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Tanques de Imhoff

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TANQUES DE IMHOFF

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

CURSO: TRATAMIENTOP DE AGUAS

TANQUES IMHOFF

En los tanques de Imhoff, como en los spticos, se combina la sedimentacin con la digestin del barro. Existe, sin embargo, una diferencia importante; la digestin y la sedimentacin tienen lugar en compartimientos separados, y como no se produce un ntimo contacto entre el lquido procedente de las alcantarillas y el cieno en digestin, los lquidos que salen quedan en mejores condiciones. Por otra parte, los tanques Imhoff estn perfeccionados y su construccin es ms costosa que un tanque sptico.

CONSTRUCCIN DE LOS TANQUES IMHOFF

Este tipo de tanques fue ideado por el Dr. Carlos Imhoff, en Alemania, para el alcantarillado del distrito de Emscher, por lo que se les llama a veces tanques Emscher.

La utilizacin de los tanques Imhoff ha decado considerablemente desde que se ha desarrollado la digestin separada del cieno. Esta falta de popularidad se debe en parte al hecho de no poderse controlar la temperatura de los lodos en el compartimiento de digestin, cosa que es particularmente importante en los estados del Norte, en donde los inviernos fros reducen la temperatura de estos cienos impidiendo la digestin activa. Sin embargo, como presenta muchas ventajas para las pequeas poblaciones, habrn probablemente de continuar utilizndose en l tratamiento de las aguas residuales. Actualmente funcionan centenares de ellos por todas las regiones de los Estados Unidos, y racionalmente utilizados dan buenos resultados.

Seccin longitudinal Seccin transversal Fig. (a). Una fosa Imhoff de tipo pequeo.

En la figura (a) se incluye la planta y las secciones longitudinal y transversal de un tanque sencillo de tipo Imhoff. El lquido residual entra en la cmara de circulacin a (vase la seccin transversal) y los slidos que se posan, resbalando por las paredes inclinadas, pasan a la cmara de digestin 6, donde sufren una digestin o descomposicin anaerobia. Cuando sta es completa, pueden circular por el tubo para cieno c a expensas de la presin hidrosttica debida al desnivel entre el agua en el tanque y a la salida del cieno. Los gases de la digestin ascienden y salen por los respiraderos d . Parte de los slidos flotarn tambin formando espuma, que se acumular en las cmaras de espuma e . Para evitar que los gases y slidos que suben entren en la cmara de circulacin, se forma una especie de sifn en el canal haciendo que se solapen sus paredes inclinadas (que a veces se llaman paredes spticas), o bien se construye una viga triangular de luz suficiente.

Las paredes spticas deben ser muy pendientes con el fin de que la adherencia de los slidos sea lo ms reducida posible. Es conveniente, una inclinacin de 60 con la horizontal. La superficie de las paredes debe ser muy lisa.

El mamparo que puede verse en la seccin longitudinal de la figura 217, tiene diversas funciones. Tiende a interrumpir las corrientes de lquido residual que en otro caso podran producirse en la cmara de digestin por la circulacin profunda del lquido residual que, desde el orificio de entrada se desplazara hacia abajo y a travs de la ranura. Sirve tambin para sostener las paredes spticas y las laterales. En las cmaras grandes los mamparos deben estar separados entre s unos 4,50 metros. En el mamparo o mamparos se dejan grandes orificios, dispuestos todo lo que se pueda por debajo de las ranuras de la cmara de circulacin, para permitir las acumulaciones de barro, al nivel de los mismos, a lo largo del tanque. En la prctica se han dispuesto corrientemente los canales de entrada y salida de los grandes tanques rectangulares de manera que se produzca una inversin de la direccin del flujo, lo que se supone que evita las acumulaciones no compensadas de cieno en la entrada, aunque existe la duda de que pueda crear desigualdades desventajosas. La mayor parte de los tanques rectangulares americanos tienen tolvas en el fondo, pero no hay inconveniente en hacerlo liso, en forma de V, si con ello se consiguen economas en la construccin. Se producirn probablemente algunas acumulaciones de cieno inactivo o compacto entre los tubos dispuestos para su evacuacin, pero no es de temer que ocasionen perjuicios, ya que se tienen en cuenta para restarlos de la capacidad total de digestin de los cienos.

