Inodoro de bajo caudal y…

… el tanque compostero.

INODOROS DE BAJO CAUDAL

– Estos funcionan utilizando para la evacuación de excretas (orines y heces juntos) cantidades de agua tan bajas como tres cuartos de litro por uso. La descarga se hace en forma directa hacia el sistema de tratamiento a utilizar. Esto significa, permitir una condición vertical o con ángulos de descarga no menores a los 45º. Estos inodoros no cuentan con sifones o trampas para evitar la salida de olores hacia el cuarto de baño, por lo que al utilizar estos inodoros se demanda la utilización adicional de extractores mecánicos o eléctricos.

– Los inodoros de bajo caudal se han utilizado en barcos, principalmente en yates y se han adaptado para el uso en viviendas.

– No tienen tanque para el almacenamiento de agua, sino que están conectados directamente a la línea de abastecimiento. Tienen una válvula especial que controla el ingreso del agua, y a través de la misma, el agua se lleva hasta la taza. Con esa válvula se controla la cantidad de agua que la persona quiere colocar en la taza antes de usarla. Así como, esa válvula permite el flujo de una pequeña cantidad adicional, al agua de la descarga, para el “enjuague” o limpieza posterior de este inodoro.

– La taza es de cerámica, semejante a los inodoros tradicionales.

– Este inodoro tiene un “pedal” o palanca con el que funciona la válvula para el ingreso de agua, como para accionar la compuerta esférica por donde salen las descargas.

– De esa manera, al subir la palanca se carga el agua y al moverla hacia abajo, se vacía el inodoro.

EL TANQUE COMPOSTERO

El compostaje es la degradación de la materia en la presencia de organismos aerobios. Este es un proceso muy simple que se da siempre que la materia esta expuesta a oxígeno y humedad: en el bosque, en los desechos apilados de los jardines, en la corta de césped y de malezas.

En los tanques composteros la degradación de la materia se realiza con la participación de organismos mesofílicos. Siendo líderes de este trabajo un gran rango de bacterias y hongos. Pudiendo también participar otra cantidad de invertebrados, tales como las lombrices californianas, las que al colocarse en el proceso ayudan con el transporte de oxígeno y de humedad a través del material en compostaje, así como son de gran ayuda en el proceso de la degradación física y química.

Los patógenos humanos no son en realidad eliminados por la temperatura que se logra dentro de un tanque compostero, sino gracias a la intervención de microorganismos depredadores y a consecuencia de los largos períodos de retención que se promueven en estos sistemas. La mayoría de los microorganismos patógenos son anaerobios, por lo que al desarrollar un manejo aerobio en el compostaje, igualmente se esta creando un ambiente agresivo y destructor para ellos.

Otro aspecto, de carácter químico importante dentro de un tanque compostero es la transformación del nitrógeno contenido en los desechos humanos. La mayoría del nitrógeno esta en la orina en forma de urea. En el compostero, la urea se transforma en amonia y dióxido de carbono, al participar bacterias y hongos. Así al pasar por la masa, casi toda la amonia primero se convierte en nitritos y luego en nitratos. Los nitratos, serán los compuestos que servirán de nutrientes para las plantas. Por ello, el producto final es un material que huele a “tierra mojada” rico en elementos que contribuyen con las características del suelo natural, mejorando su condición física y disponibilidad de elementos nutrientes para las plantas. Los líquidos efluentes, también ricos en nutrientes, son un fertilizante orgánico natural que igualmente puede ser aplicado a diferentes plantas.

Los gases que este proceso exhala son dióxido de carbono y vapor de agua. Los mismos que normalmente existen en el aire y comúnmente son exhalados por las personas.

