DISEÑO DE TANQUES IMHOFF Y POZAS SÉPTICAS
1. INTRODUCCIÓN
Los ríos, lagos y mares recogen, desde tiempos inmemoriales, los desechos que son producidos por la actividad humana. Estos desechos han ido siendo mucho más grande y problemáticos a medida que ha transcurrido el tiempo.
2. ¿QUÉ SON LOS TANQUES IMHOFF?
El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario, cuyo principal objetivo es remover sólidos suspendidos. Integran la sedimentación del sólidos suspendidos del agua residual doméstica y la digestión de lodos sedimentados, por eso, son conocidos como tanques de doble cámara. Su operación se caracteriza por ser simple sin requerir partes mecánicas, sin embargo, es recomendable que las aguas residuales reciban un tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena.
El tanque Imhoff puede ser de forma rectangular así como circular, pero lo primero es más común. Se divide en tres compartimientos : cámara de sedimentación, cámara de digestión de lodos, área de ventilación y cámara de natas, además, se debe diseñar un lecho de secado de lodos.
El tanque Imhoff elimina del 40% al 50% de sólidos suspendidos y reduce la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) de 25% 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque Imhoff se extraen continuamente y son dispersado en lechos de secados.
3. DISEÑO DE TANQUE IMHOFF
Para diseñar un tanque Imhoff, se toma en cuenta los criterios de la Norma S090 "Planta de Tratamiento de Aguas residuales" del Reglamento Nacional de Construcción, la cual está relacionada con las instalaciones que requiere una planta de tratamiento de aguas residuales municipales y los procesos que deben experimentar las aguas residuales antes de su descarga al cuerpo receptor o a su reutilización.
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| FIGURA 1 ESTRUCTURA DEL TANQUE IMHOFF
Fuente: BVSDE PAHO
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| FIGURA 2 ESTRUCTURA BÁSICA DEL TANQUE DE IMHOFF |
3.1 DISEÑO DEL SEDIMENTADOR
- Caudal de diseño (Qp)
P = población [ N° habitantes]
D= Dotación [litro /hab/día]
Qp = P x D x %Contribución / 1000
Unidad : m3/h
- Área del sedimentador (As)
Cs = Carga superficial [ m3/ (m2 x h ) ]
Qp = caudal de diseño [m3/h)]
As = Qp / Cs
Unidad : m2
- Volumen del sedimentador ( Vs)
R = periodo de retención hidráulica , entre 1,5 a 2,5 horas. Recomendable 2 horas.
Qp= Caudal de diseño
Vs= Qp x R
Unidad : m3
- 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)
Chv = carga hidráulica sobre el vertedero, entre 125 a 500 [m3/(m x día)]. Recomendable 250.
Lv= Qmax/Chv
Unidad: m
3.2 DISEÑO DEL DIGESTOR
- Volumen de almacenamiento y digestión (Vd)
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| TABLA 1 Relación de temperatura y FCR para el almacenamiento y digestión de lodos |
FCR = factor de capacidad relativa
Vd = 70 x P x FCR /1000
Unidad : m3
- 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 digestión de lodos
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| TABLA 2 Relación entre el tiempo de digestión y la temperatura |
Los lodos deben retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia de retiros de lodos se usan lo datos de la tabla adjunta.
3.3 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.
3.4 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.
3.5 LECHOS DE SECADOS DE LODO
Generalmente, son el método más simple y económico de deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos).