Las entradas y salidas son de modelo anlogo si se prev la inversin de la corriente de los lquidos. Ordinariamente se dispone un vertedero lo largo de la cmara o cmaras de circulacin y un deflector que alcanza hasta unos 38 centmetros por debajo de la superficie del lquido.

En los Estados Unidos se han empleado una ampla variedad de modelos de estos tanques. La gran mayora son rectangulares con circulacin longitudinal y secciones transversales de forma variable. La figura 218, muestra cierto nmero de secciones transversales de tanques que se utilizan en grandes poblaciones. No es raro disponer dos o ms cmaras de circulacin en cada tanque, ni establecer bateras de ellos, unos junto a otros, para formar instalaciones de gran capacidad. Las longitudes de los tanques rara vez superan los 30 metros.

Se han construido un reducido nmero de tanques de planta circular con una cmara de circulacin anular, respiradero de gases centrales y corriente radial partiendo los lquidos de un canal que rodea al respiradero.

Los tiempos de retencin de las aguas residuales son usualmente de hora y media a dos horas y media. La cmara de circulacin no debe ser excesivamente honda, pues se aadir a la profundidad total del tanque sin incrementar materialmente su capacidad, no debiendo superarse una profundidad total de 2,70 metros desde el nivel del agua hasta el plano de las tolvas. El caudal de decantacin en la superficie no debe exceder de 24,00 m3 por metro cuadrado y por 24 horas.

Debe considerarse con cuidado la amplitud necesaria de los respiraderos para los gases. Como los gases producidos en la digestin han de salir a travs de ellos, si su seccin recta es insuficiente puede dar lugar a que los gases hagan subir a la espuma. Cuando en este aspecto se producen condiciones muy desfavorables, se dice que hay efecto espumante, lo que si bien no se deber generalmente a insuficiencia de la seccin de paso de los gases, no hay duda de que, si as ocurre, el efecto se agravar. El rea de la seccin que debe darse a los respiraderos de gas, debe ser del 15 al 25 por 100 de la totalidad del rea del tanque.

Una variante del tanque convencional de Imhoff es el Spiragester

Fig.(b). Secciones transversales de fosas Imhoff

Las profundidades sealadas se refieren al nivel del agua. que se ilustra en la figura (b). Es de planta circular. El agua entra (no se ve) por detrs de un faldn o camisa y toma una corriente en direccin tangencial por detrs de la misma y provocada por una pantalla curva. Penetra en la cmara del clarificador por debajo de la camisa y sale del mismo por el canal del efluente. Los slidos que sedimentan caen a travs de la ranura hacia la cmara de digestin, y el lquido que sobrenada en esta cmara, as como la espuma de la superficie del canal circular, se extraen mediante bomba hacia el respiradero, con lo que se produce una agitacin en dicho respiradero, evitando grandes acumulaciones de material flotante y facilitando el empleo de la cal y el control de la espuma.

La cmara de digestin.

Tiene una gran importancia la correcta construccin de la cmara de digestin. La falta de conocimiento de lo que se necesita para garantizar una capacidad de digestin suficiente ha dado lugar a dificultades en el trabajo, y especialmente a la; presencia de espuma, en numerosos tanques.

Bomba recirculacin lquido sobrenadante

Fig. (c). Seccin en alzado del Spiragester.

La comprobacin de la conveniencia de mantener en las fosas de un modo constante un volumen relativamente grande de cienos bien digeridos, ha llevado a destinar mayores espacios para el cieno. Algunos departamentos sanitarios de los estados de la Unin exigen actualmente de 85 a 113 litros por individuo en el caso de alcantarillas separadas, y 142 si se eleva para la digestin una cantidad excesiva de lodos activados u otros barros. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que la velocidad de digestin de los cienos depende principalmente de la temperatura y que los altos valores por individuo exigidos para los estados del norte de los Estados Unidos, pueden no ser necesarios cuando las temperaturas son ms altas y la digestin de los cienos se produce con reducida solucin de continuidad durante el invierno. (Es preferible determinar las capacidades de cienos por los mtodos de experiencias realizadas o por reglamento en lugar de operar por tanteos).

Se denomina zona. Neutra a la parte de la cmara de digestin que se extiende hasta 46 centmetros por debajo del plano de la ranura final de la cmara de circulacin. El volumen de esta zona no ha de incluirse en el clculo de la cantidad de cieno que admite la fosa.

