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MS – MA – 103 La fosa séptica, una solución ecológica a las aguas negras de casas habitación en zonas agrícolas donde no hay drenaje


MS – MA – 103 La fosa séptica, una solución ecológica a las aguas negras de casas habitación en zonas agrícolas donde no hay drenaje


Categoría: Medio Superior (Preparatoria)
Área de participación: Medio Ambiente

Equipo: SUPERCIENTÍFICAS DE A2

Miembros del equipo:
XIMENA ITZEL GONZÁLEZ LAZCANO VENCES
ANA BELÉN ISLAS ILESCAS
RENATA RIBE MEDINA

Asesor: ING MIGUEL ANGEL TORRES DELGADO

Escuela: COLEGIO CAROL BAUR

Resumen

El tratamiento de aguas negras a nivel domiciliario sigue los mismos principios usados en las grandes plantas tratadores, sin embargo es posible mejorar la eficiencia en la relación costo x m3 de agua tratada además del valor agregado que puede ofrecer el riego de un invernadero, si se observan algunos principios básicos tales como la separación de las aguas grises y negras, además del consumo racional y limitado de detergentes así como la exclusión de productos químicos agresivos en la limpieza del hogar. Es claro que la complejidad de un sistema apropiado de tratamiento a nivel casero está en relación directa con la  cultura de consumo del agua.

Pregunta de Investigación

¿Cómo se puede reducir el impacto ambiental realizando un tratamiento de las aguas negras residuales domésticas? ¿Qué uso se le puede dar a las aguas negras residuales domésticas?

Planteamiento del Problema

El estudio de las causas que originan la contaminación ambiental, así como sus consecuencias, constituyen uno de los principales puntos en las agendas de los gobiernos del mundo, ya que la dinámica ambiental mundial se ha visto fuertemente afectada, provocando incrementos en la temperatura que ha llevado al derretimiento parcial de los polos, aumento en los niveles del mar, así como sequias o inundaciones extremas, inviernos más fríos y veranos extremadamente calurosos. La cada vez más difícil tarea de proveer de agua potable, en especial  a las zonas rurales y el tratamiento de las aguas residuales (grises y negras) pone una presión muy grande a los gobiernos de los diferentes niveles: federal, estatal y municipal, además de contribuir a la sobreexplotación y contaminación de los mantos freáticos y ríos lo que incrementa el impacto ambiental global.

Antecedentes

Las aguas residuales son denominadas de esta manera a aquellas que resultan del uso doméstico o industrial del agua. Se les llama también aguas negras o aguas cloacales. Son residuales pues, habiendo sido usada el agua, constituyen un residuo, algo que no sirve para el usuario directo; son negras por el color que habitualmente tienen.

Las aguas residuales corresponden a la mezcla de aguas domésticas e industriales. En todo caso, están constituidas por todas aquellas aguas que son conducidas por el alcantarillado e incluyen, a veces, las aguas de lluvia y las infiltraciones de agua del terreno.

Una forma de cuantificar la concentración de contaminantes orgánicos contenidos en las aguas resultantes del uso doméstico es la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO), está definida como la concentración de oxígeno disuelto en el agua y que es consumido por los microorganismos que se encuentran presentes en el agua o añadidos a ella, la forma como se cuantifica es la oxidación de toda la materia orgánica que se encuentra  presente en la muestra de agua. Su valor debe ser inferior a 8 MG/l para poder ser considerada como potable. Generalmente en las aguas de origen domestico este valor fluctúa entre los 200 a 300 MG/l.