- Carga de sólidos que ingresa al sedimentador (C)
SS = sólidos en suspensión en el agua residual cruda [mg / l]
Q= caudal promedio de aguas residuales [m3/ h]
C= Q x SS x0.0864
Unidad: Kg de SS/ día
Se puede estimar la carga en función de la contribución percápita de sólidos en suspensión de la siguiente manera:
C = población x contribución percápita [grSS / (hab x día)] / 1000
En la ciudades que cuentan con el servicio de alcantarillado, la contribución percápita se determina en base a una caracterización de las aguas residuales. Además, cuando la localidad no cuenta con un sistema de alcantarillado, se utiliza una contribución percápita promedio de 90 grSS / ( hab x día)
- Masa de sólidos que conformar los lodos (Msd)
Msd = (0.5 x 0.7 x 0.5 x C) + ( 0.5 x 0.3 x C)
Unidad: Kg SS/día
- Volumen diario de lodos digeridos (Vld)
plodo = densidad de los lodos [ 1.04 Kg/L)
%sólidos = %sólidos contenidos en el lodo. Entre 8% - 12%
Vld = Msd / plodo x ( %sólidos /1000)
Unidad: L/día
- Volumen de lodos a extraerse del tanque (Vel)
Td = Tiempo de digestión (día)
Vel = Vld x Td / 1000
Unidad: m3
- Área del lecho de secado (Als)
Ha = Profundidad de aplicación., entre 0.2 - 0.4 m
Als = Vel /Ha
Unidad: m2
Nota: El ancho de los lechos de secado es de 3 a 6 m, pero puede sobrepasar los 10 m en caso de instalaciones grandes.
Para obtener las dimensiones unitarias de un lecho de secado, se puede emplear la siguiente formula:
Rendimiento volumétrico del digestor /N° de aplicaciones x profundidad de inundación
[ m3 / N° personas] / [años] x [m]
Unidad: m2 de lecho / habitante
Considerando el número de aplicaciones al año, verificar que la carga superficial de sólidos aplicado al lecho de secado se encuentre entre 130 a 200 Kg de SS/ (m2 x año)
3.6 MEDIO DE DRENAJE
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| FIGURA 3 VISTA DE LECHO DE SECADO |
El medio de drenaje es generalmente de 0,30 de espesor y debe tener los siguientes componentes:
- El medio de soporte recomendado esta 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.
Imagen 1 : Flujograma de tecnologías empleadas en el tratamiento de aguas residuales
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| Fuente: MINAM |
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| Fuente: El Peruano |
4. VENTAJAS
- En comparación con una poza séptica, el liquido residual que produce el tanque Imhoff tiene mejores características, asimismo, los lodos se secan y evacuan con mayor facilidad.
- Las probabilidades de descargas de lodo en el líquido efluente son bajas.
- El costo de construcción y operación es bajo.
- En comparación con las lagunas de estabilización, los tanques Imhoff no requieren grandes hectáreas de terreno, asimismo, el tiempo de retención de los sólidos suspendidos es menor.
- Dado que no necesita una atención constante, es adecuado para ciudades pequeñas.
5. DESVENTAJAS
- Requieren un profundidad considerable; por ejemplo, una profundidad mayor que 6 metros.
- Se debe tener en consideración la geología del terreno donde piensa construirse.
- El efluente del tanque Imhoff es de mala calidad orgánica y microbiológica.
- Puede causa malos olores.
6. ¿QUÉ SON LAS POZAS SÉPTICAS?
El tanque séptico suele utilizarse en pequeñas localidades
de tipo rural o zonas de generación de desagües inferior a los 20 m3/día (0.23
lps) . Es una unidad de tratamiento primario y , generalmente, es seguido de un
sistema de infiltración. El volumen total del tanque depende del volumen diario
de retención de líquidos, lodos y natas. Generalmente, tiene forma rectangular
y puede estar divido en dos o más compartimientos para permitir la retención de
espumas y objetos flotantes, la sedimentación de sólidos y la digestión
progresiva de la materia orgánica sedimentada. No obstante, con estas
operaciones unitarias, no se logra u significativa remoción de la materia
orgánica, DBO. Por ello, es necesario realizar un tratamiento adicional para
remover los contaminantes disueltos presente en el efluente.
7. DISEÑO DE POZAS SÉPTICAS
Imagen 2: Dimensiones usuales para el diseño de un fosa
séptica
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| Fuente: OPS/CEPIS/05.164 UNATSABAR |
Aspectos técnicos
- Debe estar ubicado en el interior de la vivienda, caso contrario, la distancia a la vivienda no debe ser mayor de 5 m.
- Si hay varias viviendas conectadas a una sola cámara es conveniente contar con una trampa de grasas, para evitar obstrucciones en las tuberías y formación de capas de grasa en el interior del tanque, ya que al formarse una capa impermeable en la superficie del agua, disminuye la capacidad de tratamiento del sistema.
