Diseño del sistema de alcantarillado sanitario y planta de tratamiento de aguas residuales (página 3)
La sensibilidad de los agentes implicados, de la
administración y de la población general y la
consiguiente disposición a intervenir.
La percepción del problema por parte de la
población afectada, es decir la sensibilidad ante el
impacto, así como la disposición a participar
en la solución al problema.
La relación directa o indirecta con otros
impactos, incluyendo los posibles efectos de
sinergia.
Las posibilidades de intervención sobre
causas, efectos, manifestación, agentes,
población, etc. Y de carácter preventivo,
curativo o compensatorio.
La urgencia o prioridad con que se desea
intervenir.
El nivel de responsabilidad o administrativo
más adecuado para su resolución y control,
siempre de acuerdo con el principio de subsidiariedad, que
indica como los problemas deben tratarse al nivel de
responsabilidad más bajo posible, y solo deben
intervenir el nivel superior cuando no lo haga el
inferior.
Los objetivos a cubrir en su tratamiento preventivo
o correctivo, dentro del principio de mejora continua y
progresiva, es decir según la espiral de mejora que
marca uno de los principios básicos de gestión
ambiental: la gestión debe plantearse objetivos
concretos, limitados y alcanzables y, una vez conseguidos,
plantearse otros más ambiciosos.
Estudio de Impacto Ambiental
Es la actividad diseñada para identificar,
predecir y controlar la modificación de los componentes
biológico-físicos y socioeconómicos del
medio ambiente para interpretar y comunicar información
acerca de los impactos, así como la forma de atenuar o
minimizar los impactos adversos. Estos estudios son una
herramienta para la toma de decisiones en la etapa de
planeación y permiten seleccionar de las alternativas de
un proyecto la que ofrezca los mejores beneficios tanto
ambientales como socioeconómicos. El estudio tiene que
irse dando durante todo el proceso de construcción, el
cual puede ser idealizado con anticipación a la
realización de la obra, lo que implica: planificar,
programar, organizar, controlar y tomar medidas de
mitigación de toda la obra para saber que prejuicios se
pueden presentar sin ser tan impredecibles.
Metodología General para la
realización de una Evaluación de Impacto
Ambiental
Método de Identificación de
Alternativa
Los basados en los trabajos de los técnicos,
en esta se encuentran todos los métodos basados en
transparencia y sistema de evaluación
geográfica.Los basados en la participación
pública, el público afectado puede aportar
soluciones que a veces se les puede escapar a los
técnicos, por demasiados sencillos y
novedosos.
Generalmente los métodos de identificación
de alternativas se han utilizado sobre todo para localizar los
lugares más adecuados para instalar un proyecto puntual o
proyectos lineales como la localización de una planta de
tratamiento de agua residual.
Métodos de Evaluación de
Impacto
Se utilizan para poner un valor a cada impacto y al
impacto total de cada alternativa del proyecto, de forma que se
puedan comparar alternativas diferentes. Los métodos
más comunes son: Matriz de Leopold, método
Battelle-Columbus, Método Galleta, Análisis
energético McAllister, Matriz de Importancia,
etc.
Documentación de Evaluación de Impacto
Ambiental
Memoria – Resumen
Se incluye una descripción detallada de las
distintas alternativas del proyecto y sus posibles
localizaciones. Deberá llevar los recursos utilizados
tanto en la fase del proyecto, establecimiento y
funcionamiento.
Diseño
metodológico
La metodología empleada para el diseño de
este sistema de alcantarillado responde a la normativa de las
guías técnicas empleadas por el INAA, CEPIS, y el
MARENA (decreto 33-95).
El proyecto fue elaborado en las cuatro etapas
siguientes:
La primera consistió en la recopilación de
todos los estudios básicos ya existentes, realizados por
diferentes Instituciones Nacionales y/o contratadas por la
Alcaldía de Cárdenas, tales como ENACAL, INETER,
INIDE, etc. A su vez se realizó un Estudio
Socio-Económico en el casco urbano de Cárdenas y el
levantamiento topográfico
(Altimétrico-Planimétrico) para la
representación gráfica de la Ciudad.
La segunda se basó en la distribución de
lotes por tramos de tuberías, el cálculo de los
caudales de diseño. El trazado de dos alternativas de
redes de alcantarillado sanitario con su debido cálculo
hidráulico y topográfico así como la
elaboración de sus planos correspondientes en planta y
perfil.
Como tercer proceso se calcularon las distintas
alternativas de sistemas de tratamiento, elaborando sus
respectivos planos y manuales de operación y mantenimiento
para la selección de la más conveniente, acorde con
las características ambientales y socioeconómicas
de la ciudad.
Por último y cuarta etapa, se analizaron los
costos y presupuestos de cada obra así como los impactos
ambientales positivos y negativos que se pudieran generar en la
etapa de construcción y operación del
proyecto.
Estudios Básicos
Para el debido reconocimiento de la zona en estudio, se
obtuvo la información necesaria de los planes de
expansión de viviendas, que tiene propuesto realizar la
alcaldía del municipio para tomar en cuenta el aporte de
estas en el periodo de diseño, se recorrieron los
diferentes ríos de la zona y los posibles sitios donde se
localizara la planta de tratamiento.
Topografía
Se realizó un levantamiento topográfico
(altimétrico y planimétrico) financiado en su
totalidad por la Alcaldía de Cárdenas abarcando el
casco urbano del municipio. Se estableció con un BM
Geodésico ubicado en el Estadio Central de la Ciudad, el
cual quedo debidamente señalizado y está estipulado
por INETER, el levantamiento se realizó con
estación total rodeando la ciudad, cerrando poligonales
cuadra por cuadra hasta finalizar en el Barrio Liberación
al norte con el Lago Cocibolca.
Posteriormente, se realizó un segundo
levantamiento en la zona donde se propuso situar el Sistema de
Tratamiento; este se inició del BM geodésico
establecido anteriormente, en el Estadio Municipal de
Cárdenas y se llevó hasta el terreno de la Planta
de Tratamiento ubicado en el Barrio El Bochinche hacia el
Sur-Este.
