuentes: Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 42

CURSO: DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEÑAS POBLACIONES (ON LINE)

SISTEMA

DBO5 DQO

SS

P

N

NOTA

Fosa séptica

10-50

-

40-50

-

-

4

Tanque Imhoff

25-60

-

60-70

-

-

5

Decantador-digestor

30-60

-

65-75

-

-

5

Decantador primario

10-40

-

60-70

-

-

5

Lechos de turba

80-85 80-85 90-95 30-40 50-60

8

Filtro verde

90-95 90-95 95-99 85-90 90-95

9

Infiltración rápida

90-95 70-80 90-95 25-40 90-95

9

Escorrentía superficial 90-95 60-70 70-80 20-30 45-50

9

Laguna aireada

7

75-85 75-85 70-90 15-45 10-40

Laguna aerobia

-

-

-

-

-

7

Laguna anaerobia

-

-

-

-

-

5

Laguna facultativa

70-85 70-85 60-80 15-40 55-80

7

Lagunaje completo

80-95 80-95 70-90 40-60 55-85

8

C.B.R.

80-90 80-90 70-80 20-25 40-50

9

Lechos bacterianos

70-80 70-90 90-99 10-20 20-55

9

Oxidación prolongada 80-90 80-90 90-95 15-20 30-40

9

F.A. convencionales

10

80-95 85-95 90-99 10-20 15-40

g) Estabilidad. De forma global los más estables son los procesos de aplicación al terreno, procesos biopelícula y tratamientos convencionales. Los más inestables son los tratamientos primarios y los sistemas de lagunajes. La estabilidad respecto de la temperatura se analiza en función de su incidencia sobre el grado de depuración, siendo el lagunaje el proceso más sensible a sus efectos en el rendimiento, debido a las características propias del sistema. Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 43

CURSO: DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEÑAS POBLACIONES (ON LINE)

Los sistemas que mejor calidad del efluente mantienen en forma permanente, son los procesos de aplicación al terreno. Los de peor calidad son los tratamientos primarios, lagunaje y físico-químico. Los procesos biopelícula y tratamiento convencional mantienen una situación intermedia. Los más estables frente a las variaciones de caudal son una vez más los sistemas de aplicación al terreno. También resultan muy estables en este punto los procesos de lagunaje. Los procesos biopelícula y convencional ocupan una situación intermedia.

Variación

Efectos

Turbidez

temperatura

efluente

Fosa séptica

3

1

2

6

1

Tanque Imhoff

4

1

3

8

1

Decantador-digestor

4

2

4

10

2

SISTEMA

caudal-

TOTAL NOTA

carga

Decantador primario

2

Lechos de turba

8

5

5

18

5

Filtro verde

3

10

10

33

10

Infiltración rápida

6

10

10

26

8

Escorrentía superficial

10

3

10

23

7

Laguna aireada

3

2

10

15

3

Laguna aerobia

3

1

10

14

3

Laguna anaerobia

3

3

10

16

3

Laguna facultativa

3

3

10

16

3

Lagunaje completo

3

2

10

15

3

C.B.R.

5

5

10

20

6

Lechos bacterianos

5

5

5

15

3

Oxidación prolongada

5

3

10

18

5

F.A. convencionales

5

4

9

18

5

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 44

CURSO: DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEÑAS POBLACIONES (ON LINE)

h) Impacto ambiental. La recopilación bibliográfica ha sido la fuente principal de la valoración numérica que se ha obtenido para cada variable. La manera adecuada de obtener un resultado fiable, es mediante el estudio pormenorizado de cada caso en particular. Los sistemas que presentan mejor integración paisajística son los procesos de lagunaje, algunos sistemas de aplicación superficial (lechos de juncos, tratamientos previos (enterrados) y los procesos de aplicación subsuperficial, salvo los filtros intermitentes de arena. Los sistemas que presentan peor integración en el medio natural son los intensivos.

Riesgos Efectos SISTEMA

Olores Ruidos Insectos Integración

de

en el

salud

suelo

TOTAL NOTA

Fosa séptica

2

10

8

10

4

8

42

7

Tanque Imhoff

2

10

8

10

4

8

42

7

2

10

8

10

4

8

42

7

2

10

5

7

6

8

38

5

5

10

5

7

7

10

44

8

2

10

2

7

7

5

33

2

2

10

5

7

4

2

30

1

5

10

5

7

4

2

33

2

7

2

5

7

7

5

34

3

5

10

5

7

7

5

39

5

Decantadordigestor Decantador primario Lechos turba Filtro verde Infiltración rápida Escorrentía superficial Laguna aireada Laguna

de

Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 45

CURSO: DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEÑAS POBLACIONES (ON LINE)

Riesgos Efectos SISTEMA

Olores Ruidos Insectos Integración

de

en el

salud

suelo

TOTAL NOTA

aerobia Laguna anaerobia Laguna facultativa Lagunaje completo C.B.R. Lechos bacterianos Oxidación prolongada F.A. convencionales

2

10

5

7

4

5

33

2

5

10

5

7

7

5

39

5

3

10

5

7

6

5

36

4

8

9

10

4

10

10

51

10

8

9

8

4

10

10

49

10

8

2

10

4

10

10

44

8

8

2

10

4

10

10

44

8

i) Producción de fangos. La producción y tratamiento de los lodos en un proceso de depuración de aguas residuales, muchas veces absorbe una gran parte de los costos de explotación, por lo que deben considerase prioritarios aquellos sistemas donde la producción de fangos sea menor. Los sistemas de aplicación al terreno, tanto superficial como subsuperficial, tienen una producción de fangos nula o casi nula, aunque no deben olvidarse los que se producen en los tratamientos previos a su aplicación. Los sistemas donde se produce la mayor cantidad de fangos son la aireación prolongada y, sobretodo, el tratamiento físico-químico (6-25 hm3 AR). En tratamientos previos (fosa séptica y tanque Imhoff), la producción es similar a la de los sistemas de lagunaje, si bien estos últimos presentan la ventaja, debido a Tema 3: Aspectos específicos a tener en cuenta en el diseño de sistemas de depuración para pequeñas poblaciones

Página 46

CURSO: DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEÑAS POBLACIONES (ON LINE)

sus grandes dimensiones, de almacenar los fangos producidos en el tiempo, llegándose a su mineralización y evacuación posterior cada cierto número de años. En los procesos biopelícula, la producción es inferior a la que se obtiene en los tratamientos convencionales y algo mayor que en los tratamientos previos y lagunaje.

SISTEMA

Producción de fangos(l/m3)

Recogida

NOTA

Fosa séptica

0.9-2

Anual

9

Tanque Imhoff

1.5-2

6 meses

7

Decantador-digestor

-

6 meses

9

Decantador primario

2.5

< 6 meses

4

0.5-1

>1 año

10

no

no

10

-

< 6 meses

9

no

no

10

Laguna aireada

1-2.5