CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVILCURSO: TRATAMIENTOP DE AGUAS

TANQUES IMHOFF

En los tanques de Imhoff, como en los sépticos, se combina la sedimentación con la

digestión del barro. Existe, sin embargo, una diferencia importante; la digestión y la

sedimentación tienen lugar en compartimientos separados, y como no se produce un

íntimo contacto entre el líquido procedente de las alcantarillas y el cieno en digestión, los

líquidos que salen quedan en mejores condiciones. Por otra parte, los tanques Imhoff

están perfeccionados y su construcción es más costosa que un tanque séptico.

CONSTRUCCIÓN 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 utilización de los tanques Imhoff ha decaído considerablemente desde que se ha

desarrollado la digestión 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

digestión, cosa que es particularmente importante en los estados del Norte, en donde los

inviernos fríos reducen la temperatura de estos cienos impidiendo la digestión activa. Sin

embargo, como presenta muchas ventajas para las pequeñas poblaciones, habrán pro-

bablemente de continuar utilizándose en él tratamiento de las aguas residuales.

Actualmente funcionan centenares de ellos por todas las regiones de los Estados Unidos,

y racionalmente utilizados dan buenos resultados.

Sección longitudinal Sección transversal Fig. (a). Una fosa Imhoff de tipo pequeño.

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Docente Ing. Zenón Mellado Vargas Tema TANQUE IMHOFF

En la figura (a) se incluye la planta y las secciones longitudinal y transversal de un

tanque sencillo de tipo Imhoff. El líquido residual entra en la cámara de circulación a

(véase la sección transversal) y los sólidos que se posan, resbalando por las paredes

inclinadas, pasan a la cámara de digestión 6, donde sufren una digestión o

descomposición anaerobia. Cuando ésta es completa, pueden circular por el tubo para

cieno c a expensas de la presión hidrostática debida al desnivel entre el agua en el tanque

y a la salida del cieno. Los gases de la digestión ascienden y salen por los respiraderos d .

Parte de los sólidos flotarán también formando espuma, que se acumulará en las cámaras

de espuma e . Para evitar que los gases y sólidos que suben entren en la cámara de

circulación, se forma una especie de sifón en el canal haciendo que se solapen sus

paredes inclinadas (que a veces se llaman paredes sépticas), o bien se construye una viga

triangular de luz suficiente.

Las paredes sépticas deben ser muy pendientes con el fin de que la adherencia de los

sólidos sea lo más reducida posible. Es conveniente, una inclinación de 60° con la

horizontal. La superficie de las paredes debe ser muy lisa.

El mamparo que puede verse en la sección longitudinal de la figura 217, tiene diversas

funciones. Tiende a interrumpir las corrientes de líquido residual que en otro caso

podrían producirse en la cámara de digestión por la circulación profunda del líquido

residual que, desde el orificio de entrada se desplazaría hacia abajo y a través de la

ranura. Sirve también para sostener las paredes sépticas y las laterales. En las cámaras

grandes los mamparos deben estar separados entre sí 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 cámara de circulación, para permitir las acumulaciones de barro, al nivel de

los mismos, a lo largo del tanque. En la práctica se han dispuesto corrientemente los

canales de entrada y salida de los grandes tanques rectangulares de manera que se

produzca una inversión de la dirección del flujo, lo que se supone que evita las acumula-

ciones 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 economías en la construcción. Se producirán probablemente

algunas acumulaciones de cieno inactivo o compacto entre los tubos dispuestos para su

evacuación, pero no es de temer que ocasionen perjuicios, ya que se tienen en cuenta para

restarlos de la capacidad total de digestión de los cienos.

Las entradas y salidas son de modelo análogo si se prevé la inversión de la corriente de

los líquidos. Ordinariamente se dispone un vertedero á lo largo de la cámara o cámaras

de circulación y un deflector que alcanza hasta unos 38 centímetros por debajo de la

superficie del líquido.

En los Estados Unidos se han empleado una amplía variedad de modelos de estos

tanques. La gran mayoría son rectangulares con circulación longitudinal y secciones

transversales de forma variable. La figura 218, muestra cierto número de secciones

transversales de tanques que se utilizan en grandes poblaciones. No es raro disponer dos

o más cámaras de circulación en cada tanque, ni establecer baterías 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 número de tanques de planta circular con una cámara de

circulación anular, respiradero de gases centrales y corriente radial partiendo los líquidos

de un canal que rodea al respiradero.

