Universidad Tecnológica de Querétaro

Universidad
Tecnológica de
Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de
Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad
Tecnológica de Querétaro, o=Universidad Tecnológica
de Querétaro, ou, [email protected],
c=MX
Fecha: 2013.10.07 15:18:44 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Nombre del proyecto:
“TRATAMIENTO DE AGUA PARA PROTOTIPO DE RANAS TORO”
Empresa:
CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO EN
ELECTROQUÍMICA S.C
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
QUÍMICA ÁREA TECNOLOGÍA AMBIENTAL
Presenta:
LAND HERNÁNDEZ JACQUELINE
Asesor de la UTEQ
M.C. Víctor Manuel Bazail Lozano
Asesor de la Organización
I.B.I. Leticia Montoya Herrera
Santiago de Querétaro, Octubre de 2013
RESUMEN
El presente trabajo se llevó a cabo con el objetivo de evaluar las condiciones de
operación de una planta prototipo de tratamiento de aguas residuales
generadas en un estanque de criadero de ranas toro en el municipio de
Corregidora, Qro. Para la realización del presente proyecto se hizo el montaje
de técnicas de análisis químico para poder evaluar la calidad del agua del
criadero de ranas así como verificar la eficiencia de remoción de contaminantes
por la planta prototipo. Se tomaron muestras de agua en dos puntos
representativos de la planta prototipo denominados: Entrada (cárcamo de
igualación) y Salida (tanque de agua tratada) basándonos en las normas
mexicanas NOM-001-SEMARNAT-1996 que establece los límites máximos
permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales, así como
la NMX-AA-030-SFCI para determinación de la demanda química de oxígeno y
la NMX-034-SFCI-2001 para determinación de sólidos para los análisis de
laboratorio incluyendo un tercer punto el reactor anaerobio para tomar los
parámetros de campo que fueron pH, temperatura y caudal. De acuerdo a los
cálculos realizados y según los resultados obtenidos se concluye que la
eficiencia de la planta prototipo es mayor cuando fluye un caudal alto, cuando el
pH se encuentra estable con valores entre 7 y 8, la eficiencia del prototipo
obtenida fue de hasta de 96.4%. Es importante mencionar que al darle el
mantenimiento adecuado a la planta y con un suministro de energía eléctrica
continuo se podría llegar a alcanzar una eficiencia mayor. Estas actividades
incluyen, retiro de material sólido (algas, plantas acuáticas, animales muertos,
restos de comida y excrementos) a la Entrada para evitar la acumulación de
sólidos, desnatado del Reactor Anaerobio (en donde se encuentran los lodos
anaerobios) encargados de la remoción de la materia orgánica de las aguas
residuales y la verificación de las bombas y demás dispositivos funcionen
correctamente
Palabras clave: (prototipo de aguas residuales, criadero de ranas, industria
acuícola).
2
DESCRIPTION
The place where I’m doing my professional stay is CIDETEQ. It’s a research
center dedicated to eight research lines. The Center has 26 laboratories. Most of
the people who work there have high degrees of study. My tutor is a biochemical
engineer. She is a very kind person always available to help me. She is tall and
she has a big smile. I learned a lot with her.
3
DEDICATORIAS
Dedico este trabajo a mis padres, Rafael Land y Marcelina Hernández por su
invaluable Amor y Apoyo Incondicional brindado en todo momento a lo largo de
mi Vida.
A la Institución que me formó y me dio los elementos necesarios para ser
competente a nivel profesional
A la maestra Leticia Montoya por su Atención, Paciencia y Conocimientos
brindados durante la estadía, siendo ella una guía para mi desarrollo
profesional.
A mis amigos que contribuyeron y compartieron conmigo momentos de mucha
Alegría poniendo cada uno de ellos su granito de arena para lograr mi objetivo.
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INDICE
RESUMEN .................................................................................................................... 2
DESCRIPTION………………………………………………………………………………….3
DEDICATORIAS………………………………………………………………………….…….4
INDICE……………………………………………………………………………………..….…5
I. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7
II. ANTECEDENTES ................................................................................................... 11
III. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... 13
IV. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 14
IV. I. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................... 14
V. ALCANCE ............................................................................................................... 15
VI. ANÁLISIS DE RIESGOS…………………………………………………………………16
VII. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ........................................................................... 18
VII.I PROBLEMAS POR EL AGUA A NIVEL MUNDIAL ........................................... 18
VII.I.I EL PANORAMA NACIONAL ....................................................................... 21
VII.I.II.SOLUCIONES ........................................................................................... 25
VII.II. NORMATIVIDAD APLICABLE ........................................................................ 26
VII.II.I. CONSTITUCIÓN POLÍTICA DE LOS ESTADOS UNIDOS MEXICANOS . 26
VII.II.III. LEYES FEDERALES .............................................................................. 28
Ley De Aguas Nacionales .................................................................................... 28
VII.II.IV. NORMAS ................................................................................................ 35
VII.III.TEORÍA DE AGUAS RESIDUALES DE RANAS ............................................ 36
VII.III.II. Tratamiento primario ............................................................................... 38
VII. IV. Procesos para el tratamiento de las aguas residuales del estanque de ranas
................................................................................................................................ 51
VIII. PLAN DE ACTIVIDADES ..................................................................................... 64
IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS ............................................................. 65
X. DESARROLLO DEL PROYECTO ........................................................................... 67
X. I. Montaje de Técnicas ........................................................................................ 67
X. II. Descripción del prototipo ................................................................................. 68
5
X. III. Arranque y operación del prototipo ................................................................. 70
X.IV. Actividades realizadas para llevar a cabo el monitoreo dela eficiencia de la planta
prototipo en la remoción de contaminantes………………………………………………..72
X.V. Puntos representativos de donde fueron tomadas las muestras…………………..73
XI. RESULTADOS OBTENIDOS…………………………………………………………….74
XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 87
XIII. ANEXOS .............................................................................................................. 90
XIV. BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................... 92
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I. INTRODUCCIÓN
En todos los grandes centros urbanos del planeta Tierra se generan grandes
cantidades de aguas negras como consecuencia del desarrollo de las
actividades humanas, por lo que las principales fuentes de aguas negras son la
industria, la ganadería, la agricultura y las actividades domésticas que se
incrementan con el crecimiento de la población humana.
Los contaminantes biodegradables de las aguas negras pueden ser degradados
mediante procesos naturales o en sistemas de tratamientos hechos por el
hombre, en los que se acelera el proceso de descomposición de la materia
orgánica con microorganismos.
Cuando un vertido de agua residual sin tratar llega a un cauce produce varios
efectos sobre él:

Tapiza la vegetación de las riberas con residuos sólidos gruesos que
lleva el agua residual, tales como plásticos, utensilios, restos de
alimentos, etc.

Formación de malos olores por agotamiento del oxígeno disuelto del
cauce que no es capaz de recuperarse.
Los objetivos de una PTAR son:
7

Eliminación de residuos, aceites, grasa, flotante o arenas y evacuación a
punto de destino final adecuado.

Eliminación de compuestos amoniacales y que contengan fósforo.

Transformar los residuos retenidos en lodos estables y que éstos sean
correctamente dispuestos.
La eficiencia de un proceso de tratamiento se expresa en términos de tanto por
ciento de disminución de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) o
Demanda Química de Oxígeno (DQO), una medida de la cantidad de oxígeno
disuelto consumido por los microorganismos por la oxidación de materia
orgánica e inorgánica. Cuanto mayor es el nivel de materiales oxidables
orgánicos e inorgánicos, más elevada es la DBO o DQO y peor es la calidad del
agua. Una planta de tratamiento de aguas residuales que funcione bien, puede
eliminar el 95% o más de la DBO inicial.
Cualquier PTAR debería poseer tres líneas básicas para su funcionamiento:
agua, lodo y gas, pudiendo disponer, en algunos casos, de una línea
complementaria de aire destinada a la eliminación de olores.
Con el pre tratamiento se elimina la parte de contaminación más visible:
cuerpos voluminosos, trapos, palos, hojas, arenas, grasas y materiales
similares que llegan flotando o en suspensión desde los colectores de entrada,
en el caso de las aguas residuales municipales; en el caso de las aguas
8
residuales provenientes de estanques criaderos de ranas estos elementos
pueden ser las algas que se forman en los estanques y en los cuales existen
cedazos que retienen estos materiales.
El tratamiento primario es aquel proceso o conjunto de procesos que tienen
como misión la separación por medios físicos de las partículas de suspensión
no retenidas en el pre tratamiento. Busca reducir la materia suspendida por
medio de la precipitación o sedimentación con o sin reactivos o por medio de
diversos tipos de oxidación química (poco utilizada en la práctica, salvo
aplicaciones especiales, por su alto costo)
En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes de
pasar al proceso secundario, sea de lodos activados o cualquier otro que utilice
microorganismos. Esto es debido a que ciertos elementos inhiben el proceso
biológico. Algunos de estos casos son:

Sustancias dañinas a la actividad microbiana, tal como la presencia de
cloro.

Aguas residuales con valores anormales de pH. Se debe realizar un
proceso de neutralización el cual es indispensable para el desarrollo
bacteriano.
9

Desagües con grandes fluctuaciones de caudal y calidad de las aguas
residuales incluyendo concentración de DBO5. Se homogenizan las
aguas en un tanque de igualación. En el caso de las aguas residuales de
los estanques de ranas se debe igualar la composición fisicoquímica
mediante un cárcamo que reciba los 4 efluentes identificados como
Renacuajos Juveniles, Renacuajos metamorfosis, Ranas Juveniles y
Ranas Sementales.
Sin embargo el arreglo de los procesos dependerá del tipo de contaminantes
que el agua residual traiga, en el caso de las aguas residuales de los estanques
de criaderos de ranas, la carga de contaminantes es alta dependiendo del
estanque origen (Renacuajo Juvenil, Renacuajo Metamorfosis, Rana Juvenil,
Rana Semental) de tal modo que es conveniente la utilización de sistemas
como el anaerobio que funcionan muy bien con altas concentraciones de
contaminantes. De esta manera puede combinarse o realizar un arreglo
utilizando primeramente un sistema anaerobio seguido de un aerobio, que
ayudará a eliminar la carga contaminante remanente, proporcionando así un
efluente mejor tratado.
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II. ANTECEDENTES
Los principales orígenes de los desechos de la industria acuícola en los
estanques de cultivo empleados son la descomposición del alimento no comido
y las excretas de las ranas que se acumulan en el mismo causando un deterioro
en la calidad del agua del estanque y que contienen sustancias tóxicas como es
el amonio y nitritos lo que causa reducción en la producción del sistema de
acuacultura (población animal).
Esta situación requiere un reemplazo de agua contaminada por agua limpia
generando así un efluente que solicita tratamiento, así mismo en los estanques
de cultivo, un lodo se acumula en el fondo que requiere de su retiro y de
tratamiento; la actividad de cambio de agua se realiza para proporcionarle una
mejor calidad de agua a las ranas.
Estos son dos de los principales problemas con que se enfrenta la industria
acuícola: el agua fresca de reemplazo y el agua residual generada, que
requiere tratamiento. El agua residual generada
que se descarga contiene
características fisicoquímicas y biológicas que le confieren características
peculiares para su tratamiento como son las considerables cantidades de
materia orgánica, sólidos, amonio, nitritos y nitratos. Lo ideal sería poder
11
reutilizar el agua residual una vez tratada como reemplazo del agua fresca,
minimizando así parte del problema; ya que debido a la escasez de agua
“limpia” podría ser una opción viable para abatir la contaminación y disminuir el
consumo de agua “limpia”.
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III. JUSTIFICACIÓN
En los estanques del criadero de ranas existe una acumulación de excretas,
pieles, aceites, restos de animales muertos, plantas, alimento fresco y en
descomposición; el agua residual presenta un alto contenido de materia
orgánica y compuestos nitrogenados que deben de ser removidos por medio del
prototipo para el tratamiento de aguas residuales.
Tanto la materia orgánica carbonácea como la nitrogenada son factibles de ser
eliminadas por medios biológicos; sin embargo su eliminación por estos medios
(prototipo construido) requiere un periodo considerado largo en donde es
necesario llevar un seguimiento y control del proceso con el fin de alcanzar los
límites de calidad deseables para reutilizar el agua tratada en los estanques del
criadero de modo tal que no afecte la sobrevivencia de los anfibios.
Por tal razón y para obtener los mayores beneficios para los cuales fue
construido el prototipo es necesario operar y estabilizar el prototipo dando
seguimiento con análisis químicos que permitan encontrar las condiciones
idóneas y alcanzar la mayor eficiencia de tratamiento del prototipo instalado en
la empresa de acuacultura.
13
IV. OBJETIVO GENERAL
 Evaluar condiciones de operación para el arranque de una planta
prototipo de tratamiento de aguas residuales para un estanque de un
criadero de ranas toro para la empresa de acuacultura.
IV. I. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Montaje de técnicas para los análisis químicos de la calidad del agua del
estanque de criadero de ranas
 Evaluar la calidad del agua del criadero de ranas por medio de análisis
químico y parámetros de campo
 Verificar la eficiencia de remoción de la planta prototipo de tratamiento de
aguas residuales
14
V. ALCANCE
 El aprendizaje y realización de las técnicas para la operación y control de
la planta de tratamiento.
 La operación de la planta de tratamiento.
 La interpretación de resultados para ver el desempeño del prototipo.
.
15
VI. ANÁLISIS DE RIESGOS
Para el análisis
de riesgo se utilizó el
ANÁLISIS FODA (Fortalezas,
Oportunidades, Debilidades, Amenazas):
FORTALEZAS