Ambos levantamientos topográficos, fueron
procesados y luego representados gráficamente con el
programa AutoCAD CIVIL 3D 2013, en donde se ingresaron los puntos
por sistemas de coordenadas en formato "txt".
Censo Poblacional
Con la finalidad de determinar parámetros
más exactos para el funcionamiento de los sistemas se
realizó un Estudio Socio-Económico de la
población delimitada por el casco urbano del municipio,
este estudio fue financiado por la Alcaldía de
Cárdenas y el documento (Encuesta) proporcionado por la
Empresa Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillado ENACAL,
Managua.
Estudio Poblacional
Periodo de Diseño
Con el objetivo de compensar de una manera
económica las necesidades futuras del municipio, se
fijó un periodo de diseño de 20 años para
todo el sistema, de acuerdo a las "Guías Técnicas
para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de
Tratamiento de Aguas Residuales" del INAA. Obsérvese
Cuadro 19, Apéndice L. ("Periodos de Diseño para
las Estructuras de los Sistemas")
Análisis de Tasa de Crecimiento
Geométrica.
Se hizo una comparación de la tasa de crecimiento
poblacional Departamental, Municipal y Local mediante censos
realizados por INIDE y el Estudio Socio-Económico a fin de
visualizar las tasas de crecimiento entre periodos. La tasa
seleccionada fue del 2.50% por ser la normada en los criterios
fijados por el INAA, los cuales indican:
Ninguna de las localidades tendrá una tasa de
crecimiento urbano mayor de 4%.Ninguna de las localidades tendrá una tasa de
crecimiento urbano menor del 2.5%.Si el promedio de la proyección de
población por los dos métodos presenta una tasa
de crecimiento:
a) Mayor del 4% la población se
proyectará en base al 4% del crecimiento
anual.b) Menor del 2.5% la proyección final se
hará basada en una tasa de crecimiento del
2.5%.c) No menor del 2.5% ni mayor del 4% la
proyección final se hará basada en el promedio
obtenido.
La tasa de crecimiento se calculó con la
ecuación siguiente:
Población de Diseño.
La población de diseño se determinó
proyectando a 20 años el dato de habitantes obtenido en el
Estudio Socio-Económico con una tasa de crecimiento de
2.50%. Los cálculos realizados se muestran en el
Apéndice A-1.
Calculo de Caudales
Consumo Doméstico.
Se decidió tomar como dotación de consumo 150
L/Hab/día ya que fue el valor determinado en el proyecto
de "Mejoramiento y ampliación de los sistemas de Agua
Potable de la localidad de Cárdenas, Rivas" a ejecutarse
en Octubre del año 2012. Obsérvese Cuadro 20,
Apéndice L. ("Dotación de Agua Potable de Consumo
Doméstico para el resto de Ciudades del
País")
Consumo Promedio Diario de Aguas Residuales
Domesticas (Qm).
Se consideró un valor de retorno del 80% para la
relación entre el volumen del agua suministrada y el
volumen de desagüe, rango establecido en Normas
Técnicas de INAA.
Caudal de Infiltración (Qinf)
Como carga de infiltración a la Red de
Alcantarillado Sanitario (RAS) se tomó la especificada en
las normas técnicas de INAA, para tuberías
plásticas es de 2 L/hora/100m de tubería y por cada
25 mm de diámetro.
Caudal Máximo (Qmax).
El gasto máximo de aguas residuales se
calculó utilizando la relación de Harmon
según lo estipulado en guías técnicas de
INAA.
Diseño de la Red de Alcantarillado
Se revisaron dos alternativas de diseño para le
red de recolección:
La primera responde en su mayoría a la
topografía natural del terreno, la colectora principal
está dividida en dos partes: la primera, se dirige de
Oeste a Este iniciando en la entrada al barrio El Bochinche y
finalizando en la última calle paralela a la costa del
Lago, recorriendo la Calle Principal. La otra se dirige de Sur a
Norte paralela a la costa del Lago finalizando en el PVS-1
(Ver Planos 9 y 10) donde se intersecta con la primer
colectora. Las subcolectoras recorren las calles de los barrios
El Bochinche, Liberación y El Progreso de Sur a Norte y de
Norte a Sur hasta evacuar en la colectora Principal.
La segunda alternativa ubica a las colectoras
principales en la misma posición que la primera sin
embargo algunas subcolectoras no obedecen la pendiente del
terreno con el fin de darle al sistema una mejor funcionalidad
hidráulica.
El diseño se realizó mediante la
elaboración de tablas de cálculos en EXCELL y
mediante el programa CIVIL CAD.
Red de Recolección.
El sistema de Alcantarillado Sanitario es de tipo
separado, es decir. Solamente recolecta y conduce las aguas
residuales domesticas del casco urbano y por ningún motivo
se descargaran aguas pluviales en el sistema. La red de
recolección se diseñó utilizando el sistema
convencional, la que drenara por gravedad hasta el final de la
Avenida Principal con la costa del lago Cocibolca y luego a
través de una estación de bombeo se impulsara el
agua al sistema de tratamiento ubicado paralelamente al
depósito de desechos sólidos del
municipio.
Hidráulica de las Alcantarillas.
Formula y Coeficiente de Rugosidad.
El cálculo hidráulico de las alcantarillas
se hizo en base a la fórmula de Manning, usando el
coeficiente de rugosidad "n" (de 0.009 para tuberías de
Polietileno o PVC), considerando las pérdidas de cargas
debidas a conexiones, pozos de visitas, desechos y lodos
cloacales. La fórmula de Manning se muestra a
continuación:
Obsérvese Cuadro 21, Apéndice L.
("Coeficientes de Rugosidad de Manning para Tuberías").
Cálculos realizados en Apéndice
C-1.
Tirante de Agua
El tirante máximo utilizado fue del 80% y el
mínimo del 20% del diámetro de la
tubería.
Velocidades Mínimas y
Máximas
La velocidad máxima permisible fue de 3.0 m/s y
de 0.30 m/s como mínimo. Las redes de alcantarillados se
diseñan para transportar los desperdicios suspendidos en
el agua con una velocidad mínima de 0.30 m/s se puede
prevenir la sedimentación de lodos y material
liviano.
