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Alcantarillado por vacío

Esquema de un sistema de alcantarillado por vacío
Un inodoro de vacío en la rotonda de Lau Fau Shan en Hong Kong
Un sistema de alcantarillado por vacío portátil en la parte inferior de un vagón de tren, que sirve al inodoro y al lavabo de vacío dentro del tren.

Un sistema de alcantarillado por vacío o alcantarillado neumático es un método para transportar aguas residuales desde su fuente hasta una planta de tratamiento de aguas residuales . Mantiene un vacío parcial , con una presión de aire por debajo de la presión atmosférica dentro de la red de tuberías y el recipiente colector de la estación de vacío. Las válvulas se abren y se vuelven a sellar automáticamente cuando se utiliza el sistema, por lo que se puede mantener la presión diferencial sin gastar mucha energía en el bombeo. Una sola estación de vacío central puede recolectar las aguas residuales de varios miles de hogares individuales, según el terreno y la situación local. [1] [ se necesita una mejor fuente ]

Las primeras alcantarillas de vacío se instalaron en Europa en 1882. El ingeniero holandés Charles Liernur aplicó por primera vez el drenaje de presión negativa a las alcantarillas en la segunda mitad del siglo XIX. [2] [ fuente no primaria necesaria ] Las implementaciones técnicas de los sistemas de alcantarillado por vacío comenzaron en 1959 en Suecia. [ cita requerida ]

Históricamente, las alcantarillas de vacío han sido un producto de nicho , utilizado solo en trenes , aviones y áreas planas con suelos arenosos y niveles freáticos altos . Las alcantarillas de gravedad se utilizaron para la mayoría de las aplicaciones, porque aunque las alcantarillas de vacío eran más baratas de instalar, eran más caras de mantener. En el siglo XX, la tecnología de alcantarillado de vacío ha mejorado significativamente: los sensores de localización de fallas han reducido los costos de operación y mantenimiento , y algunos operadores ahora consideran que las alcantarillas de vacío pueden ser más baratas de operar que las alcantarillas de gravedad convencionales. [3]

Elementos básicos

Los componentes principales de un sistema de alcantarillado por vacío son cámaras de recolección y piezas de válvulas de vacío, alcantarillas, una estación de vacío central y componentes de monitoreo y control.

Algunos sistemas de vacío tienen inodoros de vacío que están conectados directamente a una línea de vacío, lo que requiere menos agua para la descarga (menos de un cuarto de litro por descarga). [4] Otros utilizan el drenaje por gravedad estándar para la primera fase de recolección; las aguas residuales fluyen por gravedad desde cada casa, como en un sistema estándar. Se descargan en un sumidero de recolección que puede recoger las aguas residuales de 2 a 6 casas y está ubicado en un área pública.

La tecnología de vacío se basa en la presión diferencial del aire. Las bombas de vacío de paletas rotativas generan una presión de funcionamiento de -0,4 a -0,6 bar en la estación de vacío, que es además el único elemento del sistema de alcantarillado por vacío que debe recibir suministro eléctrico.

En el interior de las cámaras de recogida se instalan válvulas de interfaz que funcionan neumáticamente. Una vez que se alcanza un determinado nivel de llenado en el interior de este sumidero, la válvula de interfaz se abre. El impulso para abrir la válvula se transmite mediante una unidad de control controlada mecánicamente neumáticamente. No se necesita electricidad para abrir o cerrar la válvula. La energía la proporciona el propio vacío.

Una estación de vacío para una residencia de estudiantes en Noruega , que proporciona succión para todos los inodoros de vacío del dormitorio.

Mientras la válvula está abierta, la presión diferencial resultante entre la atmósfera y el vacío se convierte en la fuerza motriz y transporta las aguas residuales y el aire hacia la estación de vacío. Además de estas cámaras de recolección, no son necesarios otros pozos de registro, ni para cambios de dirección, ni para inspección o conexión de ramales. Las altas velocidades de flujo mantienen el sistema libre de obstrucciones y sedimentaciones.

Los sistemas de gran tamaño con numerosas cámaras colectoras se benefician de la provisión de un sistema de monitoreo para el monitoreo remoto de las válvulas de vacío y los pozos de sumidero. Dichos sistemas permiten una resolución de problemas mucho más rápida y un mantenimiento preventivo más sencillo de las cámaras colectoras y las válvulas. Sin embargo, los sistemas de monitoreo son sistemas opcionales y no son necesarios para el funcionamiento de los sistemas de alcantarillado por vacío.

Estación de vacío en Hooper, Utah

Los sistemas de alcantarillado por vacío se consideran libres de infiltración y de corrosión, lo que permite su uso incluso en zonas de protección del agua. Por este motivo, las líneas de alcantarillado por vacío pueden incluso tenderse en la misma zanja que las líneas de agua potable (según las directrices locales).

