Diseño de un campo de drenaje de agua residual ordinaria con enfoque en remediación, más allá de su disposición en el subsuelo urbano

Proyecto Final de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Ambiental) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Química, 2020

En Costa Rica el tanque séptico es la alternativa de tratamiento individual más extendida para tratar las aguas residuales ordinarías y a su vez la construcción de campos de drenaje como sistemas de disposición en el subsuelo se ha popularizado como una opción de disposición para este tipo de aguas residuales. Costa Rica es un país con una amplia cobertura de suelos arcillosos, lo cual afecta directamente la capacidad del campo de drenaje de realizar una disposición satisfactoria de las aguas residuales. La contaminación asociada a iones del ciclo del nitrógeno especialmente al nitrato y su lixiviación es preocupante debido a que este es altamente soluble en agua y es transportado con facilidad por la lluvia a través del suelo hasta los acuíferos, lo cual afecta directamente la calidad de una de las principales fuentes de agua potable del país ocasionando cierres técnicos y escasez en diversas comunidades; lo mencionado es de vital importancia en un país donde recientemente se declaró el acceso al agua como un derecho humano. A raíz de lo anterior este proyecto propone y evalúa el funcionamiento de tres diseños de zanjas de percolación, con un enfoque en la mitigación del transporte de nitratos, nitritos y amonio en un subsuelo urbano con la finalidad de implementar campos de drenaje que aporten un nivel de tratamiento adicional y con esto disminuir el impacto ambiental de estos en los ecosistemas. Las principales diferencias entre las 3 zanjas de percolación construidas corresponden al lecho con el que se construyeron y las concentraciones de nitrato encontradas en sus lixiviados. Se alimentó el efluente de dos unidades interceptoras que tratan aguas residuales ordinarias en una tasa de 0,30 m3/m2 día. Para la zanja de percolación 1 se utilizó piedra cuarta ( 25,00 – 4,75 mm) y se observaron concentraciones de nitrato en un rango que va desde concentraciones menores a 0,1 mg/L hasta 394 ± 32 mg/L, la zanja de percolación 2 se construyó con piedra quintilla ( 9,50 – 2,36 mm) y presentó concentraciones menores a 0,1 mg/L hasta 15 ± 1 mg/L y para la zanja de percolación 3 se utilizó una combinación de arena ( 4,75 – 0,15 mm) y biocarbón ( 38,10 – 3,35 mm) para la cual se obtuvieron concentraciones que se encontraban desde valores menores a 0,1 mg/L hasta 107 ± 13 mg/L. Luego de los análisis respectivos se observó que la zanja de percolación 1 poseía problemas de lixiviación de nitrato en concentraciones superiores a las consideradas como nocivas para la salud humana de acuerdo a la OMS (44 mg/L) y a la legislación costarricense (valor alerta de 25 mg/L y valor máximo admisible de 50 mg/L), en la zanja de percolación 3 las concentraciones también superaron estos límite y se presentaron problemas de colmatación en el lecho de percolación asociado al uso de la arena. La zanja de percolación 2 presento los mejores resultados con concentraciones de nitrato menores a los valores de referencia nacionales e internacionales y no se observaron problemas asociados a la capacidad de recibir y disponer el agua residual en el subsuelo. Debido a estos hallazgos el lecho utilizado en la zanja de percolación 2 se propone como el lecho adecuado a utilizar en un campo de drenaje que funcionara tanto como medio de disposición final de las aguas residuales provenientes de los tanques sépticos y que también aportara un nivel de tratamiento adicional reduciendo la contaminación por nitratos y otros iones del ciclo del nitrógeno en el subsuelo y las aguas subterráneas.

In Costa Rica, the septic tank is the most widely used individual treatment alternative to treat ordinary wastewater and the construction of drainage fields as underground disposal systems has become popular as a disposal option for this type of wastewater. Costa Rica is a country with a wide coverage of clay soils, which directly affects the capacity of the drainage field to make a satisfactory disposal of wastewater. The contamination associated with ions of the nitrogen cycle, especially nitrate and its leaching, is worrying because nitrate is highly soluble in water and is easily transported by rain through the soil to the aquifers. Affecting the quality of one of the main drinking water sources in the country causing technical closings and therefore shortages of drinking water in various communities; the aforementioned is of vital importance in a country where access to water was recently declared a human right.. As a result of that, this project proposes and evaluates the operation of three percolation trench designs, focusing on mitigating the transport of nitrates, nitrites and ammonia in an urban subsoil in order to implement drainage fields that provide a minimum level of treatment and with this decrease the environmental impact of these systems on the ecosystems. The main differences between the 3 percolation trenches built correspond to the percolation bed in with which they were built, and the nitrate concentrations found in their leachates. The effluent from two interceptor units that treat ordinary wastewater was fed at a rate of 0,30 m3/m2 day. Coarse gravel (25,00 – 4,75 mm) was used for percolation trench 1 and nitrate concentrations were observed in a range from less than 0,1 mg/L to 394 ± 32 mg/L , percolation trench 2 was constructed with fine gravel (9,50 – 2,36 mm) and present concentrations ranging from less than 0,1 mg/L to 15 ± 1 mg/L and for percolation trench 3 a combination of sand (4,75 – 0,15 mm) and biochar (38,10 – 3,35 mm) was used for which concentrations ranging from values less than 0,1 mg / L to 107 ± 13 mg/L were obtained. After the respective analyses, it was observed that percolation trench 1 had nitrate leaching problems in concentrations higher than those considered harmful to human health according to the WHO (44 mg/L) and Costa Rican legislation (alert value of 25 mg/L and maximum admissible value of 50 mg/L), in percolation trench 3 the concentrations also exceeded this limit and there were problems of clogging in the percolation bed associated with the use of sand. Percolation trench 2 presented the best results with nitrate concentrations lower than national and international reference values and no problems associated with the ability to receive and dispose of residual water in the subsoil were observed. Due to these findings, percolation trench 2 is proposed as the structure of a drainage field that would function as a means of final disposal of wastewater from septic tanks and that would also provide a minimum level of treatment, reducing nitrate contamination and other ions of the nitrogen cycle in the subsoil and groundwater.