- Se debe dar un mantenimiento anual a la cámara que consiste en retirar los sólidos acumulados ( lodos fecales) .
- Las aguas clarificadas al final del procesos no pueden ser vertidas sin un tratamiento previo.
Diseño
- Periodo de retención hidráulica (PR)
P= población (N° habitantes)
Q = caudal de aporte unitario de aguas residuales [litros / (habitantes x día)]
PR = 1.5 - 0.3log (P x Q)
Unidad: días
El periodo de retención mínimos es de 6 días.
- Volumen de sedimentación (Vs)
Vs = 10^(-3) x (P x Q)xPr
Unidad: m3
- Volumen de almacenamiento de lodos (Vd)
Vd = 10^(-3) x G x P x N
Unidad: m3
G = volumen de lodos producidos por persona por año en litros
N = intervalo de limpieza o retiro de lodos en años
- Volumen de lodos producidos
La cantidad de lodos producidos por habitante y por año, depende de la temperatura ambiental y de la descarga de residuos de la cocina. Los valores a considerar son:
*Clima cálido 40 litros/hab x año
*Clima frio 50 litros/hab x año
En caso de descargas de lavaderos u otros aparatos sanitarios instalados en restaurantes y similares, donde exista el peligro de introducir cantidad suficiente de grasa, se adicionará 20 litros/hab x año a los valores anteriores
- Volumen de natas
Se considera un valor mínimo de 0.7 m3
- Profundidad máxima de espuma sumergida (He)
He : 0.7 /A
Unidad : m
A: área superficial del tanque séptico en m2
- Profundidad libre de lodo (Ho)
Ho = 0.82 - 0.26 x A
Unidad : m
- Profundidad mínima requerida para la sedimentación (Hs)
He : Vs/A
Unidad : m
- Espacio de seguridad
La distancia entre la parte inferior del ramal de la salida y la superficie inferior de la capa de natas no deberá ser menor a 0.1 m.
8. VENTAJAS
- Apropiados para localidades rurales, edificaciones con servicio de agua propio, condominios, hospitales y entidades sin acceso a alcantarillado municipal.
- Es apropiado cuando el suelo es permeable y no sea un zona propensa a inundaciones
- Generalmente, sueles estar integrados a un red de alcantarillado
- Debido a su simplicidad, el costo de construcción es bajo, además, la operación y mantenimiento es fácil si se cuenta con infraestructura para remoción de lodos.
9. DESVENTAJAS
- El uso es limitado para un máximo de 350 habitantes o con un valor máximo de 20 m3/ dia de caudal.
- Su uso es limitados en zonas con suelo impermeables, zonas inundables o donde exista napa freática a menos de 3 metros de la superficie de terreno.
- Requiere un tratamiento adicional para disminuir la ecotoxicidad del efluente, debido a su baja eficiencia en la remoción de microorganismo patógenos y materia orgánica.
10. CASO APLICATIVO
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 mas frió es 10°C.
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 mas frió es 10°C.
11.CONCLUSIONES
Para una adecuada operación del sistema de poza sépticas, se recomienda evitar el uso de químicos en la limpieza del tanque séptico. Debe ser inspeccionado al menos una vez por año, para determinar cuándo se requiere mantenimiento y limpieza. Dicha inspección deberá limitarse a medir la profundidad de los lodos y de la nata. Los lodos se extraerán cuando los sólidos llegan a la mitad o a las dos terceras partes de la distancia total entre el nivel del líquido y el fondo.La limpieza se debe efectuar de forma manual, de tal forma que se pueda sacar el lodo con baldes. Cuando se extraen los lodos de un tanque séptico, éste no debe lavarse ni desinfectarse completamente, ya que se requiere una pequeña cantidad de lodo para asegurar que le proceso de digestión continúe. Se debe disponer los lodos en trincheras o montículos al sol, donde se procede al secado. Una vez secos se procede a enterrarlos o usarlos como fertilizante de suelo. Las zonas de enterramiento deben estar alejadas de las viviendas (por lo menos 500 m de la vivienda más cercana).
