Tratamiento Primario
Clase 8
1
CONCEPTOS BÁSICOS
TANQUES IMHOFF
TANQUES SÉPTICO
TRAMPA DE ACEITES Y GRASAS
CLARIFICADORES PRIMARIOS
Tratamiento Primario
2
 Esta etapa se encarga de la remoción de parte de los sólidos
y materia orgánica suspendida presentes en el agua
residual.
 El tratamiento primario persigue la reducción de sólidos
suspendidos SS, se reduce la turbidez, DBO debido a que
parte de los SS son materia orgánica MO.
 Se eliminará también algo de contaminación bacteriológica
(coliformes, estreptococos, etc.). De los sólidos se tratará de
eliminar específicamente los sedimentables.
Tanque Imhoff
3
 Es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la
remoción de sólidos suspendidos. Para comunidades de 5 000
habitantes o menos, éstos ofrecen ventajas ya que integran la
sedimentación del agua y la digestión de los lodos
sedimentados en la misma unidad. Este tipo de tanque tiene
doble función: recepción y procesamiento para aguas
residuales.
 Tienen forma rectangular y constan de tres secciones
 Cámara de sedimentación
 Cámara de digestión de lodos
 Área de ventilación y acumulación de natas
Tanque Imhoff
4
Tanque Imhoff
5
 Durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de
la cámara de sedimentación, donde se remueven gran parte
de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes
inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando
a la cámara de digestión a través de la ranura con traslape
existente en el fondo del sedimentador.
 El traslape tiene la función de impedir que los gases o
partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión,
que inevitablemente se producen en el proceso de digestión
sean desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación
Tanque Imhoff
6
 Los
lodos acumulados en el digestor se extraen
periódicamente y se conducen a lechos de secado, en donde
el contenido de humedad se reduce por infiltración,
después de la cual se retiran y se dispone de ellos
enterrándolos o utilizados para mejoramiento de los suelos.
Tanque Imhoff
7
 Es un estructura que presenta dos pisos caracterizados de
sedimentación, primero en el superior se presenta la
espuma y en el inferior se tiene una digestión de los sólidos.
 Los sólidos se sedimentan a través de ranuras existentes en
el fondo del compartimiento superior y pasan al
compartimiento inferior para su digestión a temperatura
ambiente.
 La
espuma es acumulada en el compartimiento de
sedimentación, existen gases altamente tóxicos en el
depósito, los cuales deben ser evacuados a superficie libre
para su dispersión en la atmósfera.
Ventajas del Tanque Imhoff
8
 Contribuye a la digestión del lodo, mejor que un tanque
séptico, produciendo un líquido residual de mejores
características.
 No descargan lodo en el líquido efluente.
 El lodo se seca y se evacua con más facilidad que el
procedente de los tanques sépticos, 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 separación de las arenas.
Ventajas del Tanque Imhoff
9
 El tiempo de retención de estas unidades es menor en
comparación con las lagunas.
 Tiene un bajo costo de construcción y operación.
 Para
su construcción se necesita poco terreno en
comparación con las lagunas de estabilización.
 Son
adecuados para ciudades pequeñas y para
comunidades donde no se necesite una atención constante
y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos para
evitar la contaminación de las corrientes.
Desventajas del Tanque Imhoff
10
 Son estructuras profundas (> 6m).
 Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y deben
tomarse precauciones cuando el nivel freático sea alto, para
evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando
este vacío.
 El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgánica y
microbiológica.
 En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su
funcionamiento sea correcto.
Remociones en los Tanques Imhoff
11
 El tanque Imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos en
suspensión y reduce la DBO del 25 al 35%. Se recomienda
enviar el efluente del tanque Imhoff hacia una laguna
facultativa para remover los microorganismo del efluente.
Diseño de la Cámara de Sedimentación
12
 Caudal, Q (m3/h)
Q = ((población x dotación)/1000) x % Contribución
 Área del Sedimentador , As (m2)
As = Q/Cs (Carga Superficial, m3/m2-h)
El área requerida se calcula con una carga superficial entre 1-1.5
(m3/m2/h) y en base al caudal máximo horario (Qmaxh) del
sistema de alcantarillado
Diseño de la Cámara de Sedimentación
13
 Volumen del Sedimentador, Vs (m3)
Vs = Q x tR
Tiempo de retención hidráulica (1,5 a 2,5 horas;
recomendable 2 horas), por lo que la profundidad será el
producto de la carga superficial por el periodo de retención
h = Carga Superficial x tR
Diseño de la Cámara de Sedimentación
14
 El fondo del tanque será de sección transversal en forma de
V y la pendiente de los lados respecto a la horizontal tendrá
de 50º-60º.
 En la arista central se debe dejar una abertura para paso de
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
modos que impida el paso de gases y sólidos desprendidos
de digestor hacia el sedimentador, situación que reducirá la
capacidad de remoción de sólidos en suspensión de esta
unidad de tratamiento.
Diseño de la Cámara de Sedimentación
15
Diseño de la Cámara de Sedimentación
16
 Longitud Mínima del Vertedero de Salida, Lv (m)
Lv = Qmáximo/Chv
Donde:
 Chv es la carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre
125 a 500 m3/m2-d, recomendable 250 m3/m2-d
Diseño del Digestor
17
 Volumen de Almacenamiento y Digestión, Vd (m3) en el día
Vd = (70 x población x FCR)/(Densidad del Agua)
Para el cálculo del compartimiento de almacenamiento y
digestión de lodos se tomará en cuenta la siguiente tabla:
Temperatura (oC)
Factor de Capacidad Relativa (FCR)
5
2,0
10
1,4
15
1,0
20
0,7
> 25
0,5
Base o el Fondo del Tanque
18
 El fondo de la cámara de digestión
tendrá la forma de pirámide
invertida (tolva de lodos), para
facilitar el retiro de los lodos
digeridos.
 Las paredes laterales de esta tolva
tendrá una inclinación de 15º a
30º con respecto a la horizontal.
 La altura máxima de los lodos
deberá estar 0.50 m por debajo
del fondo del sedimentador.
 Hasta el nivel de fangos habrá un
tirante entre 30 a 90 cm.
Diseño del Digestor
19
 Tiempo requerido para la Digestión de Lodos, (td) este varia
en función de la temperatura, para ello se empleará la tabla
siguiente:
Temperatura (oC)
Tiempo de Digestión , td (d)
5
110
10
76
15
55
20
40
> 25
30
Frecuencia de Retiro de Lodos
20
 La frecuencia de remoción de lodos debe de calcularse en
base a los tiempo de la tabla anterior, considerando que
existirá una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos; estos
últimos ubicados en el fondo del digestor. Por lo que el
tiempo de digestión entre extracciones de lodos sucesivas
deberá ser por lo menos el tiempo de digestión a excepción
de la primera extracción en la que se deberá esperara el
doble de tiempo de digestión
Diseño del Digestor
21
Lecho de Secados de Lodos. Su objetivo es deshidratar los
lodos estabilizados (lodos digeridos).
Carga de Sólidos que ingresa al Sedimentador (C, Kg de SS/d)
C = Q x SS x 0.0864
C = Población x Contribución per Cápita (g SS/hab-d)/1000
Cuando la localidad no cuenta con alcantarillado se utiliza
una contribución per cápita promedio de 90 g SS/hab-d
Diseño del Digestor
22
 Masa de Sólidos que conforman los Lodos, Msd (Kg SS/d)
Msd = (0.5 x 0.7 x 0.5 x C) + (0.5 x 0.3 C)
 Volumen Diario de Lodos Digeridos, Vld (L/d)
Vld = Msd/(lodo x (% Sólidos/100))
lodo es la densidad de los lodos, igual a 1.04 Kg/L
% sólidos varia del 8 al 12%
Diseño del Digestor
23
 Volumen de Lodos a Extraerse del Tanque, Vel (m3)
Vel = (Vld x td)/1000
 Área del Lecho de Secado, Als (m2)
Als = Vel/Ha
Ha es la profundidad de aplicación, 0.20 -0.40 m
Diseño del Digestor
24
 El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6
m, pero para instalaciones grandes puede sobrepasar los 10
m.
 Alternativamente se puede emplear la siguiente expresión
para obtener las dimensiones unitarias de un lecho de
secado.
 La carga superficial de sólidos aplicado al lecho de secado
se encuentra entre 120 a 200 Kg de sólidos/m2-año.
Zona de Digestión
25
 El volumen será calculado en base a la tasa per cápita de
acumulación entre 50 a 100 (L/hab) para un periodo de
acumulación de lodos de hasta 6 meses.
El fondo del tanque tiene la forma tronco piramidal con
paredes inclinadas entre 30º y 45º respecto a la horizontal.
 La superficie total libre para la ventilación y/o expulsión de
gases deberá estar entre el 20% a 30% de la superficie total del
tanque.
 Los tanques IMHOFF solo son aprovechables hasta 5 000
habitantes, lo óptimo es una población de 2 500 habitantes
para que las dimensiones sean relativamente económicas.
Tanques Imhoff
26
Tanque Imhoff
27
Ejemplo
28
 Se desea implementar un sistema de tratamiento de aguas
residuales mediante el empleo de un tanque Imhoff. La
población es de 2 000 habitantes, tiene una dotación de 150
L/hab-d, un porcentaje de contribución al desagüe de 80%,
la contribución de sólidos suspendidos es de 70 g de
SS/hab-d, la temperatura del agua es de 25oC.
Tanque Séptico
29
 El tanque séptico es un sistema de tratamiento de aguas
residuales domésticas que consiste, en términos generales, de
una cámara cerrada, a donde llegan los residuos, la cual facilita
la descomposición y la separación de la materia orgánica por
acción de las bacterias de estos residuos.
 El tanque séptico transforma la materia orgánica en gases,
líquidos y lodos; los lodos (sólidos sedimentables) se depositan
en la parte inferior de la cámara, por el contrario, las grasas y
demás materiales ligeros flotan y se acumulan en la superficie
formando una capa de espumas; los líquidos libres de material
flotante se evacuan de la cámara, a través de tuberías que
llegan a campos de infiltración al subsuelo.
 Por último los gases que se generan en los lodos, por procesos
de descomposición anaeróbica y facultativa, (dióxido de
carbono (CO2), metano (CH4) y sulfuro de hidrógeno (H2S)),
son evacuados del tanque por medio de tuberías.
Ventajas del Tanque Séptico
30
 Apropiado
para comunidades
condominios, hospitales, etc.
rurales,
edificaciones,
 Su limpieza no es frecuente
 Tiene un bajo costo de construcción y operación
 Mínimo grado de dificultad en operación y mantenimiento
si se cuenta con infraestructura de remoción de lodos
Desventajas del Tanque Séptico
31
 De uso limitado para un máximo de 350 habitantes
 También de uso limitado a la capacidad de infiltración de
terreno que permita disponer adecuadamente los efluentes
en el suelo
 Requiere facilidades para la remoción de lodos
Principios de Diseño del Tanque Séptico
32
 Prever un tanque de retención de las aguas servidas, en el
tanque séptico, suficiente para la separación de sólidos y la
estabilización de los líquidos.
 Prever condiciones de estabilidad hidráulica para una
eficiente sedimentación y flotación de los sólidos.
 Asegurar que el tanque sea lo bastante grande para la
acumulación de los lodos y espuma.
 Prevenir
las obstrucciones
ventilación de los gases.
y
asegurar
la
adecuada
Diseño del Tanque Séptico
33
Diseño del Tanque Séptico
34
Diseño del Tanque Séptico
35
Diseño del Tanque Séptico
36
Trampa de Grasas
37
 Sistema que tiene por finalidad la eliminación de grasas,
aceites, espumas y materias flotantes más ligeras que el
agua para evitar interferencias en procesos posteriores. De
esta forma se evita la sobrecarga de las siguientes unidades
de tratamiento y la aparición de organismos filamentosos
en los sistemas biológicos.
 Se puede emplear las trampas en aplicaciones muy
variadas, que van desde las operaciones en restaurantes y
de procesado de alimentos hasta numerosos y diferentes
tipos de aplicaciones industriales.
Funcionamiento de la Trampa de Grasas
38
 La trampa de grasas es básicamente una estructura
rectangular de funcionamiento mecánico para flotación. El
sistema se fundamenta en el método de separación
gravitacional, el cual aprovecha la baja velocidad del agua y
la diferencia de densidades entre el agua y los
hidrocarburos para realizar la separación, adicionalmente
realiza, en menor grado, retenciones de sólidos.
 Normalmente consta de tres sectores separados por
pantallas en concreto o mampostería.
Funcionamiento de la Trampa de Grasas
39
 En el primer y segundo sector se realiza la mayor retención
de sólidos y en menor cantidad, la retención de grasas y
aceites debido a la turbulencia que presenta el agua; en la
tercera se realiza la mayor acumulación de los elementos
flotantes como grasas y aceites los cuales pasan al
desnatador conectado a dicha sección.
 Las
trampas de grasas se construyen en concreto
impermeable o polipropileno.
Trampa de Grasas
40
Trampa de Grasas
41
Requisitos de la Trampa de Grasas
42
Diseño de la Trampa de Grasa
43
Diseño de Trampa de Grasa
44
Diseño de Trampa de Grasa
45
Diseño de Trampa de Grasa
46
Diseño de Trampa de Grasas
47
 Las dimensiones de la trampa de grasas se calculan de la
siguiente forma:
V= Q x T
Donde:
V es el volumen efectivo de la trampa de grasas
Q es el caudal producido
t es el tiempo de retención, se recomienda 30 minutos
De acuerdo a las normas de diseño se recomienda una relación
entre el largo y el ancho de L=1.8 a.
Diseño de Trampa de Grasas
48
 Para que la eficiencia del tratamiento sea mayor y con el fin
de minimizar los caudales a tratar, se recomienda la
construcción de trampas de grasas separadas para las aguas
de lavado y las aguas de escorrentía contaminada, estas
últimas no requieren de una trampa de sedimentos.
 En la tabla siguiente se muestran las dimensiones de las
trampas grasas de acuerdo a los rangos de volumen de agua
proyectados y en la figura se muestra un esquema de la
trampa de grasas más utilizadas.
Dimensiones de Trampa de Acuerdo al Caudal
49
Rango de
Caudales
(L/s)
Volumen de
Trampa de
Grasa (m3)
Profundidad
(h)
Ancho
(a)
Largo
(L)
0-1
1.8
1.0
1.00
1.80
0-1
1.8
1.5
0.67
1.20
1-2
3.6
1.5
1.33
2.40
2-3
5.4
2.0
1.50
2.70
3-4
7.2
2.0
2.00
3.60
4-5
8.1
2.0
1.50
2.70
5
9.1
2.0
1.60
2.85
Esquemas de Trampa de Grasa
50
PLANTA
DES NATADOR
Entrada
S alida
A
A
CORTE A-A
Sedimentación Primaria
51
 El objetivo de la decantación primaria es la reducción de las
partículas disueltas o en suspensión en las aguas residuales
que no han podido retenerse por razón de su finura o
densidad en el pretratamiento, bajo la exclusiva acción de
la gravedad. Por tanto sólo se puede pretender la
eliminación de los sólidos sedimentables y las materias
flotantes.
Sedimentación Primaria
52
 En la decantación primaria, las partículas tienen
ciertas características que producen la floculación
durante la sedimentación. Así, al chocar una
partícula con otra, ambas se unen formando una
nueva partícula de mayor tamaño aumentando su
velocidad de sedimentación.