Detalles de construccin.

Los departamentos de sanidad de la mayor parte de los estados de Norteamrica han establecido las condiciones mnimas que deben cumplir los elementos esenciales de los tanques Imhoff, con el fin de asegurar que su construccin cumple las condiciones necesarias en la prctica. Se han sealado ya algunos de estos requisitos, pero, no obstante, se reiteran en la tabla siguiente. Como existen diferencias en los requerimientos de los diversos estados, los proyectistas deben adaptarse a los establecidos en cada localidad.

Perodo medio de retencin del lquido......................... 2 horas

Capacidad de digestin de cieno por persona 35 a 113 litros

Inclinacin de las paredes del fondo de la cmara de circulacin. ..... 60 con la horizontal

Profundidad mnima del tanque....... 4,5 m

Proporcin de la superficie de los respiraderos a la total 15-25 %

Anchura mnima de la ranura de la cmara de circulacin .. . 20cm centmetros

Solape mnimo de la ranura para evitar la entrada de gas a la cmara de circulacin. 15 a 20cm

Distancia vertical mnima entre la salida del cieno y el nivel del lquido en el tanque 150cm 180 cm.Inclinacin mnima de las tolvas de cieno.................................................................. 30 - 45 Dimetro mnimo de la tubera para cienos .....20cm

Distancia vertical mnima entre la parte superior del nivel del cieno y el plano de la ranura (zona neutra).. 45 -50 centmetrosNo disponemos aqu de lugar para discutir los detalles estructurales de los tanques Imhoff. No debe olvidarse, sin embargo, que se ha producido la rotura de paredes spticas extradelgadas y ha de tenerse en cuenta la posibilidad de que se produzcan presiones ascendentes, debidas a aguas subterrneas, cuando el tanque est vaco. La realizacin del trabajo ser ms fcil si se han previsto pasos en las paredes laterales y sobre la fosa.

Funcionamiento de los tanques de Imhoff.

Los tanques de Imhoff requieren una vigilancia diaria si se quiere conseguir un buen rendimiento, reducir los malos olores y evitar efectos desagradables. La espuma de las cmaras de circulacin debe eliminarse diariamente, utilizando algn tipo de despumador. Ordinariamente se elimina acumulndose en los respiraderos de gas en donde llega a secarse por encima, formando un tapn que produce intensas acumulaciones. Esta espuma debe agitarse fuertemente todos los das, lo que hace que se desprenda el gas que retienen los slidos, y la mayor parte de stos se posan para continuar la digestin. La espuma grasa, que no se posa, puede acumularse, lo que har necesario eliminarla, para lo cual se instalan a veces tubos especiales para despumar, o bien introducir la parte superior de las tuberas para lodos en el respiradero, seccionados y dispuestos para arrastrar la espuma. Los slidos que se adhieren a las paredes spticas llegan a ser spticos y, aligerados por el gas, se rompen y unen a los lquidos tratados. Mediante un rodillo de mango largo que se pasa diariamente por las paredes, se desprenden estos materiales que caen a travs de la ranura de la cmara de circulacin. Esta ltima puede llegar a obstruirse parcialmente en particular si se han empleado nervios entre la viga triangular y los extremos de las paredes inclinadas. La limpieza del canal se realiza mediante una herramienta que consta de una pesada cadena de 60 centmetros unida a un palo largo, que, suelta, se arrastra a lo largo del canal.

Fig. (d). Detalle de los dispositivos para despumar.

Si se abre la vlvula, se separa la espuma. Si el tapn se desplaza por encima de la derivacin en T, solamente se eliminarn los lodos. El nivel del lodo no debe superar al del borde inferior de la zona neutra. Cuando esto sucede, se observar una serie de burbujas que, por la ranura, suben hasta la cmara de circulacin. El barro debe sacarse con bastante frecuencia para que su nivel se mantenga bajo, pero debe cuidarse de no eliminar todo el que est bien digerido, porque la espuma perturbara la operacin. Es conveniente determinar el nivel del barro por sondeo cuando es necesario realizar una operacin cuidadosa, especialmente si la fosa est siempre sobrecargada rayando con el lmite de su capacidad de digestin de lodo. Para ello el mtodo ms eficaz consiste en utilizar una pequea bomba accionada a mano, del tipo de jarro, con una manguera de aspiracin de caucho que se hace bajar poco a poco por los respiraderos de gas hasta que sale el barro, midindose entonces la longitud de manguera introducida.

