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La humilde fosa séptica: fundamentos, tipos y diseño

  • humilde fosa séptica: fundamentos, tipos y diseño

Sobre el blog

Juan José Salas
MÉDICO DEL AGUA y DOCTOR EN QUÍMICA. 40 años de experiencia en el tratamiento de las aguas residuales, especialmente de los vertidos generados en las pequeñas aglomeraciones urbanas. En la actualidad: Jubilado pero Activo (JpA)

Más de siglo y medio ha transcurrido desde que el francés Jean-Luis Mouras inventase la fosa séptica, allá por el año 1860, no como tratamiento descentralizado, sino como un elemento intermedio entre la generación de aguas residuales domésticas y el sistema de alcantarillado.


Extracto de la patente de invención de la fosa séptica, presentada el 22 de septiembre de 1881.

Con el paso de los años la fosa séptica ha ido evolucionando y en la actualidad constituye uno de los tratamientos previos más usados en los sistemas descentralizados de depuración.

Fundamentos

Las fosas sépticas/tanques sépticos son dispositivos (generalmente enterrados), que permiten un tratamiento primario de las aguas residuales, reduciendo, por tanto, su contenido en sólidos en suspensión, tanto flotantes como sedimentables.

En el funcionamiento de las fosas sépticas cabe distinguir dos tipos de procesos:

Físicos: por la acción de la gravedad se separan los sólidos sedimentables presentes en las aguas a tratar (que se van acumulando, en forma de lodos, en el fondo de la fosa), de los flotantes, incluyendo aceites y grasas (que van formando una capa sobre la superficie líquida). La capa intermedia entre lodos y flotantes constituye el agua tratada.

Biológicos: la fracción orgánica de los sólidos sedimentables que se acumulan en el fondo de la fosa experimenta reacciones de degradación anaerobia, licuándose, reduciendo su volumen hasta en un 40% (EPA, 2002) y desprendiendo biogás, mezcla de metano y dióxido de carbono, principalmente, y en mucha menor cuantía de compuestos del azufre (ácido sulfhídrico, mercaptanos, etc.), principales responsables de los olores desagradables que se desprenden en estas fosas.

Como se observa, en las fosas sépticas se dan de forma conjunta los procesos de decantación, espesamiento y digestión de lodos.

En las fosas sépticas se dan de forma conjunta los procesos de decantación, espesamiento y estabilización de lodos

La importante reducción de volumen que experimenta la materia orgánica sedimentada, permite espaciar en el tiempo las operaciones de extracción de los lodos acumulados. Suelo decir, que es una tecnología de tratamiento que nos libera (temporalmente) de la “esclavitud de los lodos”.

En lo referente a los rendimientos de depuración que se alcanzan en la fosas sépticas, estos se muestran en la tabla adjunta:


Tabla 1. Rendimientos de las fosas sépticas.

Se deduce, que con el empleo de fosas sépticas tan sólo se alcanzan niveles de tratamiento primario, por lo que los efluentes de las mismas precisan ser sometidos a tratamientos posteriores, al objeto de cumplir los requisitos de las normativas de vertido.

Tipos de fosas sépticas

Si bien, existen fosas sépticas de un único compartimento, lo habitual es disponer de dos compartimentos en serie. En este tipo de de fosas, el agua clarificada en el primer compartimento pasa al segundo a través de un orificio ubicado en un punto intermedio entre las capas de flotantes y de lodos, para evitar el arrastre de los mismos. En el segundo compartimento se vuelve a dar una separación de materias flotantes y sedimentables, pero en menor cuantía.


Fosa séptica de dos compartimentos.

Las burbujas de gas, que se producen en la degradación anaerobia de los lodos que se acumulan en el fondo de la fosa, obstaculizan la decantación de los sólidos sedimentables presentes en las aguas residuales. El disponer de un segundo compartimento permite que las partículas más ligeras encuentren condiciones de sedimentación más favorables.

En el caso de las fosas de un sólo compartimento, para minimizar el escape al exterior de sólidos en suspensión, se recurre al empleo de filtros que se disponen en la zona de salida y que hacen el papel de un segundo compartimento. Los filtros, que se disponen en la tubería de salida de la fosa, suelen ser de malla y presentan una elevada superficie para retrasar su colmatación, siendo posible su extracción de las fosas para su limpieza periódica. La luz de paso de estos dispositivos de filtración se encuentra entre 0,8-3,2 mm (EPA, 2002).


Fosa séptica de un compartimento.

En ocasiones, las fosas sépticas cuentan con un tercer compartimento, en el que puede disponerse un material soporte para la fijación de la biomasa bacteriana (a modo de filtro biológico), con lo que se incrementan los rendimientos de eliminación de contaminantes. En este caso, si se quiere que el filtro biológico funcione en condiciones aerobias, es necesario que la salida del agua de la fosa se ubique en su parte inferior.