Para garantizar un transporte fiable, la línea de alcantarillado por vacío se coloca en un perfil de dientes de sierra (longitudinal). [5] Todas las alcantarillas por vacío se llenan de aire a una presión de -0,4 a -0,6 bar. El aspecto más importante para un funcionamiento fiable es la relación aire-líquido. Cuando un sistema está bien diseñado, las alcantarillas contienen solo cantidades muy pequeñas de aguas residuales. La relación aire-líquido se mantiene normalmente mediante la recolección simultánea de líquido y aire o unidades de control que ajustan sus tiempos de apertura según la presión en el sistema.

Las alcantarillas se pueden colocar en terrenos planos y algunas partes pueden fluir cuesta arriba (dentro de ciertos límites). Un perfil en dientes de sierra mantiene las líneas de alcantarillado poco profundas; [5] en climas libres de heladas, la profundidad de la zanja puede ser de aproximadamente 1,0 a 1,2 m. Por el contrario, las alcantarillas por gravedad necesitan una pendiente descendente monótona de al menos 0,5 a 1,0%, lo que puede significar que se necesitan zanjas costosas y estaciones de bombeo.

Una vez que las aguas residuales llegan al tanque de recolección de vacío en la estación de vacío, se bombean hasta el punto de descarga, que puede ser un alcantarillado por gravedad o la estación de tratamiento. Como el tiempo de permanencia de las aguas residuales dentro del sistema es muy corto y se mezclan continuamente con aire, las aguas residuales se mantienen frescas y se evita cualquier ensuciamiento dentro del sistema (menos H2S ) .

Ventajas

Interrupción mínima para alcantarillas de vacío

Desventajas

Señal que indica una alcantarilla de vacío enterrada en Alemania .

Aplicaciones

Los sistemas de alcantarillado por vacío pueden ser el sistema preferido en el caso de circunstancias particulares, tales como:

Transporte

Inodoro con vacío en un tren

Los trenes, aviones, autobuses y muchos barcos con tuberías suelen tener sistemas de vacío con inodoros de vacío. El menor consumo de agua (menos de un cuarto de litro por descarga) [4] ahorra peso y evita que el agua se derrame fuera de la taza del inodoro en movimiento. [9] Los inodoros de los aviones pueden descargarse con una solución desinfectante azul en lugar de agua. [4] Se utiliza una cámara de recolección portátil; si se llena desde una cámara de vacío intermedia, no es necesario mantenerla al vacío. [10] [ se necesita una mejor fuente ]

Zonas secas

La falta de agua en muchos países y las drásticas medidas de ahorro de agua han provocado problemas con las redes de gravedad envejecidas, con sólidos que se atascan en las tuberías. Los sistemas de vacío ahorran agua.

Terreno pantanoso, rocoso o con permafrost

Los terrenos llanos , los suelos desfavorables (rocosos o pantanosos) o un nivel freático alto (que requiere zanjas de drenaje) pueden hacer que los sistemas de alcantarillado por gravedad sean mucho más costosos. Los alcantarillados por vacío tienen un diámetro pequeño y filtran hacia el interior, y en áreas libres de heladas, se pueden colocar cerca de la superficie en zanjas pequeñas.

Áreas de protección del agua, uso ambiental

Los alcantarillados de vacío pueden atravesar áreas de protección hídrica y áreas con niveles freáticos altos y sensibles, porque no hay peligro de dañar los recursos hídricos subterráneos (los alcantarillados de vacío tienen una alta estanqueidad debido a su material; y si gotean, lo hacen hacia el interior). Los sistemas de vacío se utilizan en muchas áreas ambientalmente sensibles, como el Couran Cove Eco Resort cerca de la Barrera de Coral en Australia. También se han utilizado para reemplazar fosas sépticas para reducir los niveles de nitrógeno en las aguas subterráneas y superficiales. [11]

También se han aplicado sistemas de vacío para recoger aguas residuales tóxicas del medio ambiente.

Climas estacionalmente bajo cero

Si las temperaturas de una zona descienden por debajo del punto de congelación en invierno, la línea de vacío se entierra por debajo de la línea de congelación , en un suelo que permanece sin congelar durante todo el año (como las alcantarillas de gravedad convencionales). Las válvulas, los pozos de recolección, los respiraderos de entrada y los sistemas de control deben diseñarse para seguir funcionando a pesar del frío, la nieve y el hielo. Los sensores de monitoreo de temperatura también son estándar, por lo que los problemas se pueden detectar a tiempo.