El principio de tratamiento para las excretas, en este tipo de tanques, es el de compostaje aerobio. Técnica que se garantiza al agregar material orgánico adicional a las excretas humanas y balancear de esa manera las contribuciones de nitrógeno dadas por los orines. El material orgánico adicional que se propuso para este proyecto es “borucha” de madera suave, la cual a la vez permitirá incrementar la relación de vacíos en la materia, para la mejor aireación. El flujo de aire se garantiza por medio de agujeros en los costados del tanque y la colocación de ventiladores eléctricos que actúan como extractores de los gases y del aire que fluye. La característica funcional principal de este tipo de tanques, se centra en una estructura interna por medio de la cual se separan los sólidos de los líquidos. Este es un tipo de entrepiso con agujeros que permiten el paso de los fluidos hacia el nivel inferior. Cuenta con una abertura superior para el mezclado y homogenización manual de la materia, tanto las heces como la borucha. Estos tanques cuentan con una abertura inferior para la extracción de los materiales ya procesados (compost) y otra para la salida de los fluidos.

Los procesos de descomposición y de compostaje.

Desde que aparecieron los animales en la Tierra, las heces y los orines se han depositado sobre el terreno. Así los microorganismos en el suelo se desarrollaron para tomar ventaja de esta materia y de sus nutrientes.

Cuando ese proceso natural ocurre en un ambiente controlado, a esto se le llama Compostaje. Entonces, el compostaje es un método del manejo de desechos donde los materiales de origen orgánico son degradados por microorganimos comunes del suelo hasta un estado donde ese material podrá ser aplicado a la tierra sin impacto negativo al medio. Al utilizar “compost” como un acondicionador del suelo, las propiedades del suelo se mejoran y los nutrientes que contiene son aprovechados por las plantas. El compostaje requiere de un recipiente, de oxígeno, de la correcta humedad, del apropiado rango de temperatura, de organismos aeróbicos y de tiempo.

La degradación aeróbica o aerobia es el proceso de degradación primario en suelos porosos. Por lo que la meta del compostaje es asegurar condiciones aeróbicas plenas tan integralmente como se pueda.

Las propiedades físicas y químicas del material a compostear y las temperaturas a obtener afectan directamente la efectividad y cobertura de la actividad microbiana, en todo este proceso. Las variables más significativas en el compostaje de excreta humana se enlista a continuación:

Tamaño de las partículas del sustrato. El tamaño de las partículas, determina a la vez la cantidad del área superficial accesible para el ataque de los diferentes organismos involucrados. Así partículas más pequeñas representan más superficie para las bacterias, permitiéndose una degradación rápida y más completa. El mezclado de excretas con material “diluyente” (formador de vacíos) y el rompimiento de “pelotas” forma fragmentos pequeños de compost. Esto permite un compost fino, compuesto de boronas formadas por partículas muy finas.

Vacíos entre partículas. Los vacíos entre partículas representan una fracción significativa del volumen total del compost. Estos espacios de aire son la fuente principal del oxígeno que utilizan los microorganismos para la degradación. Por ello, el “volteo” o revolvimiento de la masa de materia bajo el proceso de compostaje puede reducir el aglutinamiento (pelotas) de partículas y la compactación, permitiendo a la vez el ingreso de aire fresco al interior de la pila de material.

Contenido de humedad. El contenido de humedad en el compost es crítico. Un contenido de humedad del 60% por peso, es lo mejor para un rápido compostaje aeróbico. Debajo de ese nivel, la materia es muy seca para el rápido crecimiento de microorganismos, en consecuencia el proceso de compostaje entonces reduce su velocidad de trabajo y se provoca el encapsulamiento de los patógenos (conversión a una forma temporal inactiva, protegidos por un recubrimiento duro). Por otro lado, valores mayores a ese 60 %, se empieza a recoger o empozar agua y parte de la masa entra en estado anaerobio. No es muy complicado mantener un contenido optimo de humedad en uno de estos sistemas, colocando los correctos medios de drenaje de líquidos y permitiéndose así la autorregulación de la pila (materia acumulada bajo tratamiento).

