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DISEÑO DE UN TANQUE IMHOFF

cINDICE I.-Generalidades……………………………………………………..…………………… 2 II.-Objetivos……….…………………………………………………………...…....………4 III.- Antecedentes………………………………………………………………….…...…5 IV.-Marco teórico…………………………………...………….……………..…………..6 V.-diseño de Tanque Imhoff…………………………….......……………………... 11 Ejemplo de aplicación…………………………………………………………………20 VI.-Conclusiones……………………………………...…………………………..…… 26 VII.- Bibliografía………………………………………………………………..……… 26

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I.

GENERALIDADES.

En la presente guía se desarrolla metodologías para poder dimensionar adecuadamente unidades de tratamiento, con sus diferentes parámetros como Tanque Imhoff. A criterio de la persona responsable del proyecto se deja escoger el tipo de unidad que se va a utilizar en los distintos sitios; por esa razón, además se da las ventajas y desventajas de cada unidad y poder mostrar cual es lo más beneficioso para la localidad. En ningún momento la guía va a ser absoluta, periódicamente debe ser sometido a revisiones para actualizarlo a las necesidades existentes en cada momento. En estas revisiones se incluirá las instrucciones necesarias para cualquier nuevo conocimiento que pudiera surgir, que traiga beneficios a la planta de tratamiento. El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos. Para comunidades de 5000 habitantes o menos, los tanques imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran la sedimentación del agua y la digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se llama tanques de doble cámara. Los tanques imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas, sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y de remoción de arenas. El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos: 1. Cámara de sedimentación. 2. Cámara de digestión de lodos. 3. Área de ventilación y acumulación de natas. Durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, son desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación.

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Esquema de un tanque Imhoff. (OPS/CEPIS/05.164) Estas unidades no cuentan con unidades mecánicas que requieran mantenimiento y la operación consiste en la remoción diaria de espuma, en su evacuación por el orificio más cercano y en la inversión del flujo dos veces al mes para distribuir los sólidos de manera uniforme en los dos extremos del digestor de acuerdo con el diseño y retirarlos periódicamente al lecho de secado. Los lodos acumulados en el digestor se extraen periódicamente y se conduce a lechos de secado, en donde el contenido de humedad se reduce por infiltración, después de lo cual se retiran y se disponen de ellos enterrándolos o pueden ser utilizados para mejoramiento de los suelos.

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II.

OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO PRINCIPAL 

Investigar acerca del diseño de un tanque imhoff

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Uso del tanque imhoff



Lugares donde se puede usar el tanque imhoff



Criterios de diseño del tanque imhoff



Mantenimiento de tanque imhoff



Mejoramiento del tanque imhoff

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III.

ANTECEDENTES

Los tanques Imhoff son denominados en honor del ingeniero alemán Karl Imhoff (1876-1965), especializado en aguas residuales, que diseñó un tipo de tanque de doble función (recepción y procesamiento) para las aguas negras.1 Como todo dispositivo para un tratamiento primario, el tanque Imhoff puede ser una parte de una planta para el tratamiento completo, y en tal caso su comportamiento de digestión debe tener una capacidad tanto para los lodos secundarios como para los que recibirá de la sobrepuesta cámara de sedimentación.

Ing. Karl Imhoff

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IV.

MARCO TEÓRICO

4.1. TANQUE IMHOFF: Los tanques Imhoff son también conocidos como tanques de doble acción, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena. Estos tanques se idearon para corregir los dos defectos principales del tanque séptico2: 1. Impedir que los sólidos que se han separado de las aguas negras se mezclen nuevamente con ellas, permitiendo la retención de estos sólidos para su descomposición en la misma unidad. 2. Proporcionar un efluente adaptable a un tratamiento posterior. El contacto entre las aguas negras y los lodos que se digieren anaeróbicamente queda prácticamente eliminado y disminuye el periodo de retención en el tanque.

