"Diseo de tanque imhoff y lecho de secado1. IntroduccinEl 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 a digestin de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo tambin se les 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 necesraio que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remocin de arena.El tanque imhoff tpico es de forma rectangular y se divide en tres compartimentos:- Cmara de sedimentacin.- Cmara de digestin de lodos.- rea de ventilacin y acumulacin de natas.Durante la operacin, las aguas residuales fluyen a travs de la camara 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 partulas ascendentes, que inevitablemnete se producen en el proceso de digesti, son desviados hacia la cara de natas o ea de ventilacin.Los lodos acumulados en el digestor se extraen periodicamente y se conducen a lechos de secado, en donde el contenido de humedad se reduce por infiltracin, despu de lo cual se retiran y dispone de ellos enterrdolos o pueden ser utilizados para mejoramiento de los suelos.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. Seexpresa normalmente en l/seg o m3/seg.- Demanda bioqumica de oxgeno (D.B.O.): Cantidad de oxgeno utilizado en laoxidacin bioqumica de la sustancia orgnica, en un tiempo y a una temperaturaespecificada. Depende enteramente de la disponibilidad de materia utilizable comoalimento biolgico y de la cantidad de oxgeno utilizado por los microorganismosdurante 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 oequipo. Usualmente se expresa en %.- Efluente: Lquido que sale de una unidad o lugar determinado, por ejemplo aguaque 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 deltanque imhoff.- Lodos: Slidos que se encuentran en el fondo del tanque imhoff y que sonevacuados a un lecho de secado.- Nata: Sustancia espesa que se forma sobre el agua almacenada en el tanque imhoffcompuesto por residuos grasos y otro tipo de desechos orgnicos e inorgnicosflotantes.- pH: Concentracin de iones de hidrgeno.- Slido Sedimentable: Partcula presente en el agua residual, que tiene la propiedadde precipitar fcilmente.3. Consideraciones a tener en cuentaEl ingeniero responsable del proyecto, deber tener en claro las ventajas ydesventajas que tiene al emplear el tanque imhoff para el tratamiento de las aguasresiduales domsticas de una poblacin.3.1 Ventajas- Contribuye a la digestin de lodo, mejor que en un tanque sptico, produciendo unlquido residual de mejores caractersticas.- No descargan lodo en el lquido efluente, salvo en casos excepcionales.- El lodo se seca y se evaca con ms facilidad que el procedente de los tanquesspticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad5.- Las aguas servidas que se introducen en los tanques imhoff, no necesitantratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separacin de lasarenillas.- 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 deestabilizacin.- Son adecuados para ciudades pequeas y para comunidades donde no se necesiteuna atencin constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos paraevitar la contaminacin de las corrientes.3.2 Desventajas- Son estructuras profundas (>6m).- Es difcil su construccin en arena fluida o en roca y deben tomarse precaucionescuando el nivel fretico sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o serdesplazado cuando est vaci.- El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgnica y microbiolgica.- En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento seacorrecto.Conocidas las ventajas y desventajas del tanque imhoff, quedar a criterio delingeniero encargado del proyecto si es conveniente emplear esta unidad, en la localidaddonde se desea tratar las aguas residuales de uso domstico.Cabe resaltar que esta alternativa resulta adecuada en caso no se cuente con grandesreas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residualesdomsticas, como es el caso de las lagunas de estabilizacin, adems de que el tanqueimhoff deber esta instalado alejado de la poblacin, debido a que produce malos olores.El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de slidos suspendidos y reduce la DBO de25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque imhoff se extraenperidicamente y se conducen a lechos de secados.Debido a esta baja remocin de la DBO y coliformes, lo que se recomendara esenviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remocin demicroorganismos en el efluente.4. Diseo de tanque imhoffPara el dimensionamiento de tanque imhoff se tomarn en consideracin loscriterios de la Norma S090 Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del ReglamentoNacional de Construccin.El tanque imhoff tpico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos:a) Cmara de sedimentacin.b) Cmara de digestin de lodos.c) rea de ventilacin y cmara de natas.4.1 Diseo del sedimentador=Caudal de diseo, m3/horaQp=[(Poblacion*Dotacion)/1000]*%ContribucionDotacin, en litro/hab/da.