Respecto al tanque Imhoff, se requiere de vigilancia diaria, si se desea conseguir un buen rendimiento, reducir los olores y evitar efectos desagradables. La espuma de la cámara de sedimentación debe eliminarse diariamente, utilizando algún tipo de despumador; ya que se elimina lentamente cuando se acumula en los respiraderos de gas, donde llega a secarse. Se debe pasar un rodillo de mango largo diariamente por las paredes, desprendiéndose de esta manera sedimentos que caen a través de las ranuras hacia la cámara de sedimentación. La remoción de los lodos digeridos de la cámara de digestión se debe efectuar seis (06) veces al año. Esto se realiza cuando la topografía del terreno lo permita, colocándose una tubería de drenaje de lodos en la parte más profunda del tanque (zona de ingreso). La tubería estará provista de una válvula para efectuar la evacuación de los lodos hacia el lecho de secado. Todos los sólidos que se obtienen de las limpiezas antes mencionadas, se mezclan y se procede a secar. Los lodos depositados en esta pila o montículo se combinan una vez por semana, para que su deshidratación sea más rápida y uniforme. Después de aproximadamente tres meses se saca el lodo de la pila o montículo, y se eliminan los sólidos inorgánicos, mezclándose con cal y corteza seca de arbusto o pasto seco (hojarasca). Esta mezcla se utiliza como abono orgánico para la aplicación en jardines, cultivos agrícolas de tallo alto y agroforestería.
Para una adecuada operación del sistema de poza sépticas, se recomienda evitar el uso de químicos en la limpieza del tanque séptico. Debe ser inspeccionado al menos una vez por año, para determinar cuándo se requiere mantenimiento y limpieza. Dicha inspección deberá limitarse a medir la profundidad de los lodos y de la nata. Los lodos se extraerán cuando los sólidos llegan a la mitad o a las dos terceras partes de la distancia total entre el nivel del líquido y el fondo.La limpieza se debe efectuar de forma manual, de tal forma que se pueda sacar el lodo con baldes. Cuando se extraen los lodos de un tanque séptico, éste no debe lavarse ni desinfectarse completamente, ya que se requiere una pequeña cantidad de lodo para asegurar que le proceso de digestión continúe. Se debe disponer los lodos en trincheras o montículos al sol, donde se procede al secado. Una vez secos se procede a enterrarlos o usarlos como fertilizante de suelo. Las zonas de enterramiento deben estar alejadas de las viviendas (por lo menos 500 m de la vivienda más cercana).
Respecto al tanque Imhoff, se requiere de vigilancia diaria, si se desea conseguir un buen rendimiento, reducir los olores y evitar efectos desagradables. La espuma de la cámara de sedimentación debe eliminarse diariamente, utilizando algún tipo de despumador; ya que se elimina lentamente cuando se acumula en los respiraderos de gas, donde llega a secarse. Se debe pasar un rodillo de mango largo diariamente por las paredes, desprendiéndose de esta manera sedimentos que caen a través de las ranuras hacia la cámara de sedimentación. La remoción de los lodos digeridos de la cámara de digestión se debe efectuar seis (06) veces al año. Esto se realiza cuando la topografía del terreno lo permita, colocándose una tubería de drenaje de lodos en la parte más profunda del tanque (zona de ingreso). La tubería estará provista de una válvula para efectuar la evacuación de los lodos hacia el lecho de secado. Todos los sólidos que se obtienen de las limpiezas antes mencionadas, se mezclan y se procede a secar. Los lodos depositados en esta pila o montículo se combinan una vez por semana, para que su deshidratación sea más rápida y uniforme. Después de aproximadamente tres meses se saca el lodo de la pila o montículo, y se eliminan los sólidos inorgánicos, mezclándose con cal y corteza seca de arbusto o pasto seco (hojarasca). Esta mezcla se utiliza como abono orgánico para la aplicación en jardines, cultivos agrícolas de tallo alto y agroforestería.
12. GLOSARIO
Afluente: agua u otro líquido que ingresa a un reservorio,
planta de tratamiento o proceso de tratamiento.
Agua residual: agua que ha sido usada por una comunidad o industria y que contiene material orgánico o inorgánico disuelto o en suspensión.