Tanque de doble acción Los tanques de doble acción pueden ser rectangulares o circulares y se dividen en 3 compartimientos: Cámara de sedimentación. Cámara de digestión de lodos. Área de ventilación y acumulación de natas.

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Esquema de un tanque Imhoff rectangular

Un tanque Imhoff funciona de la siguiente manera: durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, interfieran en el proceso de la sedimentación. Los gases y partículas ascendentes, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, son desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación. Es recomendable invertir la dirección del flujo para evitar la acumulación de lodos en un solo lado del tanque, se debe invertir el flujo cada mes.

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4.2. DEFINICIONES - Afluente: Líquido que llega a una unidad o lugar determinado, por ejemplo el agua que llega a una laguna de estabilización. - Aguas servidas: Todas las aguas de alcantarilla, ya sean de origen domésticos (aguas de las casas habitación, edificios comerciales, etc.) o industrial, una vez que han sido utilizadas por el hombre. - Cámara de digestión: Unidad de los tanques imhoff, donde se almacenan y digieren los lodos. - Cámara de sedimentación: Unidad del tanque imhoff, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables. - Caudal: Volumen de agua que pasa por un punto dado por unidad de tiempo. Se expresa normalmente en l/seg o m3/seg. - Demanda bioquímica de oxígeno (D.B.O.): Cantidad de oxígeno utilizado en la oxidación bioquímica de la sustancia orgánica, en un tiempo y a una temperatura especificada. Depende enteramente de la disponibilidad de materia utilizable como alimento biológico y de la cantidad de oxígeno utilizado por los microorganismos durante la oxidación. - Deshidratación de lodos: proceso de remoción del agua contenida en los lodos. - Eficiencia: Relación entre la capacidad real y la teórica total de una unidad o equipo. Usualmente se expresa en %. - Efluente: Líquido que sale de una unidad o lugar determinado, por ejemplo agua que sale de una laguna de estabilización. - Infiltración: Efecto de penetración o infiltración del agua en el suelo. - Lecho de lodo: Lugar donde se deshidratan los lodos estabilizados provenientes del tanque imhoff. - Lodos: Sólidos que se encuentran en el fondo del tanque imhoff y que son evacuados a un lecho de secado. - Nata: Sustancia espesa que se forma sobre el agua almacenada en el tanque imhoff compuesto por residuos grasos y otro tipo de desechos orgánicos e inorgánicos flotantes. - pH: Concentración de iones de hidrógeno.

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- Sólido Sedimentable: Partícula presente en el agua residual, que tiene la propiedad de precipitar fácilmente. 4.3.

CONSIDERACIONES:

El ingeniero responsable del proyecto, deberá tener las ventajas y desventajas que tiene al emplear el tanque Imhoff para el tratamiento de las aguas residuales domésticas de una población. 4.3.1. Ventajas. • Contribuye a la digestión del lodo, mejor que un tanque séptico, produciendo un líquido residual de mejores características. • No descargan lodo en el líquido efluente. • El lodo se seca y se evacua con más facilidad que el procedente de los tanques sépticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad. • Las aguas servidas que se introducen en los tanques imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separación de las arenas. • El tiempo de retención de estas unidades es menor en comparación con las lagunas. • Tiene un bajo costo de construcción y operación. • Para su construcción se necesita poco terreno en comparación con las lagunas de estabilización. • Son adecuados para ciudades pequeñas y para comunidades donde no se necesite una atención constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos para evitar la contaminación de las corrientes 4.3.2. Desventajas. • Son estructuras profundas. (> 6m). • Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel freático sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando este vacío. • El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgánica y microbiológica. • En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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Conocidas las ventajas y desventajas del tanque imhoff, quedara a criterio del ingeniero encargado del proyecto si es conveniente emplear esta unidad, en la localidad donde desea tratar las aguas residuales de uso doméstico. Cabe resaltar que esta alternativa resulta adecuada en caso de que no se cuente con grandes áreas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, como es el caso de las lagunas de estabilización, además de que el tanque imhoff deberá estar instalado alejado de la población, debido a los malos olores que produce. El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce el DBO en un 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque imhoff se extraen periódicamente se conducen a lechos secados Debido a esta baja remoción de DBO y coliformes, lo que se recomendaría es enviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remoción de microorganismos en el efluente.

