Trabajo-final.docx

Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Ambiental

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE TANQUE IMHOFF I.

DATOS GENERALES a. Integrantes

: Cajo Gómez, Deysi Chaname Cerna, Leydi Flores Cubas, Osvin Gonzales Mestanza, Aldo Pérez Alayo, Birna Sánchez Fernández, Diego

b. Nombre de la Asignatura : Saneamiento y alcantarillado ambiental c. Docente : Ing. Muñico Osorio, Edgard d. Grupo : A e. Ciclo de Estudios : VII f. Ciclo Académico : 2018-I

Chiclayo, Julio del 2018

ÍNDICE 1.

GENERALIDADES ............................................................................................................... 3

2.

TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES ..................................................................... 4

3.

TANQUE IMHOFF ............................................................................................................... 5

4.

FUNCIONAMIENTO ............................................................................................................ 6

5.

COMPONENTES .................................................................................................................. 7

6.

REHUSO DEL EFLUENTE ................................................................................................... 8

7.

DISEÑO ................................................................................................................................. 9

8.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DEL TANQUE IMHOFF ................................... 18

9.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................... 19

10.

ANEXOS ..............................................................................Error! Bookmark not defined.

BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 25

Arce, Luis. «Repositorios de tesis PUCP.» Abril de 2013. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/4568/ARCE_LUIS_ AGUAS_RESIDUALES_RESIDENCIALES.pdf?sequence=1 (último acceso: 25 Junio). Salud, Organización Panamericana de la. «Guía para el diseño de tanques sépticos, tanques imhoff y lagunas de estabilización.» Lima, 2005.

UAP. «Universidad Alas Peruanas.» s.f. http://www.uap.edu.pe/intranet/fac/material/24/20102BT240224E10240108011/201 02BT240224E1024010801120689.pdf.

1. GENERALIDADES El tratamiento de aguas residuales es el proceso de convertir las aguas de desecho, o sea, agua que ya no se necesita o no puede usarse más, en agua limpia que pueda regresarse al ambiente. Las aguas de desecho son el resultado de actividades humanas (como bañarse, usar el inodoro, lavar trastes y ropa) y también de fenómenos naturales, como los escurrimientos de lluvia. El agua resultante está llena de bacterias, químicos nocivos y toxinas. El objetivo del tratamiento es reducir este número de contaminantes a niveles aceptables para poder devolver el agua a ríos y mares. Para ello existen tres tipos de tratamientos residuales el cual se profundizará el proceso de tratamiento del tanque Imhoff. 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. 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.

2. TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES a. Tratamiento primario Se considera como unidad de tratamiento primario a todo sistema que permite remover material en suspensión, excepto material coloidal o sustancias disueltas presentes en el agua. Así, la remoción del tratamiento primario permite quitar entre el 60 a 70% de sólidos suspendidos totales y hasta un 30% de la DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) orgánica sedimentable presente en el agua residual. b. Tratamiento secundario Conocida también como tratamiento biológico requerida para aquellos que descargan residuos al medio ambiente, como ríos u otro cuerpo de agua natural. Este tipo de Tratamiento hace uso de Bacterias para remover materia Biodegradable Disuelta en su Agua Residual. c. Tratamiento terciario Consisten en procesos físicos y químicos especiales con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc.

3. TANQUE IMHOFF Los tanques Imhoff son unidades de sedimentación primaria que tienen como finalidad la remoción de sólidos suspendidos. Es un tanque que dispone de doble cámara y es empleado como unidad de tratamiento de las aguas residuales provenientes de zonas residenciales que cuenten con sistema de alcantarillado o zonas que cuenten con 5000 habitantes o menos. Este tipo de tratamiento primario de las aguas residuales, de fácil operación, fue muy empleado antes de que la digestión de lodos con calentamiento en tanques separados se hiciese común. Estos ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran la sedimentación del agua y a digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se les llama tanques de doble cámara.

Los tanques Imhoff no cuentan con dispositivos para el calentamiento de lodos pero es necesario que las aguas residuales pasen por procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena.

4. FUNCIONAMIENTO Los tanques Imhoff pueden ser rectangulares o circulares, siendo éstos últimos empleados para

el tratamiento

de

aguas

residuales de

pequeño

caudal.

Para el tratamiento de las aguas, un tanque Imhoff dispone de un sedimentador y un digestor de lodos. El proceso de tratamiento de las aguas residuales mediante un tanque Imhoff consiste, básicamente, en la remoción constante de las espumas, en la inversión del flujo de entrada para una distribución uniforme de los sólidos sedimentables en los extremos

del

digestor

y

en

el

drenaje

periódico

de

los

lodos

digeridos.

La estructura de un tanque imhoff está formada por una doble cámara. En la cámara superior se ubica el sedimentador, que tiene la misión de remover los sólidos sedimentables y flotantes del agua, mientras que, en la inferior, se encuentra el digestor, donde se produce la estabilización anaerobia de los lodos.

El sedimentador, ubicado en la parte superior del tanque, tiene como misión la de remover los sólidos sedimentables y flotantes. Por su parte, el digestor ocupa la parte inferior del tanque Imhoff y su función es la estabilización anaeróbica de los lodos sedimentados. El material sedimentable va depositándose en el fondo del sedimentador desde donde pasa a través de su abertura inferior hacia el digestor anaeróbico, donde se producirá su estabilización o mineralización. Por su parte, los flotantes quedan retenidos en la superficie del sedimentador siendo impedido su escape por medio de pantallas ubicadas a la

salida.

Los gases que se producen a consecuencia del proceso de digestión de los lodos ascienden

a la superficie y escapan por la zona de ventilación. El diseño de la abertura ubicada en la parte inferior del sedimentador evita que los gases y los sólidos arrastrados por ellos ingresen

nuevamente

a

la

cámara

de

sedimentación.

Los lodos mineralizados, con aproximadamente 95% de humedad, son dispuestos en lechos de secado como un fluido ligeramente viscoso, inodoro y de color negruzco. Allí, se secan hasta alcanzar una humedad manejable que permita su aprovechamiento o disposición final. Las aguas resultantes del secado de los lodos son retornadas al sistema de tratamiento o, en su defecto, infiltrados en el subsuelo, evaporadas o tratadas en pequeñas lagunas de estabilización.

5. COMPONENTES

ALDO

6. REHUSO DEL EFLUENTE OSVIN

7. DISEÑO Para el dimensionamiento de tanque IMHOFF se toma en consideración los criterios de la Norma S090 “Planta Tratamiento de Agua Residuales” del Reglamento Nacional de Construcción. Un tanque IMHOFF típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos: a) Cámara de sedimentación. b) Cámara de digestión de lodos. c) Área de ventilación y cámara de natas. Además de estos compartimientos se tendrá que considerar el diseño el lecho de secados de lodos.

a. Diseño del sedimentador 

Caudal de diseño (Qp, m³/hora)

𝑄𝑝 =

𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑥 𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑥 %𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 1000

Donde: Dotación: lt/hab/día 

Área del sedimentador (As, m²)

𝐴𝑠 =

𝑄𝑝 𝐶𝑠

Donde: Cs (carga superficial) = 1 

𝑚3 𝑚2 𝑥ℎ𝑜𝑟𝑎

Volumen del sedimentador (Vs, m³)

𝑉𝑠 = 𝑄𝑝 𝑥 𝑅 Donde: R es el período 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 lados respecto a la horizontal tendrá de 50° a 60°.  En la arista central se debe dejar una abertura para paso de los sólidos removidos hacia el digestor, esta abertura será de 0,15 a 0,20 m.  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.



Longitud mínima del vertedero de salida (Lv, m)

𝐿𝑣 =

𝑄𝑚𝑎𝑥 𝐶ℎ𝑣

Donde: Qmax: Caudal máximo diario de diseño (m³/día) 𝑚3

Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m ( 𝑚 𝑥 𝑑í𝑎 ), recomendable 250 m

b. Diseño del digestor 

Volumen de almacenamiento y digestión (Vd, m³). Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de lodos (cámara inferior) se tendrá en cuenta la siguiente tabla:

𝑉𝑑 =

70 𝑥 𝑃 𝑥 𝑓𝑐𝑟 1000

Donde: fcr: factor de capacidad relativa P: Población

 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.  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 0,50 m por debajo del fondo del sedimentador.



Tiempo requerido para la digestión de lodos El tiempo requerido para la digestión de lodos varia con la temperatura, para esto se empleará la siguiente tabla:



Frecuencia de retiro de lodos Los lodos digeridos deberán retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia de retiros de lodos se usarán los valores consignados en la tabla anterior. La frecuencia de remoción de lodos deberá calcularse en base a estos tiempo referenciales, considerando que existirá 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 tiempo de digestión.



Extracción de lodos  El diámetro mínimo de la tubería para la remoción de lodos será de 200 mm y deberá estar ubicado 15 cm por encima del fondo del tanque.  Para la remoción se requerirá de una carga hidráulica mínima de 1,80 m. c. 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 1,0 m como mínimo.  La superficie libre total será por lo menos 30% de la superficie total del tanque.  El borde libre será como mínimo de 0,30 cm.

d. 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 lo ideal para pequeñas comunidades. 

Carga de sólidos que ingresa al sedimentador (C, Kg de SS/día). 𝐶 = 𝑄 𝑥 𝑆𝑆 𝑥 0.0864 Donde: SS: Sólidos en suspensión en el agua residual cruda, en mg/l. Q: Caudal promedio de aguas residuales. A nivel de proyecto se puede estimar la carga en función a la contribución percápita de sólidos en suspensión, de la siguiente manera:

𝐶=

𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑥 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑐á𝑝𝑖𝑡𝑎 ( 1000

𝑔𝑟 𝑆𝑆 ) ℎ𝑎𝑏 𝑥 𝑑í𝑎

 En las localidades que cuentan con el servicio de alcantarillado, la contribución percápita se determina en base a una caracterización de las aguas residuales.  Cuando la localidad no cuenta con alcantarillado se utiliza una contribución 𝑔𝑟 𝑆𝑆

percápita promedio de 90 ℎ𝑎𝑏 𝑥 𝑑í𝑎



Masa de sólidos que conforman los lodos (Msd, en Kg SS/día) 𝑀𝑠𝑑 = (0.5 ∗ 0.7 ∗ 0.5 ∗ 𝐶) + (0.5 ∗ 0.3 ∗ 𝐶)



Volumen diario de lodos digeridos (Vld, en litros/día).

𝑉𝑙𝑑 =

𝑀𝑠𝑑 % de sólidos ρlodo x ( ) 100

Donde: ρlodo: Densidad de los lodos, igual a 1,04 Kg/l. % de sólidos: porcentaje de sólidos contenidos en el lodo, varía entre 8 a 12%. 

Volumen de lodos a extraerse del tanque (Vel, en m³)

𝑉𝑒𝑙 =

𝑉𝑙𝑑 𝑥 𝑇𝑑 1000

Donde: Td: Tiempo de digestión, en días 

Área del lecho de secado (Als, en m²)

𝐴𝑙𝑠 =

𝑉𝑒𝑙 Ha

Donde: Ha: Profundidad de aplicación, entre 0,20 a 0,40m

 El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6 m., pero para instalaciones grandes puede sobrepasar los 10 m. Alternativamente se puede emplear la siguiente expresión para obtener las dimensiones unitarias de un lecho de secado (Tratamiento de Aguas Negras y Desechos Industriales) 𝑚3 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑜𝑟 ( ) 𝑚2 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜 #𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 = Número de aplicaciones (años) 𝑥 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑢𝑛𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚) habitante

Considerando el número de aplicaciones al año, verificar que la carga superficial de sólidos aplicado al lecho de secado se encuentre entre 120 a 200

𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑚2 𝑥 𝑎ñ𝑜

e. Medio de Drenaje El medio de drenaje es generalmente de 0,30 de espesor y debe tener los siguientes componentes:  El medio de soporte recomendado está constituido por una capa de 15 cm. Formada por ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una separación de 2 a 3 cm llena de arena.  La arena es el medio filtrante y debe tener un tamaño efectivo de 0,3 a 1,3 mm, y un coeficiente de uniformidad entre 2 y 5.  Debajo de la arena se deberá colocar un estrato de grava graduada entre 1,6 y 51 mm (1/6” y 2”) de 0,20 m de espesor.

VISTA DEL LECHO DE SECAD

8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DEL TANQUE IMHOFF 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.  El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce el DBO en un 25 a 35%. 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. Tratamiento de Aguas residuales en Pequeñas Comunidades.  El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgánica y microbiológica.

9. CONCLUSIONES 

Esta alternativa es adecuada en el caso que no se cuente con grandes áreas de terreno, para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas.



Este sistema (tanque Imhoff), deberá ser instalado alejo de la población, debido a que produce malos olores, por la digestión de los lodos.



Su uso es recomendado para comunidades pequeñas, limitado a poblaciones menores a 5000 habitantes.



No presenta problemas mecánicos, es muy fácil de operar y elimina de un 40-50% de los sólidos suspendidos.

10. ANEXOS 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:  Caudal de diseño (m3/Hr)

Qp =

2000(150)(0.80) m3 = 240 = 10 m3/Hr 1000 día

 Área del sedimentador (m2)

As =

10 m3/hr m3 hr m2

1

= 10 m2

 Volumen del sedimentador

 Asumimos 2 horas el período de retención Vs = 2 Horas (10m3/Hora) = 20m3 𝑳 =𝟒 𝑨

𝐴 = 4 ∗ 𝐴2 𝐴𝑟𝑒𝑎

𝐴=√

4

= 1.58 = 1.60 𝑚

L=6.4 m 𝑇𝑔 60° =

√3 1

=

ℎ1 1.6 ) 2

(

h1= 1.4 m 𝑉 = 𝑉1 + 𝑉2 𝐴1 =

1 (1.6)(1.4) = 1.12 𝑚2 2

h2=1.25 m  Volumen de alamcenamiento y digestión

Tabla N°01 FACTOR DE CAPACIDAD RELATIVA TEMPERARURA (°C) (fcr) 5 2 10 1.4 15 1 20 0.7 25 0.5

𝑉𝑑 =

70(2000)(1.4) = 196 𝑚3 1000

 Área superficial A total= 4.10 (6.4) = 26.2 m2  Área de ventilación AL=2(1)(6.4)= 12.8 m2  Verificación para ver si representa el 30 % del área total

𝐴𝐿 𝑥100 𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

= 49%

 Calculamos las alturas dentro del digestor 𝑇𝑔30° =

ℎ1 (

4.1 ) 2

h1= 1.2 m 1 𝑉1 = (ℎ1)(4.1)(6.4) 3 𝑉𝑡 = 196 = 𝑉1 + 𝑉2 1 = (4.1)(1.2)(6.4) 3 + 4.1(ℎ2)(6.4) h2= 7.1 m  Longitud mínima del vertedero de salida

𝐿𝑣 =

312 𝑚3/𝑑𝑖𝑎 = 1.3 𝑚 𝑚3 250 𝑚 /𝑑𝑖𝑎

Lecho de secado de lodos  Carga de sólidos que ingresan al sedimentador (kg SS/día)

 Masa de lodos que conforman los lodos (Msd , en kg SS/día)

𝑀𝑠𝑑 = 22.75 𝑘𝑔 𝑆𝑆/𝑑í𝑎 𝜌𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 = 1.05 𝑘𝑔/𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 𝑆% = 12.5%  Volumen diario de lodos dirigidos (Vld, lts/día)

𝑉𝑙𝑑 =0.175 litros/hab/dia  Volumen de lodos al extraerse del tanque (Vel, en m3)

TEMPERARURA (°C) 5 10 15 20 25

Tabla N°02 TIEMPO DE DIGESTIÓN (días) 110 76 55 40 30

𝑉𝑒𝑙 = 26,6 𝑚3  Área del lecho del secado (Als, en m2)

 Se consideró Ha= 0.30 m y un ancho= 6m

𝐴𝑙𝑠 = 89 𝑚2

11. BIBLIOGRAFÍA Arce, Luis. «Repositorios de tesis PUCP.» Abril de 2013. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/4568/ARCE_LUIS_ AGUAS_RESIDUALES_RESIDENCIALES.pdf?sequence=1 (último acceso: 25 Junio). Salud, Organización Panamericana de la. «Guía para el diseño de tanques sépticos, tanques imhoff y lagunas de estabilización.» Lima, 2005. UAP. «Universidad Alas Peruanas.» s.f. http://www.uap.edu.pe/intranet/fac/material/24/20102BT240224E10240108011/201 02BT240224E1024010801120689.pdf.