Fosa séptica de tres compartimentos (Fuente: FIBRASTUR).

Diseño de las fosas sépticas

Dado que el principal objetivo de las fosas sépticas se orienta a la reducción de los sólidos en suspensión (sedimentables y flotantes) por la acción de la gravedad, es básico mantener en su interior las condiciones de quietud precisas para conseguir esta separación en el mayor grado posible. Esto se logra dotando a las fosas de elevados tiempos de retención  hidráulica. La progresiva acumulación de lodos (principalmente) y de flotantes van reduciendo progresivamente los tiempos de retención de las aguas a tratar en el interior de las fosas.

Siempre me ha llamado la atención la disparidad de métodos de diseños que existen, para el diseño de algo tan simple (y tan humilde) como las fosas sépticas.

En el primer libro que me compré sobre depuración en pequeñas poblaciones (Depuración de aguas residuales en pequeñas comunidades, de Ramón Collado Lara), aparecía la siguiente tabla, en la que puede observarse que en la mayoría de los casos el diseño de las fosas se basaba en los habitantes servidos (sin tener en cuenta sus dotaciones de aguas residuales), y que sólo en el caso de Estados Unidos aparecía el caudal de las aguas a tratar.


Tabla 2. Diseño de las fosas sépticas (Edeline, 1983,. EPA 1980).

En textos más recientes, se dimensionan las fosas sépticas acudiendo a parámetros que son habituales en el dimensionamiento de los sedimentadores:


Tabla 3. Diseño de fosas sépticas (Agence de l´Eau Rhin-Meuse, 2007).

De acuerdo con esta tabla, a partir de los valores recomendados para el Tiempo de Retención Hidráulica (TRH), puede determinarse el volumen útil de la fosa séptica, haciendo uso de la expresión:

Donde:

            V: volumen útil de la fosa séptica (m3)

            TRH: Tiempo de Retención Hidráulica recomendado (d)

           Q: caudal de aguas residuales a tratar (m3/d)

Conocido el volumen útil y fijada la profundidad útil de la fosa (0,9-1,2 m), se determina la superficie de su sección horizontal, haciendo uso de la expresión:

Donde:

           S: superficie de la sección horizontal de la fosa séptica (m2)

           h: profundidad útil de la fosa séptica (m)

Para la superficie obtenida, debe comprobarse que la carga hidráulica a caudal medio horario es ≤1,5 m/h, empleando la expresión:

Donde:

            ChQmed: carga hidráulica a caudal medio (m3/m2/h, m/h)

           Q: caudal medio horario de aguas residuales a tratar (m3/h)

En caso contrario debe recalcularse la superficie y, a partir de ella y de la profundidad, obtener el volumen útil definitivo de la fosa séptica. Este volumen se reparte entre los dos compartimentos de la fosa, ocupando el primero los 2/3  y el segundo el resto.

Las fosas sépticas presentan generalmente forma rectangular, con una relación largo/ancho de 3/1.

También, se puede determinar el volumen útil de las fosas sépticas en base a la frecuencia establecida para la purga de lodos y al caudal medio de las aguas residuales a tratar, de acuerdo con la Tabla 4. 


Tabla 4. Volumen útil de la fosas sépticas.

En estas expresiones se tienen en cuenta la paulatina acumulación de lodos en el fondo de la fosa, su degradación y su compactación, con base a un caudal promedio de aguas residuales de 200 l/hab.d. Con ello se mantienen tiempos de retención de unos dos días, independientemente de la progresiva acumulación de lodos.

Lo dejamos aquí y  en el próximo post seguiremos tratando los tratamientos primarios en las pequeñas aglomeraciones. 

Hasta entonces: ¡HIDROABRAZO y CUÍDESE!

Referencias

  • Agence de l´Eau Rhin-Meuse (2007). Les procédes d´epuration des petites collectivités. Eléments de comparaison techniques et écomomiques.
  • Collado Lara, R. (1992). Depuración de aguas residuales en pequeñas comunidades. Colección SENIOR nº 12, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. ISBN: 84-380-0050-9.
  • Edeline, F. (1983). La fosse septique: ses possibilités, ses limites et les solutions de remplacement. La Tribune Cebedeau. Nº 471, 35 (pp. 55-69).
  • EPA (1980). Onsite wastewater treatment and disposal systems (pp. 101-113, 39, 124-128).
  • EPA (2002). Onsite Wastewater Treatment Systems Manual. Office of Water. Office of Research and Development. U.S. Environmental Protection Agency. EPA/625/R-00/008.