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V.

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Para el dimensionamiento de tanque imhoff se tomaría en consideración los criterios de la Norma S090 “Planta Tratamiento de Agua Residuales” del Reglamento Nacional de Construcción.

5.1. Diseño del sedimentador. El sedimentador se construirá de la misma forma que el digestor, la parte inferior tendrá forma de V, con una pendiente con un ángulo de 50° a 60°, una abertura que puede variar de .15 a .20 m y uno de los lados prolongados con una longitud de .15 a .20 m. La parte exterior de la pared del sedimentador deberá distar mínimo 1m de la parte interior de la pared de la cámara de almacenamiento. 3

• Caudal de diseño (m /hora)

Dotación en litro/hab/día 2

• Área del sedimentador. As (m )

Donde: 3

2

Cs: carga superficial, igual a 1m / (m * hora) 3

• Volumen del sedimentador. Vs (m )

R = Periodo de retención hidráulica, entre 1.5 a 2.5 horas (recomendable 2 horas). → El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente de los lodos respecto a la horizontal tendrá de 50° a 60°. → En la arista central se debe dejar una abertura para paso de sólidos removidos hacia el digestor, esta abertura será de .15 a .20m.

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→ Uno de los lados deberá prolongarse de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso de gases y sólidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situación que reducirá la capacidad de remoción de sólidos en suspensión de esta unidad de tratamiento

Diseño de Sedimentador.(OPS/CEPIS/05.164) 

Longitud mínima del vertedero de salida. Lv (m).

Donde: 3

Qmax: Caudal máximo diario de diseño, en m /día. 3

Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m / (m*día) (Recomendable 250)

5.2. Diseño del digestor. 3

• Volumen de almacenamiento y digestión. Vd (m ) Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de lodos (cámara inferior) se tendrá en cuenta lo siguiente.

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Donde: Fcr: factor de capacidad relativa P: población.

Figura: Diseño de digestor.(OPS/CEPIS/05.164) → El fondo de la cámara de digestión tendrá la forma de un tronco de pirámide invertida (tolva de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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→ Las paredes laterales de esta tolva tendrán una inclinación de 15° a 30° con respecto a la horizontal. → La altura máxima de los lodos deberá estar .50m por debajo del fondo del sedimentador. → Para quitar e impedir la acumulación de gases, se colocara un tubo de hierro fundido de 200mm de diámetro, en posición aproximadamente vertical, con su extremo inferior abierto a unos 15cm por encima del fondo del tanque. • Tiempo requerido para digestión de lodos. El tiempo requerido para la digestión de lodos varia con la temperatura, para esto se empleará la tabla 2.

• Frecuencia del retiro de lodos. Los lodos digeridos deberán retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia de retiros de lodos se usaran los valores consignados en la tabla 2. La frecuencia de remoción de lodos deberá calcularse en base a estos tiempos referenciales, considerando que existiría una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos, estos últimos ubicados al fondo del digestor. De este modo el intervalo de tiempo entre extracciones de lodos sucesivas deberá ser por lo menos el tiempo de digestión a excepción de la primera extracción en la que se deberá esperar el doble de digestión.

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5.3. Extracción de lodos. → El diámetro mínimo de la tubería para la remoción de lodos será de 0.20 m y deberá estar ubicado 0.15m por encima del fondo del tanque. → Para la remoción se requerirá de una carga hidráulica mínima de 1.80 m.