Tipos de Sedimentadores
53
 Circulares
Parámetros de Diseño para Tanques de
Sedimentación Primaria
54
Dimensiones de Tanques de Sedimentación
Primaria
55
Esquema de un Sedimentador Rectangular
Primario
56
Esquema de un Sedimentador Rectangular
Primario
57
Diseño de un Sedimentador Primario
58
 Los parámetros principales a considerar en el diseño de un
sedimentador primario son:
 Velocidad Superficial: Se define como el caudal de agua a
tratar dividido
sedimentación:
Velocidad
por
la superficie
Vs = Q/A
Superficial
del tanque
A= w x L
a Caudal
Medio (m/h)
Sedimentación
Primaria
Velocidad
Mínima
Velocidad
Típica
Velocidad
Máxima
Circular
1,0
1,5
2,0
Rectangular
0,8
1,3
1,5
de
Diseño de un Sedimentador Primario
59
 Superficie de Sedimentación (A):
 A = Qmedio/Vs
Velocidad
Superficial
a Caudal
Máximo (m/h)
Sedimentación
Primaria
Velocidad Mínima
Velocidad
Típica
Velocidad
Máxima
Circular
2,0
2,5
3,0
Rectangular
1,8
2,2
2,6
Diseño de un Sedimentador Primario
60
 Tiempo de Retención: Es el volumen del tanque de
sedimentación dividido por el caudal
t = V/Q
Tiempo de
Sedimentación
Primaria
Retención (h)
Velocidad
Mínima
Velocidad
Típica
Velocidad
Máximo
Caudal Medio
1,5
2,0
3,0
Caudal
Máximo
1,0
1,5
2,0
Diseño de un Sedimentador Primario
61
 Volumen de Sedimentación para Caudal Medio:
 V = Qmedio t
 Volumen de Sedimentación para Caudal Máximo
 V = Qmáximo t
Diseño de un Sedimentador Primario
62
 Velocidad Horizontal (VH):
VH = Q/(w x h)
Diseño de un Sedimentador Primario
63
 Para
determinar las dimensiones de estos
decantadores, se debe realizar algunos tanteos, de
manera que al imponernos valores de L y h, las
relaciones adimensionales de L/h y L/w presentan
valores dentro de los rangos permitidos, los cuales se
presentan en la siguiente tabla:
Sedimentación
Primaria
Valor Mínimo
Valor Típico
Valor Máximo
L (m)
5
-
90
L/h
5
15
40
L/w
1,5
4,5
7,5
h (m)
1,5
3,0
3,0
Remoción de DBO en Función de la Velocidad de
Sedimentación
64
Parámetro de Diseño para Sedimentadores
Primarios
65
Diseño de un Sedimentador Primario
66
 Longitud del Vertedero (Lv)
 Lv = Qmax (m3/h)/Carga de Salida (m3/m-h)
Carga
Salida
del
Vertedero
(m3/m-h)
Sedimentación
Primaria
Velocidad
Mínima
Velocidad
Típica
Velocidad
Máxima
Circular
5
10
26
Rectangular
5
9,5
18
Diseño de un Sedimentador Primario
67
 Para el dimensionamiento de las eras de lodos, el
volumen (m3) necesario vendrá dado por el cociente
entre el caudal medio de lodos producidos (m3/h) y
el tiempo de retención en las eras (h). Los valores
usuales del tiempo de retención (h) en las eras
pueden tomarse de la tabla de abajo:
Tiempo
Sedimentación
Primaria
de
Retención (h)
de Lodos
Velocidad Mínima
Velocidad Típica
Velocidad Máxima
Succión
1,0
1,5
2,0
Eras
3,0
5,0
6,0
Diseño de un Sedimentador Primario
68
Proceso de
Tratamiento
DBO
%
SS%
Bacterias
Helmintos
Sedimentación
Primaria
25-40
40-70
0-1 ciclos Log
10
0-1 ciclos Log 10
Aporte per
cápita
para Aguas
Residuales
Domésticas
DBO (g/hab-d)
36-78
50
SS (g/hab-d)
60-115
90
NH3-N (g/hab-d)
7,4-11
8,4
9,3-13,7
12
NKjlhdal (g/hab-d)
Diseño de un Sedimentador Primario
69
 Caudal de Lodos Producidos (Qlodos)
Qlodos = (% remoción de SS)(tR de lodos) (Qmáximo)/(No.