Diámetro Mínimo.
El diámetro mínimo de las tuberías
seleccionado fue de 150 mm (6").
Pendiente Longitudinal Mínima.
La pendiente longitudinal mínima se
determinó en aquellas que produjeron las velocidades
mínimas de auto lavado. Aplicando el criterio de la
Tensión de Arrastre, según la siguiente
ecuación:
Pérdida de Carga Adicional.
Para todo cambio de alineación sea horizontal o
vertical se incluyó una pérdida de carga igual a
entre la entrada y
la salida del pozo de visita sanitario (PVS) correspondiente y no
siendo en ninguno de los casos, menor de 0.03 m. Según
Normas Técnicas INAA.
Cambio de Diámetro
El diámetro de tubería salida de cada pozo
siempre fue igual, que el diámetro de tubería de
tramos aguas arriba.
Ángulos entre Tuberías.
En todos los pozos de visita, el ángulo formado
por la tubería de entrada y la tubería de salida
fue como mínimo de 90º y máximo de 270º
medido en sentido del movimiento de las agujas del reloj y
partiendo de la tubería de entrada.
Coberturas sobre Tuberías.
Para el diseño de tuberías se
utilizó una cobertura mínima sobre la corona de
1.20 m en toda su totalidad.
Ubicación de las Alcantarillas.
Se ubicaron en costado Norte de las vías de
circulación dirigidas de Este a Oeste y en las vías
de circulación dirigidas de Norte a Sur en el costado
Oeste.
Ubicación de los Pozos de Visitas Sanitarios
(PVS).
Fueron ubicados por cada cambio horizontal y vertical
que hubiera de tubería con una separación
máxima de 100 m. Según Normas Técnicas de
INAA. Obsérvese Cuadro 22, Apéndice L.
("Distancia Máxima entre Pozos de Visita
Sanitarios")
Conexiones Domiciliares.
Todas las conexiones serán de PVC de 100 mm (4")
de diámetro, comenzando en la caja de registro de cada
vivienda y luego acoplándose a la alcantarilla de 6" de
diámetro que pasara por su respectivas calle o
avenida.
Diseño del Sistema de Tratamiento
Se diseñaron tres alternativas de tratamiento
basadas en procesos naturales que no ameritan consumo de
energía eléctrica, que tuvieran un alto nivel de
descomposición de la materia orgánica, que fueran
de fácil manejo en la operación y mantenimiento y
que tuvieran un bajo costo total por encontrarse en un poblado de
escasos recursos económicos.
Sistema de Tratamientos | |||||||||||||||||||||||||
Alternativas | |||||||||||||||||||||||||
1 | Tanque Imhoff + Biofiltro | ||||||||||||||||||||||||
2 | Tanque Imhoff + laguna Facultativa | ||||||||||||||||||||||||
3 | Laguna facultativa primaria + Laguna | ||||||||||||||||||||||||
Cuadro 23. Sistemas de Tratamiento
Propuestos
Fuente: Elaboración
Propia
De las cuales la seleccionada fue la tercera (Laguna
Facultativa Primaria + Laguna Aerobia Secundaria), al resultar
como la mejor propuesta
técnica-económica.
Como tratamiento preliminar se diseñó un
Canal de Entrada, una Reja de barras de limpieza manual, un
Desarenador de flujo horizontal doble en paralelo y un Canal
Medidor de Caudal Parshall; este tiene el objetivo de conducir
las aguas a los procesos de tratamiento posteriores.
Rejas
Se diseñaron según parámetros en
Normas Técnicas de INAA. Obsérvese Cuadro 24,
Apéndice L. ("Información Típica para el
Diseño de Rejillas de Barras")
Velocidad máxima y media del canal antes de
llegar a las rejas
Los cálculos realizados para el diseño de
las Rejas de Limpieza Manual se observan en el
Apéndice E-1-2.
Desarenador
Se diseñó según Normas
Técnicas de INAA. Obsérvese Cuadro 25,
Apéndice L. ("Información Típica para el
Diseño de Desarenadores de Flujo
Horizontal").
Diámetro de partículas
Mayores de 0.20 mm con una velocidad de
sedimentación de 0.021 m/s, valor utilizado según
el cuadro de Velocidades de Sedimentación de
Partículas de La OPS/CEPIS. Obsérvese Cuadro
26, Apéndice L. ("Velocidades de sedimentación de
Partículas")
Cantidad de material retenido
Por cada metro cubico de agua residual que fluye por el
desarenador se consideró que habrá un
depósito de 0.029 lt de sedimento en la tolva,
según normas del CEPIS.
Volumen sedimentado
Los cálculos realizados para el diseño del
Desarenador se observan en el Apéndice
E-1-3.
Medidor de Caudal Parshall
Las fórmulas usadas para la verificación
de la velocidad y el tipo de flujo que atraviesa el Medidor
Parshall se encuentran especificadas y detalladas en el
Apéndice E-1-4.
Laguna Facultativa Primaria
Los criterios tomados para el dimensionamiento de la
Laguna Facultativa Primaria fueron los recomendados por INAA en
la Guía Técnica para el diseño de
Alcantarillado Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas
Residuales. Los cálculos hidráulicos se observan en
el Apéndice F-1-5. ("Laguna Facultativa
Primaria").
Laguna Aerobia Secundaria
La Laguna Aerobia Secundaria se dimensiono para alcanzar
la remoción bacterial de acuerdo a los criterios de
calidad exigidos (Decreto 33-95 MARENA). Luego a este
diseño se le comprobó su eficiencia mediante el
cálculo de Coliformes Fecales esperados, el cual
debía ser inferior a los 1.0E+03 NMP/100 ml. Cabe
destacar, que para el dimensionamiento se utilizó la
metodología mostrada en el Apéndice F-1-6
("Laguna Aerobia Secundaria), donde se toman en cuenta la
temperatura del agua y la calidad del afluente que entra a la
Laguna según las Normas Técnicas INAA.