Temperaturas. Las temperaturas que se obtienen en el compostaje dependen de la forma, tamaño y composición de la materia en proceso, así como de su propio contenido de humedad y de la forma como se realice el manipuleo. Compostaje mesofílico. Ocurre cuando los materiales de desecho se agregan poco a poco, en forma lenta. Las temperaturas oscilan entre 10º C y 45º C. Compostaje termofílico. Este proceso puede ocurrir después del mesofílico, en una masa grande de material no degradado que conserva el calor generado por el proceso anterior. En esta etapa intervienen bacterias amantes del calor o termo- fílicas, donde las temperaturas pasan de los 50º C, hasta valores tan altos como 75º C. Este tipo de compostaje es la meta para sistemas que se manejan por tandas, tipo batch y en volúmenes municipales.

Elementos nutritivos. Los microorganismos utilizan un arreglo bastante amplio de elementos nutritivos, los cuales en su mayoría se encuentran en las excretas humanas. Los que se utilizan en grandes cantidades se llaman macro-nutrientes e incluyen al carbón (C), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K). La destrucción de los patógenos es más efectiva cuando los nutrientes presentes en la materia bajo proceso mantiene un balance muy aproximado entre ellos, de manera que el proceso de compostaje puede utilizarlos a todos o a casi todos los elementos que haya disponibles. Cuando se realiza el compostaje de excreta humana, un balance óptimo se crea al agregar un material generador de volumen (diluyente formador de vacíos, por ejemplo, cáscara de árboles, picadura de madera, etc.) con alto contenido de Carbón, dado que la excreta humana posee los otro macro nutrientes en proporciones apropiadas.

Razón de Carbón a Nitrógeno. La proporción Carbón:Nitrógeno (C:N) es la clave para el correcto balance de nutrientes.

Si se da un exceso de Carbón sobre la presencia de Nitrógeno (razón C:N muy grande) los procesos celulares se retardan. En ese caso el Nitrógeno es el elemento limitante. Esto sucede cuando un material de relleno con alta razón C:N, tal como el aserrín, se utiliza en forma exclusiva o se abusa de su aplicación. También este desbalance puede suceder cuando se realizan igualmente aplicaciones en cantidades exageradas de otros materiales aún con menor razón C:N, tales como picadura de madera o de corteza de árboles. Si el Carbón es el elemento limitante (razón C:N muy baja), el exceso de Nitrógeno se convierte en amonia hasta que el balance de nutrientes se recupere nuevamente. Esto sucede entonces cuando no se esta agregando suficiente material de relleno. Una razón C:N baja, típicamente conduce a condiciones anaerobias y producirá olores a amonia en asocio con esos procesos de reducción anaerobios que estarán sucediendo.

Una razón C:N entre 25:1 y 30:1, es óptima para el compostaje aerobio de excreta humana. En realidad no se cuenta con una prueba sencilla y práctica para determinar que sí se ha logrado la razón C:N dentro de ese rango. Pero, afortunadamente eso se logra cuando se agrega por ejemplo cáscara de árbol (en una razón C:N entre 100:1 y 150:1) como la cantidad requerida para regular el nivel de humedad del compost. Lo que si esta claro es que al manejarse en razones mayores y cercanas a las apropiadas no se detendrá el proceso de compostaje, pero sí lo harán más lento.

De todas formas, si el compost que se prepara empieza a tener un olor semejante al de “tierra mojada”, se estará entonces en una condición bastante cercana a esa relación ideal entre elementos.

Rango del pH. El pH del compost es muy importante ya que los microorganismos que degradan la materia son intolerantes a condiciones ácidas o alcalinas. Así que el valor conveniente debe estar en el rango de un pH entre 6 y 7,5 (el valor de pH igual a 7, es el valor neutro).