Agua residual doméstica:agua de origen doméstico, comercial e institucional que
contiene desechos fisiológicos y otros provenientes de la
actividad humana.
Agua residual municipal: son aguas residuales domésticas. Se puede incluir bajo
esta definición a la mezcla de aguas residuales domésticas
con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales
de origen industrial, siempre que estas cumplan con los
requisitos para ser admitidas en los sistemas de alcantarillado
de tipo combinado
Bases de diseño :conjunto de datos para las condiciones finales e intermedias
del diseño que sirven para el dimensionamiento
de los procesos de tratamiento. Los datos generalmente
incluyen: poblaciones, caudales, concentraciones
y aportes percápita de las aguas residuales. Los parámetros
que usualmente determinan las bases del diseño
son: DBO, sólidos en suspensión, coliformes fecales y
nutrientes.
Criba gruesa
Artefacto generalmente de barras paralelas de separación
uniforme (4 a 10 cm) para remover sólidos flotantes
de gran tamaño.
Criba Media
Estructura de barras paralelas de separación uniforme
(2 a 4 cm) para remover sólidos flotantes y en suspensión, generalmente se emplea en el tratamiento preliminar.
Desarenadores: cámara diseñada para reducir la velocidad del agua residual y permitir la remoción de sólidos minerales (Arena y otros) por sedimentación.
Deshidratación de lodos: Proceso de remoción del agua contenida en los lodos
Lecho de secado : tanque de profundidad reducida con arena y grava sobre drenes, destinado a la deshidratación de lodos por filtración y evaporación.
13. BIBLIOGRAFÍA
Gobierno del Perú ( 08/ 06/ 2006). Reglamento Nacional de Edificaciones. El Peruano. Recuperado de http://www.munlima.gob.pe/images/descargas/gobierno-abierto/transparencia/mml/planeamiento-y-organizacion/normas-legales-tupa/01-Gerencia-de-Desarrollo-Urbano/Edficaciones/26.%20DS%2011-06-VIV%20Reglamento%20Nacional%20de%20Edificaciones.pdf
OEFA. Fiscalización ambiental en aguas residuales. Recuperado de https://www.oefa.gob.pe/?wpfb_dl=7827
Gobierno del Perú ( 17/03/2010). Aprueban límites máximos permisibles para los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales doméstica o municipales. El Peruano.Recuperado de http://www.minam.gob.pe/wp-content/uploads/2013/09/ds_003-2010-minam.pdf
Ministerio del Ambiente [MINAM]. Tratamiento y reuso de aguas residuales. Recuperado de http://sinia.minam.gob.pe/download/file/fid/39054
Organización Panamerican de la Salud (2005). Guía para el diseño de tanques sépticos, tanques Imhoff y lagunas de estabilización. Recuperado de http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/guialcalde/2sas/d24/053_Dise%C3%B1o_tanques_s%C3%A9pticos_Imhoff_lag/Dise%C3%B1o_tanques_s%C3%A9pticos_Imhoff_lagunas_estabilizaci%C3%B3n.pdf
Ramirez S. , Changana J. & Torres P. (2018). Estimación del caudal de efluentes de aguas residuales y líquidos orgánicos del camal municipal de Moyobamba para la propuesta de dimensionamiento de un tanque séptico.Recuperado de https://es.scribd.com/document/384625713/Tanque-Septico-Pra-Pre-Pro
Organización Panamerican de la Salud (2005). Guía para el diseño de tanques sépticos, tanques Imhoff y lagunas de estabilización. Recuperado de http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/guialcalde/2sas/d24/053_Dise%C3%B1o_tanques_s%C3%A9pticos_Imhoff_lag/Dise%C3%B1o_tanques_s%C3%A9pticos_Imhoff_lagunas_estabilizaci%C3%B3n.pdf
Ramirez S. , Changana J. & Torres P. (2018). Estimación del caudal de efluentes de aguas residuales y líquidos orgánicos del camal municipal de Moyobamba para la propuesta de dimensionamiento de un tanque séptico.Recuperado de https://es.scribd.com/document/384625713/Tanque-Septico-Pra-Pre-Pro
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ResponderEliminarServiria si no fuese copia exacta de CEPIS
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