Ubicación del Sistema de
Tratamiento
Los criterios usados para la ubicación se basaron
en la topografía del terreno, el aislamiento de la
población y el área disponible para la
ubicación del sistema.
El sitio seleccionado para la planta de tratamiento fue
el sugerido por la Alcaldía de Cárdenas
aledaño al depósito de desechos sólidos del
Municipio. Esta zona se encuentra ubicada cerca del receptor de
descarga, que es el río Tirurí; es lo
suficientemente espaciosa y la topografía es bastante
regular.
Criterios de Selección del Sistema de
Tratamiento
En el Cuadro 31 de la Sección
3.9.4 de este documento, se muestra una tabla con valores
que van del uno al cinco y que representan la eficiencia del
sistema, siendo el cinco el valor de mayor puntaje; el promedio
total de los criterios evaluados de cada una de las alternativas
muestra la posibilidad de ser la mejor entre ellas y ser la
seleccionada, notándose de mejor manera en la
ilustración 10, donde se evidencia cuál de
las alternativas es la más viable.
Estación de Bombeo
La estación de bombeo se consideró
necesaria debido a que la planta de tratamiento se encuentra
ubicada a 19.62 m por encima del nivel de agua del ultimo PVS del
sistema de recolección por gravedad.
La estación de bombeo está constituida por
tres cámaras, en la primera se ubica la Reja, la cual
evitara el paso de material de gran tamaño que pueda
ocasionar daños en las bombas; en la segunda se localizan
las bombas con sus respectivos sensores de encendido y apagado,
esta cámara también es llamada Pozo Cárcamo;
y la última cámara donde se ubican las
válvulas de compuerta y retención, las cuales son
utilizadas para evitar los golpes de ariete y el paso de flujo en
caso de ser necesario.
La bomba a utilizar será de tipo sumergible con
rodete que funcionara dentro del Pozo Cárcamo de 1.00 m de
Largo, 1.00 m de Ancho y 4.73 m de profundidad. Se colocaran dos
bombas en paralelo.
Los criterios y cálculos para determinar el
caudal de bombeo y los tiempos de apagado y encendido de la bomba
se ven reflejados en el Apéndice
G-1-1.
En cuanto a la determinación del diámetro
más económico de impulsión, fue tomado de la
"Guía para el Diseño de Estaciones de Agua Potable"
OPS/CEPIS, pero aumentando las perdidas en un 20% por ser aguas
residuales. Las formulas y criterios correspondientes se observan
en el Apéndice G-1-2.
El diámetro seleccionado mediante el
análisis técnico-económico de la
línea de impulsión fue el de 6", por lo que se
seleccionó mediante asistencia técnica de la
empresa Bombas y Motores S.A. una bomba de 10 HP con una boca de
salida de 6" y una eficiencia de 73%.
Los costos eléctricos unitarios fueron
suministrados por la empresa UNIÓN FENOSA, y los costos de
accesorios y tuberías por la empresa Válvulas y
Filtraciones S.A.
Estudio de Impacto Ambiental
Se elaboró una lista de los impactos ambientales
que se podrían presentar durante la construcción y
la operación del sistema; luego por medio de la matriz de
importancia Vicente Conesa en 1995 y modificada por Milán
en 1998, se dieron valores a cada uno de los impactos
según su comportamiento durante todo el periodo de la
obra, tales como: intensidad, extensión, persistencia,
etc. Hasta obtener un valor de importancia negativo o positivo,
los cuales representarían un beneficio o un perjuicio de
la actividad sobre el medio, respectivamente. Los valores dados
por la matriz de importancia se ven representados por medio de un
gráfico de área en donde se visualiza las
áreas negativas y positivas resultantes. La cual muestra
en síntesis que la etapa perjudicial del proyecto es la
etapa constructiva (Ver Apéndice I-1).
Análisis
de resultados de alternativas
Se evaluaron dos alternativas para la red de
recolección, ambas funcionaran por gravedad hasta la
estación de bombeo ubicada en la zona central del casco
urbano donde convergen las dos colectoras principales que drenan
de Oeste-Este y Sur-Norte, desde donde se impulsara hasta la
planta de tratamiento de aguas residuales.
Se espera que el Caudal Total que recolecten estas redes
sea de 6.98 lt/seg para una población de 1,634 habitantes
para un periodo de 20 años.
El diseño de las redes es de tipo Convencional
Separado utilizando tubería PVC –SDR 41 de 6" de
diámetro en su totalidad.
El resumen y comparación de los resultados de
cada alternativa se describen en el cuadro siguiente:
DESCRIPCIÓN | UNIDAD | ALTERNATIVA I | ALTERNATIVA II | |||||
PVS | und | 80.00 | 80.00 | |||||
Caídas en PVS | m | 28.93 | 26.02 | |||||
PVC 6" | m | 5,270.04 | 5,270.04 | |||||
Conexiones Domiciliares cortas (0.00 | und | 215.00 | 212.00 | |||||
Conexiones Domiciliares largas (3.50 | und | 53.00 | 56.00 | |||||
Pendiente Mínima | % | 0.30 | 0.30 | |||||
Pendiente Máxima | % | 6.38 | 6.38 | |||||
Pendiente Promedio | % | 0.93 | 0.93 | |||||
Velocidad Mínima | m/seg | 0.30 | 0.11 | |||||
Velocidad Máxima | m/seg | 1.00 | 1.10 | |||||
Velocidad Promedio | m/seg | 0.31 | 0.28 | |||||
Profundidad Mínima | m | 1.35 | 1.35 | |||||
Profundidad Máxima | m | 3.88 | 4.45 | |||||
Profundidad Promedio | m | 1.90 | 2.00 | |||||
Excavación, Relleno y | m3 | 10,099.82 | 10,398.63 | |||||
Costos de Inversión | C$ | 19,459,367.89 | 19,749,790.04 | |||||
Cuadro 28. Resumen y
Comparación de Redes de Alcantarillado
Fuente: Elaboración
Propia
Análisis de Alternativas de las Redes de
Alcantarillado
Alternativa 1
Esta red, está compuesta por dos colectoras
principales: la primera, en dirección Oeste-Este colecta
las aguas residuales provenientes de las Sub-Colectoras del
Barrio El Bochinche, El Progreso y algunas del barrio
Liberación, se encuentra ubicada en la Calle Principal
(Ver Planos 9 y 10); la segunda, en dirección
Sur-Norte colectara las aguas residuales de algunas
Sub-Colectoras del barrio El Progreso y a su vez se
diseñó para colectar las aguas residuales de 90
Lotes de planificación urbanística al Sur-Este del
casco urbano, esta se encuentra ubicada en la Avenida #2 Este.
