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Características del diseño:
La laguna está rodeada por un dique de tierra.
Tiene obras hidráulicas de entrada y salida.
El diseño está basado en la igualdad de corte y relleno
de manera que el material excavado se use en la construcción del dique.
La pendiente de afuera del dique es 3:1; la pendiente de adentro es 2:1.
La laguna tiene tres (3) células en serie y en paralelo, lo que hace un total de nueve (9)
celulas. Las células en serie proveen monitoreo y control.
Las células en paralelo producen flujo de émbolo y hacen posible un mejor efluente.
Las células en paralelo también tienen el propósito de mantenimiento,
pues uno de los tres canales paralelos puede ser puesto fuera de servicio temporalmente.
Las células se separan con paredes de ladrillo, con la
recomendación especial que se mantenga
la pendiente de flujo. Esta no debe ser menor del 1% ni mayor del 2%.
La pendiente de flujo será determinada en base a la topografía local y la
orientación física de la laguna
con respecto a la dirección del viento.
Profundidad:
Lagunas aeróbicas no deben ser poco profundas ni muy profundas.
Si son poco profundas, pueden ser destruídas por vegetación emergente.
Si son muy profundas, la penetración de luz será menor
y la zona de abajo puede convertirse en anaeróbica.
Una profundidad de 1 m no es ni muy poco ni muy profunda.
Para este caso se asumirá una profundidad de 1.2 m.
Mezclado:
El mezclado del contenido de la laguna contribuye a la distribución de oxígeno
disuelto a través del perfil de agua. El mezclado se produce principalmente debido a la
acción del viento, y en forma secundaria debido a los gradientes de temperatura.
El efecto máximo del viento se produce cuando hay una trayectoria de viento,
no obstruída por objetos, de 100 a 200 m de longitud.
La laguna debe ser diseñada con la orientación longitudinal paralela a la
dirección
de los vientos predominantes.
La dirección de los vientos predominantes en Tlaxiaco
tendrá que ser determinada en forma experimental, pues no hay medidas disponibles.
Los árboles grandes proveen una barrera para la acción del viento;
debe tomarse especial cuidado para minimizar la presencia de árboles grandes viento arriba
de la dirección de flujo.
Procedimiento de diseño:
Usar la ecuación de Wilhelm-Werner
para el diseño de reactores químicos
(Reed, S. C., R. W. Crites, and E. J. Middlebrooks. 1995.
Natural Systems for Waste Management and Treatment, McGraw-Hill, Inc., New York).
Conteo de la carga de aguas servidas:
Para determinar la carga de aguas servidas, se usó el mapa APASZU 96 de la ciudad de Tlaxiaco
(Diciembre de 1996) proporcionado por la Oficina de Agua y Desague de Tlaxiaco.
La ciudad se dividió en cinco (5) regiones:
- Colector A, el colector principal de Tlaxiaco, incluyendo San Nicolás,
- Collector B, el colector secundario de Tlaxiaco,
- San Diego, hacia el norte,
- San Bartolomé y San Pedro, hacia el Sudeste, y
- San Sebastián, hacia el Oeste.
El mapa de 1996 tiene tres categorías de conexiones al sistema de desague municipal:
(1) activo; (2) inactivo; y (3) no desarrolladas. La carga de aguas servidas se calculó asumiendo lo siguiente:
- Todas las conexiones inactivas y nodesarrolladas se convertirá eventualmente a activas.
- Solo el 50% de las conexiones en San Diego (Norte) y San Bartolomé y San Pedro (Sudeste)
drenarán al sistema municipal. Las áreas restantes usarán letrinas ecológicas.
- El 100% de los colectores A, B, y San Sebastián drenarán al sistema municipal.
El conteo se muestra en el siguiente cuadro.
El número total de conexiones es 2459. Por tanto, se adopta un valor de 2500 para el diseño.
| Región | Activo | Inactivo
| No desarrollado | Total | Conexiones (diseño) |
Adoptado |
| Colector A | 479 | 112 | 51 | 642 | 642 |
| Colector B | 127 | 20 | 23 | 170 | 170 |
| San Diego | 276 | 164 | 166 | 606 | 303 |
| San Bartolomé y San Pedro | 392 | 251 | 274 | 917 | 459 |
| San Sebastián | 515 | 170 | 200 | 885 | 885 |
| Total | 1789 | 717 | 714 | 3220 | 2459 | 2500 |
Cálculo de la carga:
Se asume un consumo de agua de 0.15 m3/día/persona en Tlaxiaco.