Los tiempos de retención de las aguas residuales son usualmente de hora y media a dos

horas y media. La cámara de circulación no debe ser excesivamente honda, pues se

añadirá 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 decantación 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 digestión han de salir a través de ellos, si su sección

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 deberá generalmente a insuficiencia de la sección de

paso de los gases, no hay duda de que, si así ocurre, el efecto se agravará. El área de la

sección que debe darse a los respiraderos de gas, debe ser del 15 al 25 por 100 de la

totalidad del área del tanque.

Una variante del tanque convencional de Imhoff es el «Spiragester»

Fig.(b). Secciones transversales de fosas Imhoff

Las profundidades señaladas se refieren al nivel del agua. que se ilustra en la figura (b).

Es de planta circular. El agua entra (no se ve) por detrás de un faldón o camisa y toma

una corriente en dirección tangencial por detrás de la misma y provocada por una

pantalla curva. Penetra en la cámara del clarificador por debajo de la camisa y sale del

mismo por el canal del efluente. Los sólidos que sedimentan caen a través de la ranura

hacia la cámara de digestión, y el líquido que sobrenada en esta cámara, así como la

espuma de la superficie del canal circular, se extraen mediante bomba hacia el

respiradero, con lo que se produce una agitación en dicho respiradero, evitando grandes

acumulaciones de material flotante y facilitando el empleo de la cal y el control de la

espuma.

La cámara de digestión.

Tiene una gran importancia la correcta construcción de la cámara de digestión. La falta

de conocimiento de lo que se necesita para garantizar una capacidad de digestión

suficiente ha dado lugar a dificultades en el trabajo, y especialmente a la; presencia de

espuma, en numerosos tanques.

Bomba recirculación líquido sobrenadante

Fig. (c). Sección en alzado del «Spiragester».

La comprobación 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 Unión

exigen actualmente de 85 a 113 litros por individuo en el caso de alcantarillas separadas,

y 142 si se eleva para la digestión una cantidad excesiva de lodos activados u otros

barros. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que la velocidad de digestión 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 más altas y la digestión de los cienos se produce con reducida solución

de continuidad durante el invierno. (Es preferible determinar las capacidades de cienos

por los métodos de experiencias realizadas o por reglamento en lugar de operar por

tanteos).

Se denomina «zona. Neutra a la parte de la cámara de digestión que se extiende hasta 46

centímetros por debajo del plano de la ranura final de la cámara de circulación. El

volumen de esta zona no ha de incluirse en el cálculo de la cantidad de cieno que admite

la fosa.

Detalles de construcción.

Los departamentos de sanidad de la mayor parte de los estados de Norteamérica han

establecido las condiciones mínimas que deben cumplir los elementos esenciales de los

tanques Imhoff, con el fin de asegurar que su construcción cumple las condiciones

necesarias en la práctica. Se han señalado 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.

Período medio de retención del líquido………………......................... 2 horas

Capacidad de digestión de cieno por persona………………… 35 a 113 litros

Inclinación de las paredes del fondo de la cámara de circulación. ..... 60° con la horizontal

Profundidad mínima del tanque……………………………………....... 4,5 m

Proporción de la superficie de los respiraderos a la total…………… 15-25 %

Anchura mínima de la ranura de la cámara de circulación……… ….. . 20cm centímetros

Solape mínimo de la ranura para evitar la entrada de gas a la cámara de circulación. 15 a 20cm

Distancia vertical mínima entre la salida del cieno y el nivel del líquido en el tanque 150cm – 180 cm.