Parámetro Unidad Baja Media Alta
Sólidos suspendidos totales mg/L 120 210 400
Sólidos totales mg/L 390 720 1230
Sólidos sedimentables mg/L 5 10 20
DBO mg/L 110 190 350
DQO mg/L 250 430 800
NTK mgN/L 20 40 85
Fósforo total mgP/L 4 7 12
Amoniaco mgN/L 12 25 45
Grasas y aceites mg/L 50 90 100
Nitritos mgN/L 0 0 0
Nitratos mgN/L 0 0 0
Coliformes totales NMP/100mL 10^6-10^8 10^7-10^9 10^7-10^10
Coliformes fecales NMP/100mL 10^3-10^5 10^4-10^6 10^5-10^8

Tabla que muestra la Composición típica del agua residual doméstica

Fuente: Wasterwater Engineering Treatment and Reuse, Metcalf and Eddy, 2004

 

Tabla que muestra la Composición típica del agua residual doméstica

Fuente: Wasterwater Engineering Treatment and Reuse, Metcalf and Eddy, 2004

Objetivo

Reducir el impacto ambiental aprovechando los efluentes de aguas negras domesticas en zonas rurales donde no se cuente con servicios de drenaje, utilizando un sistema de fosa séptica que provea de agua reciclada a un invernadero.

Justificación

De acuerdo con estadísticas de la Organización Mundial de la Salud (2004):

  • 8 millones de personas mueren cada año por enfermedades diarreicas (incluyendo el cólera)
  • Aproximadamente, 90% son niños menores de cinco años, la mayoría en países en desarrollo.
  • 88% de las enfermedades diarreicas resultan del abastecimiento de agua insalubre y saneamiento e higiene deficiente.
  • La sobreexplotación y contaminación de mantos freáticos provoca que cada vez sea más difícil contar con agua de calidad para el consumo humano.

Hipótesis

El tratamiento de aguas negras domésticas puede llegar a constituir una alternativa a la constante demanda de agua para uso humano, usándola en irrigación de cultivos en invernaderos caseros en el área rural de México.

Método (materiales y procedimiento)

Método

Materiales:

  • Válvula de retención o check.
  • Cabezal de distribución de riego.
  • Codo o T de PVC de alimentación a la fosa séptica.
  • Tapa de concreto de mantenimiento.
  • Nivel del suelo.
  • Drenado del líquido a cabezal de distribución.
  • Muro perimetral de tabicón para la fosa.
  • Losa de concreto armada con varilla.
  • Losa de concreto armada de varilla.
  • Codo o T de PVC para el drene del líquido de la fosa séptica

 

Procedimiento

Tratamiento de aguas a nivel domiciliario

Figura 1. Esquema que muestra las partes de una fosa séptica de tres pasos y su conexión con un invernadero con un cultivo doméstico.

 

Componentes de una fosa séptica de tres pasos

  1. Cultivo.
  2. Entrada de agua proveniente del WC.
  3. Mampara de sedimentación.
  4. Sedimentos en descomposición.
  5. Nivel del líquido en la fosa séptica.
  6. Válvula de retención o check.
  7. Cabezal de distribución de riego.
  8. Respiradero.
  9. Codo o T de PVC de alimentación a la fosa séptica.
  10. Tapa de concreto de mantenimiento.
  11. Nivel del suelo.
  12. Drenado del líquido a cabezal de distribución.
  13. Muro perimetral de tabicón para la fosa.
  14. Losa de concreto armada con varilla (resistencia de 210 kg/cm2 según norma NMX-C-083-ONNCCE-2002).
  15. Losa de concreto armada de varilla (resistencia de 210 kg/cm2 según norma NMX-C-083-ONNCCE-2002).
  16. Codo o T de PVC para el drene del líquido de la fosa séptica.

A continuación se muestra el plano arquitectónico de la fosa séptica de tres pasos.

Figura 2. Esquema que muestra las dimensiones de una fosa séptica de tres pasos

 

Figura 3. Diagrama del cabezal de distribución para riego con tubo perforado

 

Las aguas negras son las que resultan de los sanitarios y que por su potencial de transmisión de parásitos e infecciones conviene tratar por separado con sistemas de biorreactores o fosas sépticas, que después de los procesos de sedimentación (en figura 1,  punto 4), fermentación (en figura 1,  punto 3) y decantación (en figura 1,  punto 12) puede aportar agua con la calidad suficiente para satisfacer las necesidades de un invernadero casero (en figura 1, punto 12).  El tratamiento puede ser  sencillo si contamos con el espacio verde suficiente, aprovechando la capacidad de oxigenación y asimilación de las plantas del jardín o invernadero mediante un sistema de cabezal de distribución para riego con tubo perforado (figura 3)

El diseño y desarrollo de los sistemas de tratamiento debe contemplar varios factores como la depuración, la relación de los elementos circundantes, las necesidades particulares de la vivienda, el costo, el mantenimiento, el rehúso, y la utilización o disposición de los subproductos de la depuración.