El sistema de tratamiento es fácilmente operable y su mantenimiento es
poco.

El sistema no cuenta con muchos sistemas eléctricos, cuenta con pocas
bombas y los sistemas de control son simples, están dados por flotación
o por revisión de la presión.
OPORTUNIDADES

Disminución del caudal de agua contaminada a través del prototipo para
el tratamiento de aguas residuales.

Reciclado del agua tratada.
DEBILIDADES

Posible eutrofización del agua del estanque del criadero de ranas debido
al contenido de nitrógeno.

Carencia de un tratamiento preliminar para eliminar sólidos.

Carencia de un sistema neutralizador para el control del pH.
16
AMENAZAS

La falta de cuidado en el manejo del prototipo que pudiera impedir el
adecuado funcionamiento del mismo impidiendo garantizar la calidad del
agua para la que fue diseñado.
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VII. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
VII.I PROBLEMAS POR EL AGUA A NIVEL MUNDIAL
Uno de los problemas en relación con el agua es que su distribución es
muy desigual. Además de las condiciones climáticas, la distribución y
abundancia del agua en el mundo dependen de la geología, de la orografía, el
tipo de suelo y la cubierta vegetal. Estos factores imponen variaciones en la
abundancia de este recurso, a tal grado que siete países (Canadá, Noruega,
Brasil,
Venezuela,
Suecia,
Australia
y
Estados
Unidos)
concentran
prácticamente el 90% del agua mientras que otros como Egipto y Sudáfrica
requieren de importar este recurso de otros países.
El consumo de agua por persona en el mundo también es muy dispar,
mientras que 3400 millones de personas cuentan con una dotación de apenas
50 L por día, en países desarrollados este valor sobrepasa los 400 L por
habitante por día.
Para poder aumentar el suministro de agua potable, cada
vez más países se han visto obligados a utilizar sus reservas de agua
subterráneas mediante la perforación y el bombeo. Esta fuente de agua
abastece aproximadamente a la tercera parte de la población mundial y para
que sea sustentable se requiere lograr un equilibrio entre el ritmo de extracción
con el de recarga. La sobreexplotación trae consecuencias a corto plazo, es
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decir el agotamiento de manantiales, la desaparición de lagos, la reducción de
los caudales de los ríos, la eliminación de vegetación nativa y la pérdida de
ecosistemas.
En la mayoría de las regiones, el problema no es en sí la falta de agua
dulce potable sino, más bien, la mala gestión y distribución de los recursos
hídricos y sus métodos. La mayor parte del agua dulce se utiliza para la
agricultura, mientras que una cantidad sustancial se pierde en el proceso de
riego. La mayoría de los sistemas de riego funcionan de manera ineficiente, por
lo que se pierde aproximadamente el 60 por ciento del agua que se extrae, que
se evapora o vuelve al cauce de los ríos o a los acuíferos subterráneos. Los
métodos de riego ineficiente entrañan sus propios riesgos para la salud: las
inundaciones de algunas zonas de Asia Meridional son la causa principal de la
transmisión de la malaria, situación que se reitera en muchas otras partes del
mundo.
Los acuíferos más grandes que se conocen son:
1. Acuífero de Areniscas de Nubia desigual con un volumen de 75 mil
millones de metros cúbicos.
2. Acuífero del Norte del Sahara con un volumen de 60 mil millones de
metros cúbicos.
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3. Sistema acuífero Guaraní con un volumen de 37 mil millones de metros
cúbicos.
4. Gran Cuenca Artesiana con un volumen de 20 mil millones de metros
cúbicos.
5. Acuífero Altas Planicies con un volumen de 15 mil millones de metros
cúbicos.
6. Acuífero del Norte de China con un volumen de 5 mil millones de metros
cúbicos.
Casi la mitad del agua de los sistemas de suministro de agua potable de
los países en desarrollo se pierde por filtraciones, conexiones ilícitas y
vandalismo. A medida que la población crece y aumentan los ingresos se
necesita más agua, que se transforma en un elemento esencial para el
desarrollo.
La calidad y cantidad de agua disponible están directamente
relacionadas con la salud humana. Existen más de 35 enfermedades
relacionadas con el abastecimiento del agua o con sistemas sanitarios
defectuosos. Hoy en día aproximadamente el 20% de la población mundial
carece de acceso a agua de calidad, mientras que el 50% no cuenta con un
buen sistema de saneamiento.
Políticamente hablando, todos los gobiernos del mundo han subsidiado el
costo del abastecimiento del agua para proteger a los usuarios. El Banco
Mundial estima que en promedio, en los países en desarrollo los usuarios
20
pagan el 35% del costo del suministro. Otro factor que cada vez se asocia más
con el problema del agua es el calentamiento global debido a la acumulación de
gases de efecto invernadero (principalmente CO2) en la atmósfera; debido a
esto el abastecimiento de agua podría reducirse aún más al elevarse la
temperatura lo que provocaría cambios en los patrones de lluvias, vientos y
sequías extremas.
Este recurso es un bien tan necesario que podría pasar a ser objeto de peleas
políticas, si se lo observa sólo como un negocio: represas, canales de irrigación,
tecnologías de purificación y de desalinización, sistemas de alcantarillado y
tratamiento de aguas residuales. No debe olvidarse el embotellamiento de
agua, puesto que es un negocio que supera en ganancias a la industria
farmacéutica.
VII.I.I EL PANORAMA NACIONAL
Como en muchos otros países del mundo, el problema del agua en México se
debe a una desigual distribución del recurso, y un deterioro en su calidad
debido a la contaminación y a la sobreexplotación. La disponibilidad del agua en
el país presenta grandes contrastes ocasionados por la variabilidad de las
lluvias y la frecuencia de las mismas durante el año, por ejemplo en las zonas
norte y centro el clima y la vegetación son desérticos y llueve muy poco,
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mientras que en el sureste las lluvias son abundantes. De los 772 mm de lluvia
que en promedio se precipitan anualmente en el territorio nacional, el 67%
ocurren de junio a septiembre, lo que dificulta su aprovechamiento.
Hoy en día cerca de 12 millones de habitantes carecen todavía de agua potable
y 23 millones de alcantarillado. Los factores humanos son también una parte
que contribuye a la problemática del agua. Cada año se desforestan 500
millones de hectáreas de bosques, lo cual provoca que se reduzca la capacidad
de infiltración y se acelere la pérdida de suelos.
En México anualmente se utilizan 72 millones de m 3 de agua de los
cuales el 45% proviene de aguas superficiales y 27 % de aguas subterráneas.
El 70% del volumen de agua que se suministra a las ciudades proviene del
subsuelo con lo que se abastecen aproximadamente 75 millones de personas.
En el país se han identificado aproximadamente 600 acuíferos de los cuales
cerca de 100 se encuentran ya sobreexplotados. Muchas de las grandes
ciudades como Ciudad de México, San Luis Potosí y Aguascalientes se
abastecen de agua que provienen de acuíferos ría sobreexplotados.
La mayoría de los cuerpos de agua superficial del país reciben descargas de
agua reciben descargas de aguas residuales sin tratamiento, ya sea de tipo
doméstico, industrial, agrícola y pecuario lo que ha ocasionado grados variables
22
de contaminación. Se considera que el 49% de los cuerpos de agua
superficiales se encuentran en el rango de poco o muy contaminados, mientras
que solo el 7% presenta una buena calidad. El uso que predomina en el país
es el agrícola ya que representa el 72% de la extracción. La superficie con
infraestructura de riego ha aumentado en los últimos años, actualmente es de
6.3 millones de hectáreas lo que coloca al país en el 7° lugar a nivel mundial en
superficie de infraestructura de riego. Sin embargo la baja eficiencia en los
sistemas de conducción, distribución y aplicación del agua, genera grandes
pérdidas, lo que incrementa los costos de producción. A pesar de que el
volumen destinado a la industria es menor (6 km 3 al año), su importancia se
debe a la cantidad y diversidad de contaminantes que descargan ciertas
industrias.
El 86% de las extracciones de agua la realizan 7 ramas que incluyen las
industrias azucarera, química, petróleo, petroquímica, celulosa y papel, hierro y
acero, textil, alimentos y bebidas, y de estas la industria azucarera es la que
mayores volúmenes de aguas residuales descarga.
A pesar de la crítica situación de disponibilidad del agua y millones de pesos
invertidos por el gobierno para la promoción de una cultura de conservación, las
redes de distribución de las ciudades carecen de una modernización y
mantenimiento adecuados, por lo que en algunas ciudades llega hasta el 35%
23
la pérdida el líquido a través de estos sistemas. Aún cuando el 94.6% del agua
suministrada a las localidades urbanas es desinfectada, solo se da tratamiento
en plantas potabilizadoras al 29%. Algunas plantas de tratamiento de aguas
negras no están operando por falta de recursos económicos, y en gran medida
las descargas de aguas industriales no son tratadas.
En México, la contaminación ha tenido severos impactos en la salud pública.
Según datos de la Organización Mundial de la Salud, el 80% de las
enfermedades infecciosas, parasitarias y gastrointestinales así como una
tercera parte de las defunciones causadas por éstas se deben al consumo de
agua insalubre.
Del total del suministro de agua en el país, 11.5% se destina el agua al uso
humano y 8.5% al uso industrial. A pesar de la crítica situación de disponibilidad
del agua y millones de pesos invertidos por el gobierno para la promoción de
una cultura de conservación, las redes de distribución de las ciudades carecen
de una modernización y mantenimiento adecuados, por lo que en algunas
ciudades llega hasta el 35% la pérdida el líquido a través de estos sistemas y la
prestación de los servicios se realiza con niveles de eficiencia y productividad
bajos. De la facturación total que emiten los sistemas municipales del agua,
sólo se cobra en promedio nacional el 71.7% o sea el casi 30% de agua
suministrada no se paga, en perjuicio de los sistemas de agua.
24
VII.I.II.SOLUCIONES
Una de las soluciones alternativas es el “sembrado de nubes” en el norte
del país; esto consiste en manipular químicamente las nubes para generar una
reacción pluvial utilizando el bromuro de plata como catalizador. La anterior
técnica aún no está regulada en el país por lo que ha generado polémica. Sus
detractores argumentan un daño al suelo y efectos secundarios para humanos y
animales mientras que los defensores de la técnica afirman que esto podría
solucionar los problemas de sequía en el país si se “siembran las nubes en
forma correcta”
Otra solución alternativa es propuesta por la empresa mexicana Wetlands. El
sistema de tratamiento para aguas residuales que propone es altamente
efectivo y más costeable que los tratamientos comunes. Inspirándose en
métodos presentes en se ha creado un sistema de pantanos artificiales con
plantas de tule capaces de filtrar hasta el 90% de los agentes contaminantes de
aguas.
25
VII.II. NORMATIVIDAD APLICABLE
Con el objeto de realizar un análisis relativo a la legislación hídrica y de esta
manera comprender un poco el papel de las leyes y los reglamentos que
actualmente rigen al país, se hace una breve reseña desde la Constitución
hasta las Normas Mexicanas.
VII.II.I. CONSTITUCIÓN POLÍTICA DE LOS ESTADOS UNIDOS MEXICANOS
Artículo 4. Toda persona tiene derecho al acceso, disposición y saneamiento
de agua El estado garantizará este derecho y la ley definirá las bases, apoyos
y modalidades para el acceso y uso equitativo y sustentable de los recursos
hídricos, estableciendo la participación de la federación, las entidades
federativas y los municipios, así como la participación de la ciudadanía para la
consecución de dichos fines.
Articulo 27. La propiedad de las tierras y aguas comprendidas dentro de los
límites del territorio nacional, corresponde originariamente a la Nación, la cual
ha tenido y tiene el derecho de transmitir el dominio de ellas a los particulares,
constituyendo la propiedad privada. Las expropiaciones solo podrán hacerse
por causa de utilidad pública y mediante indemnización.
26
Código Penal Federal
En particular el sistema jurídico penal estructurado en torno a los delitos contra
el agua y los recursos hídricos se encuentra sistematizado en los artículos 414
y 416 del Código Penal Federal. A continuación solo se analizarán los
citados artículos por ser los dispositivos jurídicos estrechamente vinculados a la
contaminación del agua en relación a su calidad.
Artículo 414. Se impondrá pena de uno a nueve años de prisión y de
trescientos a tres mil días multa al que ilícitamente, o sin aplicar las medidas de
prevención o seguridad, realice actividades de producción, almacenamiento,
trafico, importación o exportación, transporte, abandono, desecho, descarga, o
realice cualquier otra actividad con sustancias consideradas peligrosas por sus
características
corrosivas,
reactivas,
explosivas,
toxicas,
inflamables,
radioactivas u otras análogas, lo ordene o autorice, que cause un daño a los
recursos naturales, a la flora, a la fauna, a los ecosistemas, a la calidad del
agua, al suelo, al subsuelo o al ambiente.
Artículo 416. Se impondrá pena de uno a nueve años de prisión y de
trescientos a tres mil días multa, al que ilícitamente descargue, deposite, o
infiltre, lo autorice u ordene, aguas residuales, líquidos químicos o bioquímicos,
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desechos o contaminantes en los suelos, subsuelos, aguas marinas, ríos,
cuencas, vasos o demás depósitos o corrientes de agua de competencia
federal, que cause un riesgo de daño o dañe a los recursos naturales, a la flora,
a la fauna, a la calidad del agua, a los ecosistemas o al ambiente. Cuando se
trate de aguas que se encuentren depositadas, fluyan en o hacia un área
natural protegida, la prisión se elevara hasta tres años más y la pena
económica hasta mil días multa.
VII.II.III. LEYES FEDERALES
Ley De Aguas Nacionales
Artículo 1. La presente Ley es reglamentaria del Artículo 27 de la Constitución
Política de los Estados Unidos Mexicanos en materia de aguas nacionales; es
de observancia general en todo el territorio nacional, sus disposiciones son de
orden público e interés social y tiene por objeto regular la explotación, uso o
aprovechamiento de dichas aguas, su distribución y control, así como la
preservación de su cantidad y calidad para lograr su desarrollo integral
sustentable
Ley General Del Equilibrio Ecológico Y La Protección Al Ambiente
Son facultades de la Federación:
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Artículo 5. La regulación del aprovechamiento sustentable, la protección y la
preservación de las aguas nacionales, la biodiversidad, la fauna y los demás
recursos naturales de su competencia.
Artículo 7. Corresponden a los Estados, de conformidad con lo dispuesto en
esta Ley y las leyes locales en la materia, las siguientes facultades:
VII. La aplicación de las disposiciones jurídicas en materia de prevención y
control de la contaminación de las aguas que se descarguen en los sistemas de
drenaje y alcantarillado de los centros de población, así como de las aguas
nacionales que tengan asignadas, con la participación que conforme a la
legislación local en la materia corresponda a los gobiernos de los estados;
VIII. La regulación del aprovechamiento sustentable y la prevención y control de
la contaminación de las aguas de jurisdicción estatal; así como de las aguas
nacionales que tengan asignadas;
Artículo 44. Los propietarios, poseedores o titulares de otros derechos sobre
tierras, aguas y bosques comprendidos dentro de áreas naturales protegidas
deberán sujetarse a las modalidades que de conformidad con la presente Ley,
establezcan los decretos por los que se constituyan dichas áreas, así como a