Inclinación mínima de las tolvas de cieno.................................................................. 30° - 45 º

Diámetro mínimo de la tubería para cienos …………………………………….....20cm

Distancia vertical mínima entre la parte superior del nivel del cieno y

el plano de la ranura (zona neutra) …………………………………….. 45 -50 centímetros

No disponemos aquí de lugar para discutir los detalles estructurales de los tanques

Imhoff. No debe olvidarse, sin embargo, que se ha producido la rotura de paredes

sépticas extradelgadas y ha de tenerse en cuenta la posibilidad de que se produzcan

presiones ascendentes, debidas a aguas subterráneas, cuando el tanque está vacío. La

realización del trabajo será más fácil 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

cámaras de circulación debe eliminarse diariamente, utilizando algún tipo de

despumador. Ordinariamente se elimina acumulándose en los respiraderos de gas en

donde llega a secarse por encima, formando un tapón que produce intensas

acumulaciones. Esta espuma debe agitarse fuertemente todos los días, lo que hace que se

desprenda el gas que retienen los sólidos, y la mayor parte de éstos se posan para

continuar la digestión. La espuma grasa, que no se posa, puede acumularse, lo que hará

necesario eliminarla, para lo cual se instalan a veces tubos especiales para despumar, o

bien introducir la parte superior de las tuberías para lodos en el respiradero, seccionados

y dispuestos para arrastrar la espuma. Los sólidos que se adhieren a las paredes sépticas

llegan a ser sépticos y, aligerados por el gas, se rompen y unen a los líquidos tratados.

Mediante un rodillo de mango largo que se pasa diariamente por las paredes, se

desprenden estos materiales que caen a través de la ranura de la cámara de circulación.

Esta última 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

centímetros 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 válvula, se separa la espuma. Si el tapón se desplaza por encima de la

derivación en T, solamente se eliminarán los lodos. El nivel del lodo no debe superar al

del borde inferior de la zona neutra. Cuando esto sucede, se observará una serie de

burbujas que, por la ranura, suben hasta la cámara de circulación. El barro debe sacarse

con bastante frecuencia para que su nivel se mantenga bajo, pero debe cuidarse de no

eliminar todo el que esté bien digerido, porque la espuma perturbaría la operación. Es

conveniente determinar el nivel del barro por sondeo cuando es necesario realizar una

operación cuidadosa, especialmente si la fosa está siempre sobrecargada rayando con el

límite de su capacidad de digestión de lodo. Para ello el método más eficaz consiste en

utilizar una pequeña bomba accionada a mano, del tipo de jarro, con una manguera de

aspiración de caucho que se hace bajar poco a poco por los respiraderos de gas hasta que

sale el barro, midiéndose 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 aquéllos, acompañada de olor desagradable. Si no se evita, rebosará

la espuma de la cámara de circulación, arrastrando con ella muchos sólidos en

suspensión, con gran detrimento de los líquidos tratados. Estas espumas se producen por

alguna perturbación en el proceso de digestión, 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 través de las cámaras de sedimentación. Esta

característica da como resultado mejor distribución de la materia sedimentable en el

comportamiento inferior, donde los lodos tienden a acumularse en la tolva cabezal, según

el sentido del flujo.

Las aguas negras entran por el canal de entrada "a". Abiertas las válvulas de entrada en

un extremo del tanque y bajados los vertederos de ajuste en el otro, las aguas negras

pueden dirigirse a través de las cámaras de sedimentación "A" en cualquier sentido; y,

después de unas cuantas semanas, si se quiere, en sentido opuesto. Depositados los

sólidos sedimentables, las aguas negras salen clarificadas por el canal de salida "b". Los

sólidos se sedimentan deslizándose por las superficies lisas de las paredes inclinadas,

atravesando la ranura estrecha hacia abajo, para depositarse en la cámara de digestión

"B", donde permanecen unos treinta días, más o menos, o hasta que sean bien digeridos.

Los gases provenientes de la digestión suben por las ventosas de gas "D", debido a que

las paredes solapadas impiden su paso a través de las cámaras de sedimentación,

asegurando así mejor rendimiento. Los sólidos digeridos se extraen bajo carga estática

por las válvulas de lodos a través 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:

Población servida: 5.000 personas.

Gasto Q = 1.893,000 l/día

Período de retención: 2 horas

Aplicación superficial: 24,400 l. Día/m2

Velocidad promedio en la cámara de sedimentación = 0,3 m/min.

Capacidad de la cámara de digestión: 100 l/persona.

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

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

fondo.

L = largo del estanque

Dimensiones de la cámara de sedimentación.

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 m3

A = área 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 m2

Dimensiones de la cámara de digestión:

S2 = volumen de la cámara de digestión = 5.000 x 0,10

S2 = 500 m3

S2 = (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 (mínimo).

= = = 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