Afortunadamente, el asunto del pH no es de gran preocupación, siempre y cuando se este utilizando el material de relleno apropiado. Por ello, no es conveniente agregar cal al “montículo” de material bajo compostaje, o dentro del tanque compostero, ya que se tendrá un medio más alcalino. Lo que estaría sucediendo entonces es un incremento en la producción de amonia y así una significativa pérdida de nitrógeno. El uso de musgo seco o plantas de su tipo con el propósito de secar el exceso de agua, tiende a que la pila de material se acidifique.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y CÁLCULO

El tanque compostero recibirá las excretas (heces y orines) y se incrementarán, en volumen, con el material de relleno. Ambos materiales formarán toda la masa bajo descomposición, con la que se logrará el compost pretendido.

1) De acuerdo a las experiencias que se han observado en otras latitudes (Europa y Estados Unidos) se sabe que la materia en compostaje, sufre un cambio significativo de su volumen. Un determinado volumen de materia en descomposición, al final de un año se ha reducido en un 70%. Por lo que al mantenerse el proceso, se ha encontrado que esa reducción continúa con el paso del tiempo. Esto ha permitido demostrar que al final de 5 años se tiene un 2% del volumen original. Esta particularidad de la descomposición y transformación de la materia sucede dentro del tanque compostero.

2) Otras experiencias nos muestran que la cantidad de excretas humanas, en una semana, aportan un volumen equivalente a 0,2 galones. Esto es una cantidad de 0,757 litros de excreta humana por semana.

A partir de lo cual se hacen las siguientes estimaciones:

Producción de excreta semanal, por casa = 0,757 x 6 = 4,542 litros

Material de relleno semanal por persona = 1 litro

Producción de materia para compostaje por mes, por casa =

M = (0,757 x 6 + 1 x 6) x 4,3 = 45,33 litros

3) La materia al reducirse un 70 % en el primer año, permite una aproximación lineal de un 5,833 % mensual (= 70/12), como factor para la reducción mensual. De esta manera para el caso de 6 personas contribuyendo:

V1 = 45,33 litros                                              Volumen al inicio del mes uno

V12 = 45,33 x 0,30 = 13,60 litros                       Volumen al final del primer año

4) La razón de cambio para el segundo año es de un 53,33 % (100:30 :: X:14; donde esa proporción permite un valor relativo de cambio X = 46,667 %). Para lo que se deduce una aproximación lineal de 4,444 % mensual.

V13 = 13,60 litros                                             Volumen al inicio del mes trece

V24 = 13,60 x 0,467 = 6,35 litros                       Volumen al final del segundo año

5) La razón de cambio para el tercer año es de un 57,14 % (100:14 :: X:6; donde esa proporción permite un valor relativo de cambio X = 42,857 %). Para lo que se deduce una aproximación lineal de 4,762 % mensual.

V25 = 6,35 litros                                              Volumen al inicio del mes veinte y cinco

V36 = 6,35 x 0,428 = 2,72 litros                                    Volumen al final del tercer año

6) La razón de cambio para el cuarto año es de un 50,0 % (100:6 :: X:3; donde esa proporción permite un valor relativo de cambio X = 50,0 %). Para lo que se deduce una aproximación lineal de 4,1667 % mensual.

V37 = 2,72 litros                                              Volumen al inicio del mes treinta y siete

V48 = 2,72 x 0,5 = 1,36 litros                            Volumen al final del cuarto año

7) La razón de cambio para el quinto año es de un 33,33 % (100:3 :: X:2; donde esa proporción permite un valor relativo de cambio X = 66,667 %). Para lo que se deduce una aproximación lineal de 2,7775 % mensual.

V49 = 1,36 litros                                              Volumen al inicio del mes cuarenta y nueve

V60 = 1,36 x 0,667 = 0,91 litros                                    Volumen al final del quinto año

Comportamiento del cambio de volumen

En las siguientes tablas se muestra el acumulado de materia, de acuerdo a las contribuciones mensuales y al proceso de descomposición aerobia pretendido.

Primer año.

El encabezado muestra los meses y los valores anotados son litros.