Extracción de lodos.(OPS/CEPIS/05.164) 5.4. Área de ventilación y cámara de natas. Para el diseño de la superficie libre entre las paredes del digestor y el sedimentador (zona de espuma o natas) se tendrán en cuenta los siguientes criterios. → El espaciamiento libre será de 1m como mínimo. → La superficie total será por lo menos 30% de la superficie total del tanque. → El borde libre será como mínimo de 0.30m. → Las partes de la superficie del tanque deberán ser accesibles, para que puedan destruirse o extraerse las espumas y los lodos flotantes

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Ventilación.(OPS/CEPIS/05.164) 5.5. LECHOS DE SECADO DE LODOS. Los lechos de secado de lodos son generalmente el método más simple y económico de deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos), lo cual resulta ideal para pequeñas comunidades. Pueden ser construidos de mampostería, de concreto o de tierra (con diques), con profundidad total útil de 50 a 60 cm. El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6m, pero para instalaciones grandes pueden sobrepasar los 10m. El medio de drenaje es generalmente de 0.30m de espesor y deberá tener los siguientes componentes: 

El medio de soporte recomendado está constituido por una capa de 0.15m formada por ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una separación de 0.02 a 0.03m llena de arena.



La arena es el medio filtrante y deberá tener un tamaño efectivo de 0.3 a 1.3 mm



Debajo de la arena se deberá colocar un estrato de grava graduada hasta .20m de espesor.

Carga de sólidos que ingresa al sedimentador C (kg de SS/día).

Donde: SS: sólidos en suspensión en el agua residual cruda en mg/l. Q: caudal promedio de aguas residuales.

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Figura: LECHO DE LODOS 2.4. MANTENIMIENTO Y LIMPIEZA. a) ZONA DE SEDIMENTADOR. Toda la superficie de agua del sedimentador debe estar libre de la presencia de sólidos flotantes, espumas y materiales asociados a las aguas residuales, así como de material adherido a las paredes de concreto y superficies metálicas con el cual los sólidos están en contacto. El material tiende a acumularse rápidamente sobre la superficie del tanque y debe ser removido con el propósito de no afectar la calidad de los efluentes, por lo que ésta actividad deber recibir una atención diaria retirando todo el materia existente en la superficie de agua del sedimentador. La recolección del material flotante se efectúa con un desnatador.

Mantenimiento de sedimentador

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Las estructuras de entrada y salida deben limpiarse periódicamente, así mismo los canales de alimentación de agua residual deben limpiarse una vez concluida la maniobra de cambio de alimentación con el propósito de impedir la proliferación de insectos o la emanación de malos olores. Semanalmente o cuando las circunstancias lo requieran, los sólidos depositados en las paredes del sedimentador deben ser retirados inmediatamente. La grasa y los sólidos acumulados en las paredes a la altura de la línea de agua deben ser removidos. b) ZONA DE VENTILACION. La zona de ventilación de la cámara de digestión, debe encontrarse libre de natas o de sólidos flotantes, que hayan sido acarreados a la superficie por burbujas de gas. Para hundirlas de nuevo, es conveniente el riego con agua a presión, sino se lo logra esto, es mejor retirarlas y enterrarlas inmediatamente. Esta actividad debe realizarse mensualmente.

Figura: Mantenimiento de la ventilación. Generalmente se ayuda a corregir la presencia de espuma, usando cal hidratada, la cual se agrega por las áreas de ventilación. Conviene agregar una suspensión de cal a razón aproximada de 5kg. Por cada 1000 habitantes.