Ambas Colectoras convergen en el PVS-1, es decir a la
estación de bombeo.
Las Sub-Colectoras divididas por la Calle Principal
drenan el agua de Sur a Norte y de Norte a Sur hacia la Colectora
Principal que recorre esta vía hacia el PVS-1. Esta
Alternativa corresponde a un diseño donde se pretende
aprovechar las pendientes naturales del terreno con la finalidad
de reducir los costos por movimientos de tierra.
Alternativa 2
Con similitudes a la Alternativa 1, en la
ubicación de las Colectoras Principales, se diferencia de
la misma en que el trazado de sus Sub-Colectoras no responde a la
pendiente del terreno en algunos casos con el fin de otorgarles
mayor funcionalidad hidráulica a algunos tramos de
tuberías. La ubicación de las Sub-Colectoras es
más ordenada ya que estas se ubican de forma perpendicular
a la Calle Principal. Las interconecciones se ubican de la misma
manera que en la Alternativa 1.
Selección de Alternativa de la Red de
Alcantarillado
Como se puede observar en el Cuadro 28, ambas
alternativas cumplen y están dentro de los rangos
recomendados por INAA, sin embargo, se seleccionó una de
ellas basados en la economía de la ciudad y en la mejor
funcionalidad hidráulica.
La alternativa seleccionada fue la Primera ya
que, tiene un costo de C$ 290,422.15 menor que la segunda
y otorga la mayor funcionalidad hidráulica al
sistema.
Análisis de Alternativas de los Sistemas de
Tratamiento
Debido a que Cárdenas es un poblado de escasos
recursos se optó por sistemas de tratamiento que
implicaran los menores costos de inversión y mantenimiento
y que fueran de procesos naturales.
Las alternativas propuestas fueron tres, siendo la
primera y la tercera compuestas por un tratamiento primario y
secundario, en cambio la alternativa dos cuentan con un
tratamiento terciario. Las tres alternativas propuestas poseen un
pre-tratamiento.
El pre-tratamiento en las tres alternativas está
constituido por un canal de concreto reforzado de 0.30 m de ancho
con una altura total de 0.50 m seguido de una reja ubicada dentro
del primer tramo del canal con una inclinación de 45°
con respecto a la horizontal y separación de 5 cm entre
barras de ½" pulgada de espesor. Luego el flujo es
conducido hacia un desarenador doble de concreto reforzado con un
ancho y una altura igual a la del canal de entrada, pero con un
deposito por debajo del nivel del canal de 0.60 m de
profundidad.
A continuación se ubica un canal para
medición de caudal de tipo Parshall diseñado con un
ancho de garganta de 6" en el tramo convergente y dos
piezómetros en la entrada y la salida.
El resumen y comparación de resultados de las
tres Alternativas de Tratamiento se presenta en los Cuadro
29 y 30 respectivamente:
Cuadro 29. Dimensiones y Costo de los
Sistemas de Tratamiento
Fuente: Elaboración
Propia
Cuadro 30. Eficiencia de los Sistemas
de Tratamiento
Fuente: Elaboración
Propia
Alternativa 1
Esta alternativa consiste en un Canal de Entrada, una
Reja de limpieza manual, un Desarenador doble y un Canal para
medición de caudal del tipo Parshall, todos estos como
parte del pre-tratamiento el cual se incluirá en todas las
alternativas de tratamiento propuestas.
El sistema propuesto en esta alternativa consiste en un
Tanque Imhoff como tratamiento primario con un lecho de secado y
dos Biofiltros de flujo sub-superficial como tratamiento
secundario.
El tanque Imhoff consta de dos cámaras de
sedimentación y una de digestión con una capacidad
de almacenamiento de lodos de por lo menos 30 días. Posee,
a su vez un lecho de secado para soportar la descarga de lodos
mensualmente, cuyas dimensiones son 2.50 m por 4.90 m con una
capacidad de 4.90 m3 con paredes de mampostería, con un
lecho filtrante compuesto de varias capas, la primera de ladrillo
cuarterón con juntas separadas de 1 cm de arena suelta; la
segunda de grava y por ultimo un piso de cemento que se apoya
sobre una base de hormigón pobre. Su dimensionamiento se
observa en el Apéndice F-1-1.
El sistema de Biofiltro se encuentra dividido en dos
unidades de 25 m de ancho por 75 m de largo de manera que se le
pueda realizar el mantenimiento operacional a uno mientras el
otro se encuentra en funcionamiento. La pendiente longitudinal es
de 0.50% que permitirá un buen drenaje sin provocar
grandes profundidades a la salida del Biofiltro para evitar un
comportamiento anaerobio. El material de relleno del lecho
filtrante es de hormigón rojo con una conductividad
hidráulica de 8000 m/día, y de piedrín en la
entrada y salida de cada unidad. El tipo de vegetación
seleccionada fue el Césped de Caña (Phragmites
Australis) por ser, según estadísticas, el que
aporta mayor cantidad de oxígeno, además posee un
alto nivel de evapotranspiración. Su dimensionamiento se
observa en el Apéndice F-1-2.
Alternativa 2
Esta alternativa consiste en el mismo sistema de
pre-tratamiento y tratamiento primario de la alternativa 1, pero
la utilización de una Laguna facultativa como tratamiento
secundario y una Laguna Aerobia como tratamiento terciario. Sus
dimensiones se ven reflejadas en el Apéndice F-1-1,
F-1-3 y F-1-4.