Habitantes )(Aporte de Sólidos en Suspensión)
Vlodos = Qlodos x tde limpieza (7 días)
Remoción de DBO y SST
70
 La eficiencia en la remoción de DBO y SST es función del
tiempo de detención y la concentración de constituyente como
se nota en la figura de abajo.
Donde
 R es la eficiencia de remoción
 t es el tiempo de detención
 a, b son constantes empíricas
Parámetro
a
b
DBO
0.018
0.020
SST
0.0075
0.014
Patrones de Flujo
 a. Flujo ideal
71
 b. Agua en el tanque mas tibia que el agua entrante,
estratificación térmica
 c. Agua en el tanque mas fría que el agua entrante,
estratificación térmica
 d. Formación de remolinos por acción del viento
Velocidad de Arrastre
72
 Para evitar la resuspensión de las partículas, la velocidad
horizontal a través del tanque debe ser mantenido baja. La
ecuación para la velocidad critica es:
Donde
 VH es la velocidad horizontal que produce el arrastre en m/s
 k es la constante que depende del tipo de material que es
arrastrado, 0.04 para arena unigranular y 0.06 para materia
más pegajosa
 s es la gravedad especifica de las partículas
 g es la aceleración de la gravedad en m/s2
 d es el diámetro de la partícula
 f es el factor de fricción Darcy-Weisbach, 0.02 a 0.03
Valores de Gravedad Especifica y
Concentración de Sólidos y Espuma removida
73
de Tanques de Sedimentación
Primaria
Ejemplo
74
 Dos tanques rectangulares de sedimentación primaria cada
uno con 6 m de ancho, 24 m de longitud y 2.1 m de
profundidad. Cada tanque trata 1 900 m3 en un periodo de
12 horas. Calcule la velocidad superficial de sedimentación,
velocidad horizontal y la velocidad de carga superficial del
vertedero de salida usando un vertedero en forma de H con
tres veces el ancho.
Ejemplo
75
 Diseñe un sistema de clarificación primaria para un caudal
promedio de 7 570 m3/d con un caudal horario pico de 18
900 m3/d y un caudal mínimo de 4 540 m3/d. Asuma una
remoción de DBO del 35% (Gráfico y Tabla del Lin, 2008).
Ejemplo
76
 Diseñe un clarificador para tratar 1 Mgal/d con una
velocidad superficial de 700 gal/d-ft2.
Ejemplo
77
 Si la velocidad de carga superficial es 40 m3/m2-d y la
velocidad de sobreflujo en el vertedero es 360 m3/m-d,
determine el radio máximo para un clarificador primario
circular con un sólo vertedero periférico.
Ejemplo
78
 El caudal promedio de una pequeña planta de tratamiento de
aguas residuales es 20 000 m3/d. El caudal pico más alto fue
de 50 000 m3/d. Diseñe un clarificador rectangular con un
ancho de canal de 6 m. Use como mínimo dos clarificadores.
 También calcule la velocidad de arrastre para conocer si el
material a sedimentarse será resuspendido. Estime la
remoción de DBO y los SST para los caudales promedios y
pico.
 Use una velocidad de sobreflujo de 40 m3/m2·d para el
caudal promedio y una profundidad del agua de 4 m. k es
0.05, diámetro de la partícula 100 µm, gravedad especifica de
1.25 y el factor de fricción de Darcy-Weisbach es 0.025.
 Profundidad del agua de 4 m.
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