Figura: Mantenimiento de la ventilación. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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c) Zona de Digestión de lodos. Evaluación del lodo. Es importante determinar constantemente el nivel de lodos para programar su drenaje en el momento oportuno. Cuando menos una vez al mes, debe determinarse el nivel al que llegan los lodos en su comportamiento. Para conocer el nivel de lodos se usa una sonda. La que hace descender cuidadosamente a través de la zona de ventilación de gases, hasta que se aprecie que lamina de las sonda toca sobre la capa de los lodos. Los lodos digeridos se extraen de la cámara de digestión abriendo lentamente la válvula de la línea de lodos y dejándolos escurrir hacia los lechos de secado. Los lodos deben extraerse lentamente, para evitar que se apilen en los lechos de secado, procurando que se destruyan uniformemente en la superficie de tales lechos. Se recomienda que en cada descarga de lodos, se tome la temperatura del material que se está escurriendo, lo mismo que la temperatura ambiente. Con esto se tiene una indicación muy valiosa de las condiciones en que se está realizando la digestión. Como los tanques de doble acción no tienen partes mecánicas es necesario prestar atención a: a) Eliminar diariamente las grasas, natas y sólidos flotantes del compartimiento de sedimentación. b) Rasparas las paredes del tanque con un cepillo de goma. c) Limpiar semanalmente la ranura del compartimiento de sedimentación con una rastra de cadenas. d) Cambiar el flujo por lo menos una vez al mes. e) Controlar las natas rompiéndolas y manteniéndolas húmedas. Se retiran del tanque cuando su espesor llega a los 60-90cm. f) La descarga de lodos debe hacerse cuando este a 45 cm de la ranura del compartimiento de sedimentación, mediante una bomba y mangueras. g) Después de la descarga de los lodos, se llenan las tuberías con agua o aguas residuales para evitar la obstrucción de la tubería. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

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h) Se debe evitar la formación de espumas. Cuando se forma espuma, quiere decir que las aguas negras tienen un pH muy ácido; puede corregirse mediante tratamiento de agua con cal.    

La cal hidratada se agrega por los respiraderos del tanque. El valor del pH en la mezcla de lodos y cal no debe de pasar de 7.6 Dejar reposar el tanque durante algunos días Agitar por los respiraderos con chorros de agua o paletas. Bajar la temperatura de los lodos durante algunos días

El equipo que generalmente se utiliza para la operación y mantenimiento de los tanques de doble acción son:   

Limpiadores de ranura Rastrillos Desnatadora

Equipo necesario para los tanques de doble acción

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Ejemplo de aplicación Se desea implantar un sistema de tratamiento de aguas residuales mediante el empleo de un tanque imhoff. La población es de 2000 habitantes, tiene una dotación de 150 litros/hab/día, un porcentaje de contribución al desagüe de 80%, contribución de sólidos suspendidos de 70 gr de SS/h/d, la temperatura del mes más frio es 10°C. SOLUCIÓN

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VISTA DEL TANQUE IMHOFF

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VI.

CONCLUSIONES



El diseño de un tanque imhoff consiste en una consecución de pasos y cálculos para el diseño de diferentes partes como el sedimentador, etc.



Para los criterios de diseño del tanque imhoff que se deben tener en cuenta de acuerdo a la dimensión, zona de ubicación y



El uso de los tanques imhoff estos especialmente derivados a zonas rurales y que no tienen el espacio o lugar adecuado para una planta de tratamiento de aguas servidas.



Para el mantenimiento del tanque imhoff se debe prescindir de una persona con el implemento de necesario como protección y herramientas que se utilizaran para su limpieza.

VII.

BIBLIOGRAFIA



Reglamento nacional de construcciones. Norma de Saneamiento S.090 “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales”. Edición Enero de 1997.



Sáenz Forero, Rodolfo, “Consideraciones en relación con el uso de lagunas de estabilización para el tratamiento de aguas residuales”.



Harol E. Babbitt, Profesor Emerito de Ing. Sanitaria en la Universidad de Illinois,” Alcantarillado y tratamiento de Aguas Negras”, año 1961.



Gastolum Ramos, Enrique, “Teoría de los procesos de tanque imhoff”.



Ing. Rodolfo Sáenz Forero – CEPIS/OPS – 1985, “Lagunas de estabilización y otros sistemas simplificados para el tratamiento de aguas residuales”



George E. Barnes. Tratamiento de Agua Negras y Desechos Industriales

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