El efluente final de esta alternativa de tratamiento
cumple con las normas de saneamiento según Decreto 33-95
MARENA, sin embargo la calidad de la misma es inferior a la de la
primera alternativa, sin considerar que este sistema emite malos
olores y es criadero de mosquitos que pudieran afectar a
pobladores cercanos al sistema.
Alternativa 3
Consiste en un sistema de tratamiento primario de dos
Lagunas facultativas y un tratamiento secundario de dos Lagunas
Aerobias. El efluente final cumple con el Decreto 33-95 MARENA,
sin embargo generara al igual que la segunda alternativa malos
olores y criadero de mosquitos.
El dimensionamiento de los sistemas se observa detallado
en al Apéndice F-1-5 y F-1-6.
Criterios de Selección del Sistema de
Tratamiento
Para determinar la mejor alternativa se realizó
una lista de criterios evaluados subjetivamente con valores del 1
al 5, siendo 5 el puntaje máximo y 1 el puntaje
mínimo. El mayor del promedio de evaluación para de
cada sistema refleja cuál de estos es el más
conveniente.
Cuadro 31. Matriz de
Evaluación de los Sistemas de Tratamiento
Fuente: Elaboración
Propia
Ilustración 10.
Calificación Final de los Sistemas de
Tratamiento
Fuente: Elaboración
Propia
Selección de Alternativa del Sistema de
Tratamiento
Como se puede observar en la evaluación de los
sistemas de tratamiento se seleccionó la alternativa 3 ya
que se presenta como la más viable por el hecho de ser
eficiente en términos sanitarios y la de menor costo entre
las alternativas evaluadas.
Alternativa Seleccionada
La alternativa seleccionada consiste básicamente
en un sistema de pre-tratamiento, un tratamiento primario y un
secundario, sus componentes son:
Tratamiento Preliminar y Elementos
Hidráulicos Secundarios
Canal de Entrada
El Canal tiene una longitud total de 6.00 m con un ancho
de 0.30 m y una altura de 0.50 m, tienen la capacidad de conducir
el caudal de diseño (6.98 lts/seg) a una velocidad media
de 0.46 m/seg, la cual no permite que se formen sedimentos en el
fondo del canal, y a la vez evita turbulencia junto a las
barras.
Rejas de Limpieza Manual
Es de limpieza manual con el mismo ancho y alto del
canal y una inclinación de 45° con respecto a la
horizontal, la velocidad de paso es de 0.83 m/seg y la perdida es
de tan solo 0.0034 m muy por debajo de 0.15 m que es lo
máximo permisible, todo esto usando barras de
½".
Desarenador
Se encuentra 1.00 m después de la Reja, es de
1.68 m de largo, 0.30 m de ancho y una profundidad total de 0.98
m, cabe mencionar que son dos unidades paralelas que funcionan
para sedimentar el material mayor de 20 mm de las aguas que pasan
a una velocidad promedio de 0.30 m/seg. El tiempo de
retención de los sedimentos es de 15 días esperando
un volumen de tolva de 0.30 m3 para el caudal de
diseño.
Medidor de Caudal Parshall
El medidor seleccionado tiene un ancho nominal de W= 6",
es de concreto reforzado y lleva una velocidad promedio de 0.28
m/seg a través del tramo contraído presentando un
régimen supercrítico, que evitara la
sedimentación de material. Este se localiza después
del desarenador a una distancia de 0.70 m y justo antes de la
entrada a la Laguna Facultativa a una distancia de 7.00
m.
Cajas
Estas son construidas con el fin de recolectar y
distribuir uniformemente el caudal a cada unidad del sistema de
tratamiento. El número de cajas es de 8, distribuidas y
dimensionadas de la siguiente manera:
– 1 caja de 1.0 m x 1.0 m x 1.2 m, la cual está
colocada al inicio del canal de distribución en el
pretratamiento y recolecta todas las aguas provenientes de la
Estación de Bombeo, y posee en su interior una pantalla
reductora de velocidad del flujo.
– 1 caja de 1.0 m x 1.0 m x 1.07 m colocada a la salida
del Canal Parshall y conduce el caudal a través de una
manguera flexible de 6" hacia la caja de distribución de
las lagunas Facultativas.
– 2 cajas de 1.0 m x 1.0 m x 1.07 m, distribuyen el agua
uniformemente en las lagunas y se encuentra a la entrada de las
Lagunas Facultativas y a la entrada de las Lagunas
Aerobias.
– 2 cajas de 0.80 m x 0.80 m x 0.80 m, cada una ubicada
en la salida de las Lagunas Facultativas y las Lagunas
Aerobias.
– 1 caja de 0.80 m x 0.80 m x 0.80 m, ubicada 25 m
después de la caja recolectora final de la planta de
tratamiento desde donde se llevara por medio de una
tubería de PVC de 6" a la disposición
final.
Para mayor detalle la ubicación de cada una de
estas cajas (Ver Plano 19).
Mangueras de Distribución y
Recolección
Las mangueras a utilizar en el sistema de tratamiento
serán corrugadas de poliducto flexibles con un
diámetro de 6" y colocadas sobre una zanja de
sección transversal de 0.15 m por 0.20 m y protegidas en
la parte superior por rejas de hierro de 6/8" con separaciones de
1" que van a lo largo de la zanja.
Tratamiento Primario
Lagunas Facultativas
Como se logra ver, los porcentajes estimados de
remoción de DBO5 y Coliformes fecales fueron bajos, esto
debido a recomendaciones basadas en experiencias sobre
estructuras de este tipo en Nicaragua, dando entonces un efluente
de 23.96 mg/DBO5 y 6.95E+04 de Coliformes Fecales, pasando
posteriormente a un tratamiento secundario. Las dimensiones y
tiempo de retención de esta obra se encuentran más
detallados en el Apéndice F-1-5.
Tratamiento Secundario
Lagunas Aerobias
Para el tratamiento secundario los resultados del
efluente fueron de 11.83 mg/DBO5 y 3.10E+01 de Coliformes
Fecales, cumpliendo con la calidad solicitada por el decreto
33-95 de MARENA.
Las dimensiones y tiempo de retención de esta
obra se encuentran más detallados en el
Apéndice F-1-6.
Diagnóstico de Impacto Ambiental
En los gráficos mostrados en el
Apéndice I-3 e I-4 se puede observar los valores
de Impacto Ambiental tanto en la etapa de construcción
como en la etapa de operación mediante el área de
influencia que indica si el conjunto de impactos es en su
mayoría positivo o negativo en dicha etapa.
Resultados del Impacto en la Etapa de
Construcción
De acuerdo a la matriz de valoración, el balance
en esta etapa resulta ser negativo, debido a actividades como los
movimientos de tierra, ya que es necesario zanjear todas las
calles de los tres barrios a intervenir para instalar las
tuberías de recolección, afectando negativamente al
suelo, facilitando la erosión y la perdida de suelo
fértil.
En esta actividad se producen tolvaneras que incrementa
el nivel de partículas en el aire, al mismo tiempo las
maquinarias utilizadas producirán gases de
combustión. Otros factores que afectarán
negativamente son la visibilidad y la estética, ya que se
presentaran obstáculos en las calles y el zanjeo
impedirá el tráfico vehicular. Otro impacto
negativo importante es esta fase son las vibraciones y los
riesgos de seguridad para la población al haber
excavaciones en calles donde transita gente agregando a esto la
maniobrabilidad de equipos pesados.
El impacto positivo en esta etapa son los empleos a
trabajadores y el beneficio a pequeños comerciantes. La
duración de esta fase del proyecto en cuanto a tiempo es
reducida hace que los efectos sean considerados como temporales
implicando su reversibilidad a corto plazo. Lo anterior se puede
evidenciar en el Grafico del Apéndice I-3 que
muestra el balance de los impactos para la etapa de
construcción, en él se aprecia que el mayor peso es
negativo.
Resultados del Impacto en la Etapa de
Operación
En esta fase los impactos negativos de mayor incidencia
son: la disminución de la cantidad de oxígeno
disuelto (OD) contenido en el cuerpo receptor, el incremento de
la demanda bioquímica de oxigeno (DBO) y de la demanda
química de oxigeno (DQO) todo como consecuencia de la
descarga del efluente final al cuerpo receptor. A su vez
encontramos en el análisis, la contaminación por
coliformes fecales, el incremento de nutrientes (fosfatos y
productos nitrogenados) que inciden directamente en los procesos
de eutrofización. Desde el punto de vista positivo, los
principales factores son: La calidad sanitaria del ambiente
local, la calidad de vida de sus pobladores, la salud de la
población, reducción de índices de
morbilidad y mortalidad infantil debido a la correcta
disposición de aguas residuales foco de transmisión
de enfermedades por vectores, etc. Mejora del bienestar social,
plusvalía de la tierra y ampliación de servicios.
En el Grafico del Apéndice I-4 aunque se observa
una buena cantidad de impactos negativos se debe simplemente a
que en el análisis se especificaron parámetros
individuales con el fin de obtener una mayor visión de
cómo se puede perjudicar al cuerpo de agua receptor. Aun
así, los factores positivos sobresalen con respecto a los
negativos llegando a la conclusión de que la obra
significaría un progreso ambiental más que un
retroceso.
Estación de Bombeo
El caudal de bombeo es de 7.68 lts/seg asumiendo que el
factor de aumento es del 10% con respecto al caudal de
diseño que llega al último pozo de la red. Se
estima que el tiempo máximo de retención dentro del
pozo cárcamo es de 26.76 min, por debajo de los 30 min,
esto significa bajas posibilidades de sedimentación del
agua en el pozo. El número de ciclos máximos que se
espera por hora es de 3.14, por debajo de lo recomendado (12
ciclos/hr). La altura estática que hay entre el nivel de
agua mínimo en el pozo cárcamo y la caja de
descarga en el pre-tratamiento fue de 19.62 m. La tubería
de impulsión es de SDR-26 ASTM 2241, la cual es capaz de
soportar la presión de trabajo que se le
impone.
La estación se ubicó inmediatamente
después del último pozo de visita PVS-1 y sus
dimensiones son las siguientes:
La cámara del canal de entrada y las rejas es
de 2.5 m de largo, 2.36 de ancho y 3.906 de alto. En esta
cámara se colocaron peldaños de acero que dan
fácil acceso para su inspección y
mantenimiento.El pozo cárcamo es internamente de 1 m de
largo, 1 m de ancho y 4.64 de profundidad.La estación, además, cuenta con una
cámara de válvulas ubicada en la parte superior
del pozo cárcamo con dimensiones de 1.60 de ancho,
1.90 de largo y 2 m de altura. La estación cuenta con
dos válvulas de retención y dos de compuerta,
ambas de 6" colocadas una detrás de otra en las dos
tuberías de impulsión, ósea primero la
de retención y luego la válvula de compuerta
para cada tubería.
Costo y Presupuesto de Obras
El Costo y Presupuesto de cada una de las obras
diseñadas y presentadas en Alternativas en este documento
se pueden visualizar de mejor manera en el Apéndice
H, resumiendo los costos totales en los Cuadros
H-4, H-10 y H-13.