En el caso de Plum Island (Massachusetts) , la isla era propensa a temperaturas bajo cero y a nevadas excesivas que al principio dificultaban la localización de un problema potencial. Los cambios en la configuración del pozo y el control en el pozo de válvulas han ayudado con el mantenimiento.

Muchos países nórdicos utilizan alcantarillas de vacío, es útil tener algún tipo de marcador o monitoreo para localizar las válvulas cuando están enterradas bajo la nieve durante períodos prolongados.

Densidad de población baja o estacional

Con densidades de población más bajas, los costos de las cámaras de recolección y estaciones de vacío son menos importantes que los costos de instalación de tuberías y, para alcantarillas por gravedad, estaciones de bombeo, etc. Las tuberías neumáticas son generalmente más pequeñas que las hidráulicas drenadas por gravedad [ cita requerida ] En climas libres de heladas, las tuberías para un sistema de vacío también se pueden enterrar menos profundamente que las de un sistema por gravedad.

Las longitudes de conducto específicas elevadas, donde la longitud de tubería requerida es mayor a ~4 metros por habitante [ cita requerida ] , tenderán a hacer que el sistema de vacío sea más barato.

En los asentamientos estacionales (áreas de recreación, sitios de campamento, etc.) con sistemas de alcantarillado por gravedad convencionales, pueden surgir fácilmente problemas de sedimentación, ya que no se realiza la limpieza automática con aguas residuales diarias. Las altas velocidades de flujo dentro de las alcantarillas de vacío evitan estos problemas de sedimentación. Las pistas de carreras de Fórmula 1 en Shanghái y Abu Dhabi están utilizando un sistema de alcantarillado por vacío por ese motivo. [ cita requerida ]

Sitios históricos

Una carretera secundaria en Flavigny-sur-Ozerain donde sería difícil instalar un alcantarillado por gravedad convencional

Los sitios históricos pueden tener edificios antiguos, calles estrechas y terrenos empinados. El turismo también puede causar fuertes fluctuaciones estacionales en la densidad de población. Los sistemas de alcantarillado por vacío pueden seleccionarse por su instalación rápida (evitando conflictos con el tráfico y el turismo), rentable y flexible. Algunos ejemplos incluyen Flavigny-sur-Ozerain , Francia , y Khasab y Al Seeb en Omán .

Tratamiento

Los sistemas de alcantarillado por vacío se pueden configurar de modo que recojan únicamente las aguas negras concentradas (aguas residuales de los inodoros), mientras que las aguas grises de los lavabos y los baños se recogen por separado (es mucho más fácil tratar las aguas grises que las negras). No es necesario diluir los biosólidos de un sistema de vacío con el agua de descarga.

Los sistemas de alcantarillado generalmente compostan de forma termófila los biosólidos que han sido separados y deshidratados de un alcantarillado por gravedad estándar. [12] [13] Este proceso es más simple si los biosólidos nunca se riegan.

El compostaje a altas temperaturas mata los patógenos y las semillas. [13] [14] El compost de biosólidos debe ser elaborado a altas temperaturas. [15]

Las aguas residuales también pueden tratarse mediante un proceso anaeróbico con producción de biogás . Este diseño tiene el potencial de aumentar la sostenibilidad de las infraestructuras hídricas. [16]

Ejemplos

Ártico

Regiones áridas

Áreas de nivel freático alto

Zonas con heladas estacionales

Normas y lineamientos técnicos que rigen la materia

Véase también

Referencias

  1. ^ ab "Sistema de alcantarillado por vacío - Palm Jumeirah, Dubai" (PDF) , sswm.info , Corodex Electromechanic
  2. ^ Liernur, CT, "Sistema de alcantarillado neumático" (PDF) , sewerhistory.org
  3. ^ Véase (Gibbs 2016): "'Cuando hicimos el estudio del proyecto piloto en 1993, calculamos que la comparación de la estimación del valor actual de las alcantarillas de vacío y las alcantarillas por gravedad se cruzarían en 20 años', señala. 'En ese momento, predijimos que las alcantarillas de vacío serían más caras debido al mantenimiento y conservación. Esto se basó principalmente en los datos conocidos en ese momento. Han pasado 23 años y todavía estamos lejos de ver los costos de operación y mantenimiento que se estimaron originalmente', continúa Beach. 'No hemos cruzado la línea del valor actual y probablemente pasarán otros 10 años antes de que estas líneas se crucen'".
  4. ^ abc Cromwell, Bob. "Baños de avión". toilet-guru.com . Baños del mundo.
  5. ^ ab Ver (Gibbs 2015): "'Una de las cosas interesantes que aprendí sobre las alcantarillas de vacío es que funcionan con la gravedad', señala Garri. 'Las líneas de recolección tienen un perfil de dientes de sierra. La presión de vacío en las líneas ayuda a la gravedad a mover los lodos de aguas residuales hasta la planta de tratamiento. Este tipo de diseño innovador permite que las tuberías principales de alcantarillado de vacío se instalen a una profundidad mucho menor que las alcantarillas por gravedad'".
  6. ^ Ver (Gibbs 2016): "Las fugas en una tubería principal o lateral de vacío también son raras... 'Esa es una de las cosas que apreciamos de las alcantarillas de vacío; si hay una fuga en la línea, la presión de vacío succiona todo lo que está alrededor del orificio en lugar de que las aguas residuales se derramen al medio ambiente', señala Read. 'No tenemos que hacer una reparación de la línea parados en las aguas residuales'".
  7. ^ Ver (Gibbs 2016): "Read dijo que su equipo puede detectar la ubicación de pequeñas fugas al observar los datos de diagnóstico en la estación de vacío para determinar el área específica y luego escuchar el sonido de succión del aire que ingresa... 'Normalmente podemos localizar una fuga en menos de 30 minutos. Si no puede encontrarla en 30 minutos, debe ser un orificio muy pequeño'... La reparación de la línea de alcantarillado por vacío generalmente es rápida y fácil, porque las líneas de recolección están enterradas a solo 3 a 4 pies de profundidad. Por lo general, todo lo que se necesita es una pequeña retroexcavadora para excavar una tubería con fugas".
  8. ^ Ver (Gibbs 2015): "Señala que las estaciones de vacío tienen generadores de emergencia que se activan cuando se corta la energía".
  9. ^ "¿Cómo funciona el baño en un avión comercial?". howstuffworks.com . HowStuffWorks. 1 de abril de 2000.
  10. ^ "Inodoro con sistema de vacío para autobuses EVAC". evac-train.com . Evac GmbH.
  11. ^ Véase (Gibbs 2015): "Un paso importante en el esfuerzo de restauración de Kings Bay fue la instalación de un sistema de alcantarillado por vacío en dos fases. El objetivo del proyecto era eliminar de la zona casi 600 fosas sépticas antiguas que contaminaban las aguas subterráneas y contribuían a la acumulación de nitrógeno en la bahía".
  12. ^ Info House [ enlace roto ]
  13. ^ ab Turovskiy, Izrail S.; Westbrook, Jeffrey D. (1 de octubre de 2002). "Avances recientes en el compostaje de lodos de aguas residuales". www.wwdmag.com . Water & Wastes Digest.
  14. ^ http://www.blockislandwater.org/Biosolids-WaterOpsdata/Simmons-Composting%20Biosolids-July2010.pdf [ enlace roto ]
  15. ^ "Compostaje de biosólidos". www.cdaid.org . Ciudad de Coeur d'Alene, Idaho.
  16. ^ ab "KREIS - Kopplung von regenerativer Energiegewinnung mit Innovationr Stadtentwässerung". kreis-jenfeld.de . Archivado desde el original el 29 de diciembre de 2013 . Consultado el 10 de abril de 2016 .(en inglés, a pesar del título en alemán)
  17. ^ "Informe final de la División de Salud Ambiental e Ingeniería del Consorcio de Salud Tribal Nativa de Alaska" (PDF) , energy.gov , Departamento de Energía de EE. UU., septiembre de 2014
  18. ^ Herbst, Heinrich (noviembre de 2009), Ökonomische Bewertung von Abwasserinfrastruktursystemen (PDF) (en alemán)
  19. ^ Véase (Gibbs 2016): "La ciudad de Ocean Shores, Washington, ofrece un caso de prueba valioso para la confiabilidad y resistencia del alcantarillado por vacío. El sistema de vacío de la ciudad es uno de los más grandes del mundo y también es maduro; la mayoría de sus componentes tienen más de 20 años y deben funcionar en un entorno operativo desafiante. Lo que hace que Ocean Shores sea aún más valioso como estudio comparativo de sistemas de alcantarillado es que también tiene sistemas de alcantarillado por gravedad y bombas trituradoras que mantener".
  20. ^ "PCS: Construcción de alcantarillado por vacío". scgov.net . Condado de Sarasota. 13 de octubre de 2007. Archivado desde el original el 13 de octubre de 2007.
  21. ^ "Auge y floración", wwdmag.com , Water and Wastes Digest
  22. ^ "Hoja informativa sobre el sistema de alcantarillado por vacío" (PDF) . ci.carnation.wa.us . Ciudad de Carnation. 23 de mayo de 2004. Archivado desde el original (PDF) el 23 de mayo de 2004.
  23. ^ ab "Alcantarillas de vacío congeladas y lecciones de Europa". flovac.com . Sistemas de alcantarillado por vacío Flovac. 29 de mayo de 2015.

Obras citadas