=rea del sedimentador (As, en m2).As=Qp/CsDonde:Cs: Carga superficial, igual a 1 m3/(m2*hora).=Volumen del sedimentador (Vs, en m3).Vs=Qp*RR: 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 loslados respecto a la horizontal tendr de 50 a 60.- En la arista central se debe dejar una abertura para paso de los slidos removidoshacia el digestor, esta abertura ser de 0,15 a 0,20 m.- Uno de los lados deber prolongarse, de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso degases y slidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situacin quereducir la capacidad de remocin de slidos en suspensin de esta unidad detratamiento.=Longitud mnima del vertedero de salida (Lv,en m).Lv=Qmax/ChvDonde:Qmax : Caudal mximo diario de diseo, en m3/dia.Chv : Carga hidrulica sobre el vertedero, estar entre 125 a 500 m3/(m*dia),(recomendable 250).4.2 Diseo del digestor= Volumen de almacenamiento y digestin (Vd, en m3).Para el compartimiento de almacenamiento y digestin de lodos (cmara inferior) setendr en cuenta la siguiente tabla:Tabla 1TemperaturaC-------Factor de capacidad relativa(fcr)5---------------------------- 2,010--------------------------- 1,415--------------------------- 1,020----------------------------0,7>25---------------------------0,5Vd=(70*P*fcr)/1000Donde:fcr : factor de capacidad relativa, ver tabla 1.P : Poblacin.- El fondo de la cmara de digestin tendr la forma de un tronco de pirmideinvertida (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 respectoa la horizontal.- La altura mxima de los lodos deber estar 0,50 m por debajo del fondo delsedimentador.= Tiempo requerido para digestin de lodosEl tiempo requerido para la digestin de lodos varia con la temperatura, para esto seemplear la tabla 2.Tabla 2TemperaturaC-------Tiempo de digestin en das5-----------------------11010-----------------------7615-----------------------5520-----------------------40>25----------------------30= Frecuencia del retiro de lodosLos lodos digeridos debern retirarse peridicamente, para estimar la frecuencia deretiros de lodos se usarn los valores consignados en la tabla 2.La frecuencia de remocin de lodos deber calcularse en base a estos tiemporeferenciales, considerando que existir una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos;estos ltimos ubicados al fondo del digestor. De este modo el intrvalo de tiempo entreextracciones de lodos sucesivas deber ser por lo menos el tiempo de digestin a excepcinde la primera extraccin en la que se deber esperar el doble de tiempo de digestin.4.3 Extraccin de lodos- El dimetro mnimo de la tubera para la remocin de lodos ser de 200 mm ydeber estar ubicado 15 cm por encima del fondo del tanque.- Para la remocin se requerir de una carga hidrulica mnima de 1,80 m.4.4 rea de ventilacin y cmara de natasPara 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 1,0 m como mnimo.- La superficie libre total ser por lo menos 30% de la superficie total del tanque.- El borde libre ser como mnimo de 0,30 cm.4.5 Lechos de secados de lodosLos lechos de secado de lodos son generalmente el mtodo ms simple y econmicode deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos), lo cual resulta lo ideal parapequeas comunidades.-Carga de slidos que ingresa al sedimentador (C, en Kg de SS/da).C=Q*SS*0.0864Donde:SS: Slidos en suspensin en el agua residual cruda, en mg/l.Q: Caudal promedio de aguas residuales.A nivel de proyecto se puede estimar la carga en funcin a la contribucin percpitade slidos en suspensin, de la siguiente manera:C=(Poblacion*contribucion percapita(grSS/hab*dia)/1000En las localidades que cuentan con el servicio de alcantarillado, la contribucinpercpita se determina en base a una caracterizacin de las aguas residuales.Cuando la localidad no cuenta con alcantarillado se utiliza una contribucinpercpita promedio de 90 gr.SS/(hab*da).-Masa de slidos que conforman los lodos (Msd, en Kg SS/da).Msd=(0.5*0,7*0,5*C)+(0,5*0,3*C)-Volumen diario de lodos digeridos (Vld, en litros/da).Vld=(Msd)/(plodo*(%de solido/100))Donde:?lodo: Densidad de los lodos, igual a 1,04 Kg/l.% de slidos: % de slidos contenidos en el lodo, vara entre 8 a 12%.-Volumen de lodos a extraerse del tanque (Vel, en m3).Vel=(Vld*Td)/1000Donde:Td: Tiempo de digestin, en das (ver tabla 2).-rea del lecho de secado (Als, en m2).Donde:Ha: Profundidad de aplicacin, entre 0,20 a 0,40m- El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6 m., pero parainstalaciones grandes puede sobrepasar los 10 m.Alternativamente se puede emplear la siguiente expresin para obtener lasdimensiones unitarias de un lecho de secado:(Rendimiento volumetrico del digestor(m^3/#personas)) m^2 de lecho------------------------------------------------------=------------Numero de aplicaciones(ao)*profundida de inundacion(m) habitantesConsiderando el numero de aplicaciones al ao, verificar que la carga superficial deslidos aplicado al lecho de secado se encuentre entre 120 a 200 Kg deslidos/(m^2*ao)."