Cuadro 32. Costo Total del Sistema de
Alcantarillado Sanitario
Fuente: Elaboración
Propia
Conclusiones
1. La red de alcantarillado drenara en su
totalidad por gravedad con una cobertura poblacional del
100%.2. Para un periodo de diseño de 20
años la población servida será de 1634
habitantes y 439 viviendas.3. El caudal de diseño esperado para
este periodo será de 6.98 lts/seg, el caudal medio de
2.27 lts/seg considerando una dotación de agua potable
de 150 lppd.4. Las tuberías de la red de
alcantarillado serán en su totalidad de PVC con
SDR-41. La longitud total de tuberías será de
5,270.04 m y de 6" de diámetro.5. Los pozos de visita sanitarios (PVS) son de
tipo convencional con un total de 80 unidades, de los cuales
18 son con caídas.6. Las pendientes mínimas y
máximas de las tuberías son de 0.30% y 6.38%
respectivamente, permitiendo velocidades de diseño
dentro de los rangos recomendados por el INAA.7. EL sistema de tratamiento será el
propuesto en la alternativa III, la cual se basa en un
pretratamiento, un tratamiento primario (Laguna Facultativa)
y uno secundario (Laguna Aerobia), que se localizara contiguo
al depósito de desechos sólidos del
municipio.8. La calidad del efluente resultante
será de 11.83 mg/lt de DBO5 y 3.10E+01 de Coliformes
Fecales, valores que se encuentran dentro de los
límites establecidos por el MARENA en el Decreto 33-95
para vertidos en cuerpos receptores naturales.9. Se utilizara una estación de bombeo
para impulsar las aguas residuales hasta la ubicación
del sistema de tratamiento a una distancia de 2000 m de la
estación y con una altura estática de 19.64 m,
con dos bombas sumergibles de 10 HP con una boca y
tubería de impulsión de 6" en todo su
trayecto.10. Los impactos ambientales serán
negativos únicamente en la etapa de
construcción debido a las afectaciones que causaran
los movimientos de tierra, la maquinaria pesada, etc. Sin
embargo, en la etapa de operación se evidencia que el
proyecto será beneficioso para la población
desde el punto de vista ambiental, económico, social y
de salud pública.11. El costo total del proyecto será de
C$ 38,032,599.06 equivalentes a US$
1,565,127.53, con un costo per cápita de C$
23,275.76 equivalente a US$ 957.85.
Recomendaciones
1. Se recomienda a la Alcaldía de
Cárdenas buscar los fondos para la realización
del proyecto ya que este tendrá un impacto
significativo en la calidad de vida de la población y
la economía del municipio.2. Integrar en la ejecución de las obras
todas las normas de construcción vigentes del
país tales como RNC – 07, etc. Con la finalidad
de obtener calidad en las estructuras.3. Dar seguimiento a los manuales de
mantenimiento de los sistemas y equipos a cabalidad para
garantizar su correcto funcionamiento.4. Verificar con topografía la
ubicación correcta de los niveles de las
tuberías ya que esto garantizara el funcionamiento
hidráulico diseñado.5. Incluir mano de obra local en la etapa
constructiva de los sistemas.6. Realizar estudios geotécnicos en los
sitios donde se instalará el Sistema de Tratamiento y
la Estación de Bombeo.
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201223. El Estado del Saneamiento en Nicaragua
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Mayo 2008.24. Plan de Desarrollo Institucional de ENACAL.
2008-2012.25. Plan de Emergencia Sanitario Local,
Cárdenas. 2012
Autor:
Franklin Eduardo Puerta Medrano
[1] “Mejoramiento y ampliación
de los sistemas de agua potable de la localidad de
Cárdenas, Rivas” –ENACAL, Enero de 2010.
[2] Plan de Desarrollo Institucional
–ENACAL, 2008-2012
[3] Situación Epidemiológica de
Cárdenas – MINSA, Semana 1-25 de 2012.
[4] Plan de Emergencia Sanitario Local (PESL)
– MINSA, Febrero de 2012
[5] El Estado del Saneamiento en Nicaragua
– CONAPAS y EL Programa de Agua y Saneamiento (WSP) del
banco Mundial, Mayo de 2008.
[6] Departamento de Geografía –
INETER
[7] Ficha Municipal Cárdenas –
Alcaldía Municipal 2009-2011
[8] Ficha Municipal Cárdenas –
Alcaldía Municipal 2009-2011
[9] Departamento de Meteorología –
INETER
[10] Departamento de Geofísica –
INETER
[11] Departamento de Geofísica –
INETER
[12] Ficha Municipal Cárdenas –
Alcaldía Municipal 2009-2011
[13] Departamento de Recursos Hídricos
– INETER
[14] Plan de Emergencia Sanitario Local
(PESL) – MINSA, Febrero de 2012.
[15] Departamento de Sismología –
INETER
[16] Censo Nacional 2005 – INIDE, Ficha
Municipal Cárdenas – Alcaldía Municipal,
PESL – MINSA 2012
[17] Plan de Emergencia Sanitario Local
(PESL) – MINSA, Febrero de 2012.
[18] Alcaldía Municipal de
Cárdenas 2009
[19] Censo Agropecuario – INEC,
2000
[20] Capitulo II, Guías
Técnicas para el Diseño de Alcantarillado
Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales –
INAA.
[21] Capitulo III, Guías
Técnicas para el Diseño de Alcantarillado
Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales –
INAA.
[22] Capítulo V, Guías
Técnicas para el Diseño de Alcantarillado
Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales –
INAA.
[23] Capítulo VI, Guías
Técnicas para el Diseño de Alcantarillado
Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales –
INAA.
[24] Capitulo VIII, Guías
Técnicas para el Diseño de Alcantarillado
Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales –
INAA.
[25] Capitulo IX, Guías
Técnicas para el Diseño de Alcantarillado
Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales –
INAA.
[26] Capitulo X, Guías Técnicas
para el Diseño de Alcantarillado Sanitario y Sistemas de
Tratamiento de Aguas Residuales – INAA.
[27] Capitulo XI, Guías
Técnicas para el Diseño de Alcantarillado
Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales –
INAA.
[28] Guías para el Diseño de
Tanques Sépticos, Tanque Imhoff y Lagunas de
Estabilización, OPS/CEPIS.
[29] Diseño de Humedales Artificiales
para el Tratamiento de Aguas Residuales en la UNMSM
[30] Humedal Construido para el Tratamiento
de Aguas Grises por Biofiltración – Dayna Yocum,
University of California, santa Bárbara.
[31] Guías para el Diseño de
Tanques Sépticos, Tanque Imhoff y Lagunas de
Estabilización, OPS/CEPIS.
[32] Guías para el Diseño de
Tanques Sépticos, Tanque Imhoff y Lagunas de
Estabilización, OPS/CEPIS
[33] Capitulo VII, Guías
Técnicas para el Diseño de Alcantarillado
Sanitario y Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales –
INAA.
[34] Evaluación de Impacto ambiental
– Alfonso Garmendia
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