Es frecuente encontrar una gama muy amplia de formas de disponer las aguas con el nombre genérico de fosa séptica, sin embargo no todas cumplen con el objetivo de liberar los acuíferos de contaminación, debido que suelen confundirse con pozos negros o de absorción, en los que las aguas son infiltradas al suelo sin un verdadero tratamiento. También suelen llamarse de este modo a tanques de sedimentación y almacenamiento que son vaciados periódicamente, para trasladarlos a un sitio donde se puedan arrojar con impunidad.

El modelo de fosa más funcional es el tanque de tres cámaras con una secuencia de tratamiento que consiste en primer lugar en una cámara de sedimentación que en algunos casos también cumple la función de trampa de grasas, de allí el agua pasa a una cámara con condiciones anaerobias donde se reduce la carga orgánica disuelta. La tercera cámara cumple las funciones de sedimentador secundario para clarificar el agua antes de ser dispuesta en un campo de oxidación. El problema básico de las fosas sépticas es que suelen acumular lodos hasta el punto de saturación, lo cual se incrementa si la fase anaerobia no funciona correctamente. El efluente debe necesariamente ser tratado en un campo de oxidación antes de infiltrar al suelo y los lodos extraídos necesitan tratamiento adicional.

 

 

Galería Método

Resultados

Después de 6 meses de trabajo a partir de la construcción de la  fosa séptica,  logramos únicamente la salida de agua con nutrientes, haciendo posible nuestros cultivos de chile manzano.

 

 

 

 

URL DEL VIDEO:  https://youtu.be/AeGaWZMJsVo

Galería Resultados

Discusión

El tratamiento de aguas negras domésticas logra ser una alternativa a la persistente demanda de agua para uso humano. En zonas rurales se ha incrementado el volumen de aguas residuales debido a la falta de servicios de alcantarillado, poniendo como objetivo el trato sencillo, económico y funcional de aguas residuales negras, construimos una fosa séptica. Una fosa séptica en ciertas zonas de poca población puede promover la salud pública, el cuidado del medio ambiente y la correcta reutilización de estas aguas , usándola en irrigación de cultivos en invernaderos caseros.

Conclusiones

Realmente la fosa deja salir únicamente nutrientes y nada de sólidos, estos siempre están en descomposición dentro de la fosa ya que esta funciona como un reactor bioquímico debido a la presencia de los organismos integradores o bacterias que se encargaran del proceso biológico de los desechos.

El cabezal de tubos de PVC perforado, permite una irrigación de agua con nutrientes que puede ser utilizado para cultivos de consumo familiar, entre ellos, planta de chile manzano, maíz, girasoles, etc.

Logramos demostrar, cómo efectivamente, la elaboración de una fosa séptica , es una buena solución ecológica para el tratamiento de las aguas negras provenientes de casas habitación en zonas donde no existe un sistema de drenaje.

Bibliografía

Mantilla, G. (Octubre 2012). Tratamiento de aguas negras en ciudades costeras y sus implicaciones con el cambio climático. Septiembre 24,2020, de SEMARNAT Sitio web: http://www.pincc.unam.mx/congresonacional2012/sis_admin_pres/archivos2012/12.pdf

Marsilli, A.. (2005). Tratamiento de aguas residuales. Septiembre 24, 2020, de Tierramor.org Sitio web: http://www.tierramor.org/Articulos/tratagua.htm



MS – MA – 103 La fosa séptica, una solución ecológica a las aguas negras de casas habitación en zonas agrícolas donde no hay drenaje


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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography