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INDICE 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 ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO 1 DISEÑO DE UN TANQUE IMHOFF

DISEÑO DE TANQUE IMHOFF

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DISEO DE UN TANQUE IMHOFF

INDICE

I.-Generalidades.. 2 II.-Objetivos........4III.- Antecedentes....5IV.-Marco terico........6V.-diseo de Tanque Imhoff.......... 11Ejemplo de aplicacin20VI.-Conclusiones..... 26 VII.- Bibliografa.. 26

I. GENERALIDADES.

En la presente gua se desarrolla metodologas para poder dimensionar adecuadamente unidades de tratamiento, con sus diferentes parmetros 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 razn, adems se da las ventajas y desventajas de cada unidad y poder mostrar cual es lo ms beneficioso para la localidad.

En ningn momento la gua va a ser absoluta, peridicamente debe ser sometido a revisiones para actualizarlo a las necesidades existentes en cada momento. En estas revisiones se incluir 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 remocin de slidos suspendidos.

Para comunidades de 5000 habitantes o menos, los tanques imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domsticas, ya que integran la sedimentacin del agua y la digestin de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo tambin se llama tanques de doble cmara.

Los tanques imhoff tienen una operacin muy simple y no requiere de partes mecnicas, sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y de remocin de arenas. El tanque Imhoff tpico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos:

1. Cmara de sedimentacin. 2. Cmara de digestin de lodos. 3. rea de ventilacin y acumulacin de natas.

Durante la operacin, las aguas residuales fluyen a travs de la cmara de sedimentacin, donde se remueven gran parte de los slidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cmara de sedimentacin pasando a la cmara de digestin a travs de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador.El traslape tiene la funcin de impedir que los gases o partculas suspendidas de slidos, producto de la digestin, que inevitablemente se producen en el proceso de digestin, son desviados hacia la cmara de natas o rea de ventilacin.

Esquema de un tanque Imhoff. (OPS/CEPIS/05.164)

Estas unidades no cuentan con unidades mecnicas que requieran mantenimiento y la operacin consiste en la remocin diaria de espuma, en su evacuacin por el orificio ms cercano y en la inversin del flujo dos veces al mes para distribuir los slidos de manera uniforme en los dos extremos del digestor de acuerdo con el diseo y retirarlos peridicamente al lecho de secado.

Los lodos acumulados en el digestor se extraen peridicamente y se conduce a lechos de secado, en donde el contenido de humedad se reduce por infiltracin, despus de lo cual se retiran y se disponen de ellos enterrndolos o pueden ser utilizados para mejoramiento de los suelos.

II. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO PRINCIPAL

Investigar acerca del diseo de un tanque imhoff

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Uso del tanque imhoff

Lugares donde se puede usar el tanque imhoff

Criterios de diseo del tanque imhoff

Mantenimiento de tanque imhoff

Mejoramiento del tanque imhoff

III. ANTECEDENTES

Los tanques Imhoff son denominados en honor del ingeniero alemn Karl Imhoff (1876-1965), especializado en aguas residuales, que dise un tipo de tanque de doble funcin (recepcin 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 digestin debe tener una capacidad tanto para los lodos secundarios como para los que recibir de la sobrepuesta cmara de sedimentacin.

Ing. Karl Imhoff

IV. MARCO TERICO

4.1. TANQUE IMHOFF:

Los tanques Imhoff son tambin conocidos como tanques de doble accin, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remocin de arena. Estos tanques se idearon para corregir los dos defectos principales del tanque sptico2:

1. Impedir que los slidos que se han separado de las aguas negras se mezclen nuevamente con ellas, permitiendo la retencin de estos slidos para su descomposicin 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 anaerbicamente queda prcticamente eliminado y disminuye el periodo de retencin en el tanque.

Tanque de doble accin

Los tanques de doble accin pueden ser rectangulares o circulares y se dividen en 3 compartimientos:

Cmara de sedimentacin. Cmara de digestin de lodos. rea de ventilacin y acumulacin de natas.

Esquema de un tanque Imhoff rectangular

Un tanque Imhoff funciona de la siguiente manera: durante la operacin, las aguas residuales fluyen a travs de la cmara de sedimentacin, donde se remueven gran parte de los slidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cmara de sedimentacin pasando a la cmara de digestin a travs de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la funcin de impedir que los gases o partculas suspendidas de slidos, producto de la digestin, interfieran en el proceso de la sedimentacin.

Los gases y partculas ascendentes, que inevitablemente se producen en el proceso de digestin, son desviados hacia la cmara de natas o rea de ventilacin. Es recomendable invertir la direccin del flujo para evitar la acumulacin de lodos en un solo lado del tanque, se debe invertir el flujo cada mes.

4.2. DEFINICIONES

- Afluente: Lquido que llega a una unidad o lugar determinado, por ejemplo el agua que llega a una laguna de estabilizacin.

- Aguas servidas: Todas las aguas de alcantarilla, ya sean de origen domsticos (aguas de las casas habitacin, edificios comerciales, etc.) o industrial, una vez que han sido utilizadas por el hombre.

- Cmara de digestin: Unidad de los tanques imhoff, donde se almacenan y digieren los lodos.

- Cmara de sedimentacin: Unidad del tanque imhoff, donde se remueven gran parte de los slidos 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 bioqumica de oxgeno (D.B.O.): Cantidad de oxgeno utilizado en la oxidacin bioqumica de la sustancia orgnica, en un tiempo y a una temperatura especificada. Depende enteramente de la disponibilidad de materia utilizable como alimento biolgico y de la cantidad de oxgeno utilizado por los microorganismos durante la oxidacin.

- Deshidratacin de lodos: proceso de remocin del agua contenida en los lodos.

- Eficiencia: Relacin entre la capacidad real y la terica total de una unidad o equipo. Usualmente se expresa en %.

- Efluente: Lquido que sale de una unidad o lugar determinado, por ejemplo agua que sale de una laguna de estabilizacin.

- Infiltracin: Efecto de penetracin o infiltracin del agua en el suelo.

- Lecho de lodo: Lugar donde se deshidratan los lodos estabilizados provenientes del tanque imhoff.

- Lodos: Slidos 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 orgnicos e inorgnicos flotantes.

- pH: Concentracin de iones de hidrgeno.

- Slido Sedimentable: Partcula presente en el agua residual, que tiene la propiedad de precipitar fcilmente.

4.3. CONSIDERACIONES:

El ingeniero responsable del proyecto, deber tener las ventajas y desventajas que tiene al emplear el tanque Imhoff para el tratamiento de las aguas residuales domsticas de una poblacin.

4.3.1. Ventajas. Contribuye a la digestin del lodo, mejor que un tanque sptico, produciendo un lquido residual de mejores caractersticas. No descargan lodo en el lquido efluente.

El lodo se seca y se evacua con ms facilidad que el procedente de los tanques spticos, 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 separacin de las arenas. El tiempo de retencin de estas unidades es menor en comparacin con las lagunas. Tiene un bajo costo de construccin y operacin. Para su construccin se necesita poco terreno en comparacin con las lagunas de estabilizacin. Son adecuados para ciudades pequeas y para comunidades donde no se necesite una atencin constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos para evitar la contaminacin de las corrientes

4.3.2. Desventajas.

Son estructuras profundas. (> 6m).

Es difcil su construccin en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel fretico sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando este vaco.

El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgnica y microbiolgica.

En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto.

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 domstico. Cabe resaltar que esta alternativa resulta adecuada en caso de que no se cuente con grandes reas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domsticas, como es el caso de las lagunas de estabilizacin, adems de que el tanque imhoff deber estar instalado alejado de la poblacin, debido a los malos olores que produce.

El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de slidos suspendidos y reduce el DBO en un 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque imhoff se extraen peridicamente se conducen a lechos secados

Debido a esta baja remocin de DBO y coliformes, lo que se recomendara es enviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remocin de microorganismos en el efluente.

V. DISEO DE UN TANQUE IMHOFF

Para el dimensionamiento de tanque imhoff se tomara en consideracin los criterios de la Norma S090 Planta Tratamiento de Agua Residuales del Reglamento Nacional de Construccin.

5.1. Diseo del sedimentador.

El sedimentador se construir de la misma forma que el digestor, la parte inferior tendr forma de V, con una pendiente con un ngulo 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 deber distar mnimo 1m de la parte interior de la pared de la cmara de almacenamiento.

Caudal de diseo (m3/hora)

Dotacin en litro/hab/da

rea del sedimentador. As (m2 )

Donde: Cs: carga superficial, igual a 1m3/ (m2* hora)

Volumen del sedimentador. Vs (m3 )

R = Periodo de retencin hidrulica, entre 1.5 a 2.5 horas (recomendable 2 horas).

El fondo del tanque ser de seccin transversal en forma de V y la pendiente de los lodos respecto a la horizontal tendr de 50 a 60.

En la arista central se debe dejar una abertura para paso de slidos removidos hacia el digestor, esta abertura ser de .15 a .20m.

Uno de los lados deber prolongarse de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso de gases y slidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situacin que reducir la capacidad de remocin de slidos en suspensin de esta unidad de tratamiento

Diseo de Sedimentador.(OPS/CEPIS/05.164)

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

Donde: Qmax: Caudal mximo diario de diseo, en m3 /da. Chv: Carga hidrulica sobre el vertedero, estar entre 125 a 500 m3 / (m*da) (Recomendable 250)

5.2. Diseo del digestor. Volumen de almacenamiento y digestin. Vd (m3)

Para el compartimiento de almacenamiento y digestin de lodos (cmara inferior) se tendr en cuenta lo siguiente.

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

Figura: Diseo de digestor.(OPS/CEPIS/05.164)

El fondo de la cmara de digestin tendr la forma de un tronco de pirmide invertida (tolva de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos.

Las paredes laterales de esta tolva tendrn una inclinacin de 15 a 30 con respecto a la horizontal.

La altura mxima de los lodos deber estar .50m por debajo del fondo del sedimentador.

Para quitar e impedir la acumulacin de gases, se colocara un tubo de hierro fundido de 200mm de dimetro, en posicin aproximadamente vertical, con su extremo inferior abierto a unos 15cm por encima del fondo del tanque.

Tiempo requerido para digestin de lodos.

El tiempo requerido para la digestin de lodos varia con la temperatura, para esto se emplear la tabla 2.

Frecuencia del retiro de lodos.

Los lodos digeridos debern retirarse peridicamente, para estimar la frecuencia de retiros de lodos se usaran los valores consignados en la tabla 2.

La frecuencia de remocin de lodos deber calcularse en base a estos tiempos referenciales, considerando que existira una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos, estos ltimos ubicados al fondo del digestor. De este modo el intervalo de tiempo entre extracciones de lodos sucesivas deber ser por lo menos el tiempo de digestin a excepcin de la primera extraccin en la que se deber esperar el doble de digestin.

5.3. Extraccin de lodos.

El dimetro mnimo de la tubera para la remocin de lodos ser de 0.20 m y deber estar ubicado 0.15m por encima del fondo del tanque.

Para la remocin se requerir de una carga hidrulica mnima de 1.80 m.

Extraccin de lodos.(OPS/CEPIS/05.164)

5.4. rea de ventilacin y cmara de natas.

Para el diseo de la superficie libre entre las paredes del digestor y el sedimentador (zona de espuma o natas) se tendrn en cuenta los siguientes criterios.

El espaciamiento libre ser de 1m como mnimo.

La superficie total ser por lo menos 30% de la superficie total del tanque.

El borde libre ser como mnimo de 0.30m.

Las partes de la superficie del tanque debern ser accesibles, para que puedan destruirse o extraerse las espumas y los lodos flotantes

Ventilacin.(OPS/CEPIS/05.164)

5.5. LECHOS DE SECADO DE LODOS.

Los lechos de secado de lodos son generalmente el mtodo ms simple y econmico de deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos), lo cual resulta ideal para pequeas comunidades.

Pueden ser construidos de mampostera, de concreto o de tierra (con diques), con profundidad total til 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 deber tener los siguientes componentes:

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

La arena es el medio filtrante y deber tener un tamao efectivo de 0.3 a 1.3 mm

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

Carga de slidos que ingresa al sedimentador C (kg de SS/da).

Donde:

SS: slidos en suspensin en el agua residual cruda en mg/l. Q: caudal promedio de aguas residuales.

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 slidos flotantes, espumas y materiales asociados a las aguas residuales, as como de material adherido a las paredes de concreto y superficies metlicas con el cual los slidos estn en contacto.

El material tiende a acumularse rpidamente sobre la superficie del tanque y debe ser removido con el propsito de no afectar la calidad de los efluentes, por lo que sta actividad deber recibir una atencin diaria retirando todo el materia existente en la superficie de agua del sedimentador. La recoleccin del material flotante se efecta con un desnatador.

Mantenimiento de sedimentador

Las estructuras de entrada y salida deben limpiarse peridicamente, as mismo los canales de alimentacin de agua residual deben limpiarse una vez concluida la maniobra de cambio de alimentacin con el propsito de impedir la proliferacin de insectos o la emanacin de malos olores.

Semanalmente o cuando las circunstancias lo requieran, los slidos depositados en las paredes del sedimentador deben ser retirados inmediatamente. La grasa y los slidos acumulados en las paredes a la altura de la lnea de agua deben ser removidos.

b) ZONA DE VENTILACION.

La zona de ventilacin de la cmara de digestin, debe encontrarse libre de natas o de slidos flotantes, que hayan sido acarreados a la superficie por burbujas de gas. Para hundirlas de nuevo, es conveniente el riego con agua a presin, sino se lo logra esto, es mejor retirarlas y enterrarlas inmediatamente. Esta actividad debe realizarse mensualmente.

Figura: Mantenimiento de la ventilacin.

Generalmente se ayuda a corregir la presencia de espuma, usando cal hidratada, la cual se agrega por las reas de ventilacin. Conviene agregar una suspensin de cal a razn aproximada de 5kg. Por cada 1000 habitantes.

Figura: Mantenimiento de la ventilacin.

c) Zona de Digestin de lodos.

Evaluacin 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 travs de la zona de ventilacin 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 cmara de digestin abriendo lentamente la vlvula de la lnea de lodos y dejndolos 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 est escurriendo, lo mismo que la temperatura ambiente. Con esto se tiene una indicacin muy valiosa de las condiciones en que se est realizando la digestin.

Como los tanques de doble accin no tienen partes mecnicas es necesario prestar atencin a:

a) Eliminar diariamente las grasas, natas y slidos flotantes del compartimiento de sedimentacin.

b) Rasparas las paredes del tanque con un cepillo de goma.

c) Limpiar semanalmente la ranura del compartimiento de sedimentacin con una rastra de cadenas.

d) Cambiar el flujo por lo menos una vez al mes.

e) Controlar las natas rompindolas y mantenindolas hmedas. 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 sedimentacin, mediante una bomba y mangueras.

g) Despus de la descarga de los lodos, se llenan las tuberas con agua o aguas residuales para evitar la obstruccin de la tubera. h) Se debe evitar la formacin de espumas. Cuando se forma espuma, quiere decir que las aguas negras tienen un pH muy cido; 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 das Agitar por los respiraderos con chorros de agua o paletas. Bajar la temperatura de los lodos durante algunos das

El equipo que generalmente se utiliza para la operacin y mantenimiento de los tanques de doble accin son: Limpiadores de ranura Rastrillos Desnatadora

Equipo necesario para los tanques de doble accin

Ejemplo de aplicacin

Se desea implantar un sistema de tratamiento de aguas residuales mediante el empleo de un tanque imhoff. La poblacin es de 2000 habitantes, tiene una dotacin de 150 litros/hab/da, un porcentaje de contribucin al desage de 80%, contribucin de slidos suspendidos de 70 gr de SS/h/d, la temperatura del mes ms frio es 10C.

SOLUCIN

VISTA DEL TANQUE IMHOFF

VI. CONCLUSIONES

El diseo de un tanque imhoff consiste en una consecucin de pasos y clculos para el diseo de diferentes partes como el sedimentador, etc.

Para los criterios de diseo del tanque imhoff que se deben tener en cuenta de acuerdo a la dimensin, zona de ubicacin 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 proteccin 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. Edicin Enero de 1997.

Senz Forero, Rodolfo, Consideraciones en relacin con el uso de lagunas de estabilizacin 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, ao 1961.

Gastolum Ramos, Enrique, Teora de los procesos de tanque imhoff.

Ing. Rodolfo Senz Forero CEPIS/OPS 1985, Lagunas de estabilizacin y otros sistemas simplificados para el tratamiento de aguas residuales

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

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