Se asume un factor 0.6 de conversión de agua a desague.
Por tanto se tiene 0.09 m3/día/persona de agua servida.
La laguna se diseñará para 2,500 familias que drenan al sistema municipal.
Con un estimado de 4 personas por familia, esto resulta en 10,000 personas en total, o
900 m3/día o 0.0104 m3/seg de carga total. Se asume una carga de agua servida
de 0.01 m3/seg para propósito de diseño.
Cálculo de la concentración de materia orgánica:
Se asume una carga de 30-35 gramos/persona/día de materia fecal seca, aplicable a poblaciones de
países en desarrollo
tales como México. Luego, la concentración será 333-388 mg/litro (ppm). Se asume
un valor de 350 ppm para propósito de diseño.
Diseño:
La laguna tiene longitud L, ancho W, y profundidad d.
Se asumen tres celdas en serie y tres celdas en paralelo, lo que hace un total de nueve (9) celdas.
La temperatura media del mes mas frío (Enero) es de T= 13 oC (datos de INEGI).
Se asume el número de dispersión D= 0.1, correspondiente a un flujo de émbolo,
sujeto a verificación posterior.
Se asume un tiempo de retención hidráulico de t= 20 días.
Por tanto, de acuerdo a la ecuación de Wilhelm-Werner ,
la eficiencia de remoción de DBO es 76.57%.
Con la descarga de diseño Q= 0.01 m3/seg, el volumen de la laguna es:
V= LWd= 0.01 m3/seg X 20 días X 86400 seg/día =
17,280 m3. Con una profundidad de diseño d= 1.2 m,
el área de la laguna de oxidación es LW= 14,400 m2.
Se asume un ancho W= 90 m. Luego, L= 160 m, o sea L = 162 m.
Se asume n= 3 celdas en paralelo. Luego, cada celda
tiene un ancho w= W/n= 30 m.
Cálculo de D:
D= 0.184 [tv(w + 2d)]0.489w1.511 (Ld)-1.489
v= viscosidad cinemática (m2/día)
A 13 oC, v = 1.21 centistokes = 0.0121 stoke = 0.0121 cm2/seg = 0.0121 cm2/seg
X 0.0001 m2/cm2 X 86400 seg/día=
v= 0.1045 m2/día
D = 0.184 [20 X 0.1045 (30 + 2.4)]0.489 (30)1.511 (162 X 1.2)-1.489 =
D = 0.184 (67.716)0.489 (30)1.511 (194.4)-1.489 =
D = (0.184) X (7.856) X (170.58) X (0.0003909) = 0.0964
El valor calculado D= 0.0964 es suficientemente cercano al valor de diseño D= 0.1;
por tanto,
la remoción efectiva de DBO para t= 20 días es 76.6% = 77%.
Para un DBO de entrada DBO= 350 ppm, el DBO de salida de la laguna de oxidación
es = 350 X (1 - 0.77) = 80 ppm
Comentarios:
Las dimensiones de la laguna son:
L= 162 m, d= 1.2 m, y W = 90 m, con n= 3 celdas paralelas de ancho w= 30 m cada una,
y tres celdas en serie de longitud l= 54 m cada una.
La remoción de DBO es de 77% y el DBO de salida es 80 ppm.
Cálculo del volumen del dique:
Se asume la profundidad del dique = 1.8 m; ancho de la corona =
3 m; pendiente aguas arriba 2:1; pendiente aguas abajo 3:1. Por tanto, área total
13.5 m3/m. Longitud del dique = 520 m. Volumen total del dique= 7014 m3.
Costo unitario de excavación y terraplenado simultáneo:
40 pesos mexicanos por metro cúbico.
Por tanto, el costo de excavación y terraplenado es de $ 280,560 (Moneda nacional).
Profundidad de excavación = 7014 m3 / 14,580 m2 = 0.48 m.
Remoción de capa de superficie, conteniendo materia orgánica, de espesor 0.15 m.
Profundidad total de excavación: 0.63 m.
Costo total estimado = 3 x 280,560 = $ 841,680 (U.S. $ 93,520).
Este estimado, incluyendo el multiplicador, incluye obras preliminares, obras accesorias (muros de mampostería,
tubos, etc.),
pero no incluye el costo del terreno.
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