Sistema de aprovechamiento de agua lluvia y aguas residuales

En esta ocasión veremos un proyecto muy interesante en el que completamos y mejoramos un sistema de aprovechamiento de agua lluvia aguas grises (lavamanos, ducha, lavadero, lavaplatos) y aguas negras (sanitario) en una casa de campo.

La idea general era satisfacer el 100% de las necesidades de agua de la casa con agua lluvia, usar las aguas grises (tratadas) para vaciar los sanitarios y usar las aguas negras (tratadas) para fertilizar un área de cultivo.

El sistema hizo más sostenible, autónoma y ecológica la casa, sin contaminar fuentes de agua, el suelo ni el subsuelo, toda el agua es aprovechada y nunca se desperdicia.

Una parte del sistema había sido diseñada y montada en la construcción de la casa, pero faltaban varias cosas para que pudiera funcionar, ahí es donde entramos nosotros.

Casa finca el Champo
Fachada baja de la casa – habitaciones y baño.

El sistema completo tiene varias partes, que iremos detallando más adelante:

  • Captación y almacenamiento de agua lluvia.
  • Tratamiento de aguas grises con biofiltro
  • Almacenamiento de aguas grises.
  • Aprovechamiento de aguas grises en los sanitarios.
  • Bombeo de aguas con energía solar.
  • Tratamiento de aguas negras.
  • Aprovechamiento de aguas negras en un cultivo.
  • Respaldo con agua de un reservorio.

El techo de la casa y los conductos de desagüe de agua lluvia (bajantes) fueron diseñados para recolectar agua, de modo que una tubería conduce toda el agua que cae, a un par de tanques de 2000 litros (4000 l en total). El área de captación es de 206 m², lo que se tuvo en cuenta para calcular si los tanques eran suficientes para abastecer las necesidades de agua de los habitantes.

También los desagües fueron diseñados para separar aguas grises de los de aguas negras. Cuando hicimos la inspección del proyecto, las aguas grises pasaban por unas trampas de grasas y después se almacenaban directamente a un tanque, sin tratamiento alguno. Solamente se había pensado en un caja de inspección de unos 40 litros llena de gravilla, la cual no ayuda mucho tratar el agua.

tanques_agua
Tanques para agua lluvia (pareja a la derecha) y aguas grises

En un pequeño morro, a 35 m de los tanques de captación y 15 m más alto, se montaron unos tanques para abastecer la casa, a los que se debe bombear el agua de los tanques más abajo.

Tanques superiores para abastecimiento
Tanques superiores para abastecimiento de la casa, los dos más grandes son para agua lluvia y el pequeño para aguas grises tratadas

Se trata de dos tanques plásticos de 2000 litros (4000 en total) que alimentan las tuberías de agua potable de la casa con agua lluvia y uno de 500 litros que alimenta los sanitarios con aguas grises tratadas.

La otra parte que había sido montada era un sistema de tratamiento parcial de aguas negras. Primero un pozo séptico Imhoff de plástico y un filtro anaerobio fe flujo ascendente FAFA, también de plástico. La salida de este último estaba conectada a un hueco de 5 m de largo x 2,5 m de ancho y 1,4 de profundo para alimentar un humedal artificial, lo cual no es apropiado para este tipo de aguas.

Tapas pozo septico FAFA
Tapas del pozo séptico y el FAFA
Fafa
Fitro Anaerobio de Flujo Ascendente – FAFA
Pozo séptico Imhoff
Pozo séptico Imhoff
Hueco
Hueco para humedal artificial

El montaje del sistema había llegado hasta ese punto en la obra de la casa, una excelente base para completar y mejorar.

Después de nuestra evaluación, pasamos a diseñar el sistema de bombeo impulsado por energía solar (paneles fotovoltaicos), que incluyó el diseño de un soporte especial para los paneles.

Tendimos el cableado debidamente protegido con tubos flexibles y cajas de paso adaptadas para intemperie.

Tendiendo manguera
Eduardo tendiendo la manguera para conducir los cables de los sensores de nivel de agua
Caja de paso
Caja de paso para cableado adaptada para intemperie
Conduit
Tubería verde para cables de las bombas
Coraza sensores
Tubo flexible «coraza» para cables de sensores

Instalamos unas bombas de superficie especiales (24 V DC, 120 W, 25 m H), que vienen con un controlador con la opción de funcionar directo con los paneles fotovoltaicos (más conocidos como panles solares) sin baterías. Esto nos permitió ahorrar costos y determinamos que es perfectamente posible debido al margen que nos da la capacidad de los tanques.

Bombas
Bombas montadas

Se instalaron dos paneles solares fotovoltaicos de 160 W cada uno. Para soportarlos, diseñamos una base ajustable hecha con ángulos de acero que fácilmente se puede se puede hacer con un equipo de soldadura pequeño o se puede mandar a hacer en cualquier taller de ornamentación (taller de soldadura). La base se ancló al suelo con unos cimientos de concreto, sin embargo también es posible sostenerla con contrapesos.

Paneles montados
Paneles fotovoltaicos montados con contrapesos en el soporte.
Montaje paneles
Proceso de montaje de los paneles fotovoltaicos
Base paneles solares
Base ajustable para paneles fotovoltaicos. Permite cambiar el ángulo de acuerdo a la latitud y la época del año.

Para el tratamiento de aguas grises decidimos reemplazar por un biofiltro una sección enterrada de 5 m del tubo que conduce el agua al tanque, aprovechando la zanja que se iba a abrir.

Tubo biofiltro
Desenterrando el tubo de aguas grises para cambiarlo por un biofiltro aprovechando la zanja

Una vez desenterrado el tubo, se arregló la zanja para que tuviera 60 cm de ancho y de profundidad, además de 1% de pendiente. También medimos la diferencia de altura del tubo entre la entrada y la salida, para poderl ajustarla con accesorios y que quedara también al 1%.

Después cubrimos la zanja con unos plásticos viejos, colocamos el plástico que va a impermeabilizar el filtro, más plásticos viejos y por último geotextil. Este último y los plásticos viejos eran sobrantes de la obra de la casa.

Plástico viejo biofiltro
Plástico viejo para el fondo del biofiltro y proteger el plástico que va a impermeabilizar.
Plástico biofiltro
Plástico para impermeabilizar el biofiltro (calibre 7, doble)
Segunda capa plástico biofiltro
Segunda capa de plástico viejo para proteger el plástico impermeabilizante del biofiltro.
Colocando geotextil
Colocando el geotextil en el biofiltro
Geotextil biofiltro
Capa final de geotextil del biofiltro

Después abrimos los huecos en el plástico para pasar los tubos de entrada y salida. Los sellamos con silicona y amarres plásticos.

Silicona tubo biofiltro 1
Aplicamos silicona entre el tubo y el plástico y entre plásticos.
Amarres tubo biofiltro
Amarramos el plástico con amarres plásticos lo más apretados posible
Silicona tubo biofiltro 2
Cortamos los sobrantes de plástico y aplicamos silicona de nuevo.

Después verificamos que todos los plásticos y el geotextil estuvieran bien acomodados y procedimos hacer una prueba para asegurarnos que no hubiera fugas de agua en el plástico (prueba de estanqueidad), simplemente llenado con  agua hasta el máximo, marcando el nivel de agua, esperando unas horas y verificando el nivel.

Marcando nivel de agua del biofiltro
Marcando nivel de agua del biofiltro en el tubo de entrada.
Nivel agua máximo biofiltro
Nivel agua máximo del biofiltro.

Una vez comprobamos que no había pérdidas de agua, empezamos a llenar el biofiltro con gravilla de diferentes grosores. Lo ideal es colocar primero rocas de unos 20-25 cm de radio, sin embargo, una de las ideas era aprovechar los materiales existentes en la finca, en este caso, había dos tipos de gravilla, que fueron los que utilizamos. Primero la gravilla mas gruesa, ocupando 1/3 de la altura y luego la menos gruesa ocupando los 2/3 restantes, hasta que no fuera visible el agua.

Llenando el biofiltro con gravilla
Llenando el biofiltro con gravilla
capa final de gravilla biofiltro
Capa final de gravilla para que no quede agua visible en el biofiltro

Después sembramos diferentes especies de plantas de orilla que habíamos recolectado previamente en el reservorio de la finca. Fueron principalmente cipareaceas, una familia de plantas que lucen parecidas a pastos con flores de tallo con sección triangular. Decidimos no sembrar junco (Typha sp.) porque aquí se comporta como una planta invasiva, que invade y colmata rápidemte los ambientes, algo que no deseamos en el biofiltro.

Sembrando plantas biofiltro
Sembrando plantas en el biofiltro provenientes de la orilla de un reservorio.
biofiltro con plantas sembradas
Biofiltro con plantas sembradas

El  tratamiento de las aguas grises en el biofiltro va a permitir que las aguas grises se puedan almacenar en el tanque destinado para eso, bombear sin problema y reutilizar en los sanitarios.

Para complementar el sistema de tratamiento de aguas negras agregamos dos componentes adicionales: un filtro aerobio de flujo intermitente y una zona de infiltración. Estos se hicieron en el lugar donde se excavó el hueco para el humedal, aprovechando parte de él y rellenando el resto.

EL filtro aerobio de flujo intermitente es una caja con arena gruesa lavada en la que el agua pretratada por el pozo séptico y el FAFA se hace escurrir y sale por la parte inferior, sin permanecer largo tiempo. La idea es que alrededor de los granos de arena se forme una biopelícula de microorganismos aerobios (que necesitan aire para vivir) adaptados a condiciones intermitentes de humedad, que terminen de digerir la materia orgánica y eliminen los parásitos y patógenos humanos, si los hubiera, para que el agua salga tratada y pueda ser aprovechable.

La técnica seleccionada para la caja de este filtro fue el ferrocemento, en la que cemento con arena (mortero) se refuerzan con malla electrosoldada y malla de gallinero. En esta versión, el piso de la caja lo hicimos en concreto (cemento, gravilla y arena), apoyado en una estructura de tablas con dos vigas y en un par de varillas de acero corrugado de 12mm. Todos estos materiales fueron sobrantes de obra, excepto el cemento y una parte de la malla de gallinero,

adecuacionóhueco para filtro aerobio
Adecuación del hueco para la caja del filtro aerobio de flujo intermitente
Molde de madera filtro aerobio
Molde de madera para caja de ferrocemento del filtro aerobio de flujo intermitente
Malla de gallinero para ferrocemento
Malla de gallinero para ferrocemento
Malla electrosoldada para ferrocemento
Malla electrosoldada para ferrocemento
mallas y cajon filtro aerobio
Molde y mallas para ferrocememto de la caja del filtro aerobio de flujo intermitente

Una vez la malla estuvo lista, procedimos a hacer el piso de la caja, cuidando que tuviera un desnivel del 2-3% y que desaguara por el hueco que está en el centro de la parte inferior, opuesto al tubo grande de entrada. Usamos mezcla para concreto (hormigón) proporcionada para obtener resistencia de 200kg/cm² con unos 3 cm de espesor.

guias piso filtro aerobio
Colocación de guías de concreto niveladas a 2% de pendiente para el piso del filtro aerobio.
piso filtro aerobio
Piso del filtro aerobio recién terminado correctamente nivelado para desaguar por el tubo pequeño que se ve a la izquierda.
trapos curado concreto piso filtro aerobio
Curado del concreto con trapos húmedos durante 4 días para evitar grietas y obtener la máxima resistencia.

Las paredes de la caja las hicimos con mortero 2:1 (2 de arena x 1 de cemento) de 2 cm de espesor, siempre cuidando que penetrara bien entre la malla. También lo dejamos curar por 4 días con trapos húmedos, además de plásticos y tablas para dar sombra.

cemento paredes ferrocemento caja filtro aerobio
Colocación del cemento de las paredes de la caja de ferrocemento del filtro aerobio.
caja de ferrocemento filtro aerobio
Caja de ferrocemento del filtro aerobio de flujo intermitente terminada.

Después de que curara bien el cemento, procedimos a llenar la caja, primero con una capa de gravilla de unos 10 cm y el resto con arena gruesa lavada. Antes de cubrir el tubo, le conectamos una T con tubos con huecos para que el agua escurra a lo largo de la caja. Esta y y el tubo también fueron sobrantes de obra.

llenado filtro aerobio gravilla
Llenado del filtro aerobio con una capa de gravilla
llenado filtro aerobio arena
Llenado del filtro aerobio con una capa de arena gruesa lavada
acomodado arena filtro aerobio
Acomodando la arena del filtro aerobio, sin compactar.
Tubo para goteo de agua en la arena
Tubo con huecos para goteo de agua en la arena en el filtro aerobio.
Tubo para goteo de agua en la arena ensamblado
Tubo con huecos para goteo de agua en la arena en el filtro aerobio ensamblado.

Para terminar, llenamos el FAFA con gravilla y rulos de plástico para fomentar el crecimiento de microorganismos anaerobios. Esto hizo que escurriera una buena cantidad de agua en el filtro aerobio y lo preparara para recibir las descargas del uso normal.

filtro aerobio de flujo intermitente - arena incorrecta
Filtro aerobio de flujo intermitente con una gran cantidad de agua infiltrando por la arena, normalmente sólo se vería arena húmeda.

Es importante tener en cuenta que la arena de peña o área muy fina sin lavar no sirve para este filtro, pues se forma un lodo que no deja fluir el agua fácilmente, como se puede ver en la foto de arriba (tuvimos que cambiar la arena).

Para acelerar el establecimiento del sistema, 4 días después de empezar el uso agregamos microorganismos especiales al pozo séptico, FAFA y las trampas de grasas, que se consiguen comercialmente.

Para tener un respaldo, conectamos una manguera del reservorio al tanque superior de de aguas grises tratadas, con un registro y una válvula de flotador, de tal modo que si se abre el registro, no hay posibilidad de que se rebose el agua. De acuerdo a lo previsto en el diseño, la cantidad de agua sería suficiente para no tener necesidad de usarlo, sin embargo siempre es bueno tener más de un elemento para desempeñar una función.

Para terminar, arreglamos algunos detalles estéticos del biofiltro y el filtro aerobio, para que además de funcional, ayudara a la estética del lugar.

Cualquier duda, no duden en preguntar en los comentarios más abajo o pueden ir a la página de contacto.

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