En ocasiones se presenta espuma en los respiraderos, lo que se manifiesta por la subida de espuma negra en aqullos, acompaada de olor desagradable. Si no se evita, rebosar la espuma de la cmara de circulacin, arrastrando con ella muchos slidos en suspensin, con gran detrimento de los lquidos tratados. Estas espumas se producen por alguna perturbacin en el proceso de digestin, y generalmente se caracterizan por su alta acidez y la del barro, que pueden ser debidas a la presencia de residuos.

Se tienen una forma de tanque imhoff, con canales de entrada y salida tales que puede, a voluntad, invertirse el sentido del flujo a travs de las cmaras de sedimentacin. Esta caracterstica da como resultado mejor distribucin de la materia sedimentable en el comportamiento inferior, donde los lodos tienden a acumularse en la tolva cabezal, segn el sentido del flujo.

Las aguas negras entran por el canal de entrada "a". Abiertas las vlvulas de entrada en un extremo del tanque y bajados los vertederos de ajuste en el otro, las aguas negras pueden dirigirse a travs de las cmaras de sedimentacin "A" en cualquier sentido; y, despus de unas cuantas semanas, si se quiere, en sentido opuesto. Depositados los slidos sedimentables, las aguas negras salen clarificadas por el canal de salida "b". Los slidos se sedimentan deslizndose por las superficies lisas de las paredes inclinadas, atravesando la ranura estrecha hacia abajo, para depositarse en la cmara de digestin "B", donde permanecen unos treinta das, ms o menos, o hasta que sean bien digeridos. Los gases provenientes de la digestin suben por las ventosas de gas "D", debido a que las paredes solapadas impiden su paso a travs de las cmaras de sedimentacin, asegurando as mejor rendimiento. Los slidos digeridos se extraen bajo carga esttica por las vlvulas de lodos a travs de los tubos laterales, en tiempo conveniente. Se dejan abiertos los extremos superiores de estos tubos, de modo que fluyan libremente los lodos y para limpiar los tubos a voluntad.

Ejemplo:

Buscar las dimensiones gobernantes convenientes para un tanque Imhoff, tales que se cumplan los requisitos siguientes:

Poblacin servida: 5.000 personas.

Gasto Q = 1.893,000 l/da

Perodo de retencin: 2 horas

Aplicacin superficial: 24,400 l. Da/m2Velocidad promedio en la cmara de sedimentacin = 0,3 m/min.

Capacidad de la cmara de digestin: 100 l/persona.

Area superficial de las ventosas de gas > 25% del rea total.

La forma del tanque ser semejante a la mostrada en la figura 1, con dos tolvas en su fondo.

L = largo del estanque

Dimensiones de la cmara de sedimentacin.

2bL = 1.893 / 24,4 = 78,0 m2.

Tomemos b = 2,5 m; l = 15,6 m.

De lo que V = 15,6 / 120 = 0,13 < 0,3 m/seg.

Volumen S1 = (1.893 x 2 )/24 = 157,8 m3A = rea transversal = 157,8 / 15,6 = 10,1 m2 (requerida)

Tomemos c = 1,25 m

A = 2[bc + 0,375 b2] = 2[(2,5 x 1,25) + 0,375(2,5)2]

A= 11,00 m2Dimensiones de la cmara de digestin:

S2 = volumen de la cmara de digestin = 5.000 x 0,10

S2 = 500 m3S2 = (fhL) + 2 = fhL + h2L/12

De lo que:

f = = = = 3,82 m

Profundidad total del tanque = c + d + e (zona neutral) + f + g. en donde:

g = 1.83

D = 1,25 + 1,87 + 0,50 + 3,82 +1,81 = 9.25 m

Nota: y = borde libre = 0,60 m (mnimo).

= = = 31 %

Obtenemos :

a = 0,75 metros

b = 2,50 metros

c = 1,25 metros

d = 1,87 metros

e = 0,50 metros

f = 3,82 metros

g = 1.81 metros

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Docente Ing. Zenn Mellado Vargas Tema TANQUE IMHOFF