Segundo año.

El encabezado muestra los meses y los valores anotados son litros.

Tercer año.

El encabezado muestra los meses y los valores anotados son litros.

Al final del tercer año se proyecta una acumulación de 550 litros. Razón por la que el recipiente a utilizar para el tanque compostero, no ha de ser menor a ese volumen para comodidad del acomodo de la materia y facilidad de su manipuleo.

Se ha propuesto la utilización de un tanque no menor a 800 litros.

Especificaciones para el tanque compostero

Características para el tanque compostero, para uso “individual” con inodoros de bajo caudal, para familias de máximo 6-8 personas.

  1. Tener un volumen útil cercano a los 800 litros, no menor a ese valor, ni mayor a 1000 litros.
  2. Ser un recipiente hermético (permitir la entrada y salida de gases solo por los puntos que así se determine), impermeable y resistente a la intemperie normal de medios tropicales (lluvia, sol, temperaturas, etc.). Estará expuesto, colocado en una pequeña losa de concreto sobre la superficie del terreno.
  3. Utilizar materiales que no corroan ante la materia a tratar, los gases a producir, la humedad y el proceso de tratamiento de excretas humanas que se estará dando.
  4. De una altura no mayor a 120 cm. De un ancho no mayor a 120 cm.
  5. Permitir, de la excreta, la separación del material sólido del líquido, por medio de un “entrepiso” perforado, ranurado o poroso.
  6. Contar con la salida apropiada de líquidos por un punto inferior y de esa manera conducirlos hacia donde se les de tratamiento. Esa salida debe tener una unión de PVC para interconectarse a una tubería, de ese mismo material y no menor a 25 mm.
  7. Permitir el sistema de ventilación lateral apropiado, para el ingreso permanente de aire, a través y a lo alto de la masa a acumular. Entrando por ambos lados del recipiente y permitiendo cerrar o abrir el flujo de aire, según se determine la necesidad.
  8. Permitir en un extremo del recipiente, opuesto a las entradas del aire y en la parte superior (en la tapa o techo), la colocación de un “ventilador” eléctrico, de baja potencia y funcionando con corriente alterna. Ventilador calculado para cambiar todo el volumen de aire del tanque en 30 seg, para levantar una carga de presión equivalente no menor a 8 m columna de agua, incluyendo pérdidas y “tiro” apropiado a una vivienda de una planta. Ese ventilador deberá estar colocado y ajustado en uniones de PVC o elementos similares. Dispositivo que deberá ser hermético, de durabilidad apropiada y de fácil acceso, durante labores de mantenimiento o reparación. Permitirá la salida del cable eléctrico, sin perder la hermeticidad.
  9. Contar con una ventana o compuerta para “el acceso de material y manipuleo”. Este acceso será utilizado para introducir el material “separador” o proporcionador de volumen y carga orgánica. Así como para realizar a través de él las acciones de operación requeridos por el proceso de compostaje (revolver y cambiar de posición la masa en proceso de degradación). Esta compuerta luego de las labores que por medio de ella se realicen deberá ser hermética. Estas labores serán, al menos, una vez por semana, utilizando una herramienta semejante a un “rastrillo”.
  10. Contar con una compuerta inferior para la extracción del material ya procesado. Hermética, cuando este cerrada y colocada en el extremo del tanque que sea apropiado para esa labor. Debe permitir el ingreso de una herramienta similar a un “palín”. ß
  11. Contar con al menos una ventana transparente de observación.
  12. Permitir el ingreso de la descarga del inodoro de bajo caudal por la parte superior del tanque (en la tapa o techo) y a una distancia aproximada a un tercio de la longitud horizontal que vaya a tener el tanque, ubicada a partir del extremo opuesto, del lado donde se coloque la ventana o compuerta para “el acceso de material y manipuleo”. Este acceso, para esas descargas, debe ser una unión de PVC de 75 mm nominal, sanitario.
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