las demás previsiones contenidas en el programa de manejo y en los
programas de ordenamiento ecológico que correspondan.
29
Artículo 45 Bis. Las autoridades competentes garantizarán el otorgamiento de
estímulos fiscales y retribuciones económicas, con la aplicación de los
instrumentos económicos referidos en el presente ordenamiento, a los
propietarios, poseedores o titulares de otros derechos sobre tierras, aguas y
bosques comprendidos dentro de áreas naturales protegidas.
Artículo 53. Las áreas de protección de recursos naturales, son aquellas
destinadas a la preservación y protección del suelo, las cuencas hidrográficas,
las aguas y en general los recursos naturales localizados en terrenos forestales
de aptitud preferentemente forestal, siempre que dichas áreas no queden
comprendidas en otra de las categorías previstas en el artículo 46 de esta Ley.
Se consideran dentro de esta categoría las reservas y zonas forestales, las
zonas de protección de ríos, lagos, lagunas, manantiales y demás cuerpos
considerados aguas nacionales, particularmente cuando éstos se destinen al
abastecimiento de agua para el servicio de las poblaciones.
Las medidas que el Ejecutivo Federal podrá imponer para la preservación y
protección de las áreas naturales protegidas, serán únicamente las que se
establecen, según las materias respectivas, en la presente Ley, las Leyes
Forestal, de Aguas Nacionales, de Pesca, Federal de Caza, y las demás que
resulten aplicables.
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Artículo 92. Con el propósito de asegurar la disponibilidad del agua y abatir los
niveles de desperdicio, las autoridades competentes promoverán el ahorro y
uso eficiente del agua, el tratamiento de aguas residuales y su reuso.
Artículo 93. La Secretaría, realizará las acciones necesarias para evitar, y en
su caso controlar procesos de eutroficación, salinización y cualquier otro
proceso de contaminación en las aguas nacionales.
Artículo 108. Para prevenir y controlar los efectos generados en la exploración
y explotación de los recursos no renovables en el equilibrio ecológico e
integridad de los ecosistemas, la Secretaría expedirá las normas oficiales
mexicanas que permitan:
I. El control de la calidad de las aguas y la protección de las que sean utilizadas
o sean el resultado de esas actividades, de modo que puedan ser objeto de
otros usos
Artículo 117. Para la prevención y control de la contaminación del agua se
considerarán los siguientes criterios:
I. La prevención y control de la contaminación del agua, es fundamental para
evitar que se reduzca su disponibilidad y para proteger los ecosistemas del país
31
II. Corresponde al Estado y la sociedad prevenir la contaminación de ríos,
cuencas, vasos, aguas marinas y demás depósitos y corrientes de agua,
incluyendo las aguas del subsuelo
III. El aprovechamiento del agua en actividades productivas susceptibles de
producir su contaminación, conlleva la responsabilidad del tratamiento de las
descargas, para reintegrarla en condiciones adecuadas para su utilización en
otras actividades y para mantener el equilibrio de los ecosistemas
IV. Las aguas residuales de origen urbano deben recibir tratamiento previo a su
descarga en ríos, cuencas, vasos, aguas marinas y demás depósitos o
corrientes de agua, incluyendo las aguas del subsuelo; y
V. La participación y corresponsabilidad de la sociedad es condición
indispensable para evitar la contaminación del agua.
Artículo 118.- Los criterios para la prevención y control de la contaminación del
agua serán considerados en:
I. La expedición de normas oficiales mexicanas para el uso, tratamiento y
disposición de aguas residuales, para evitar riesgos y daños a la salud pública;
II. La formulación de las normas oficiales mexicanas que deberá satisfacer el
tratamiento del agua para el uso y consumo humano, así como para la
infiltración y descarga de aguas residuales en cuerpos receptores considerados
aguas nacionales
32
III. Los convenios que celebre el Ejecutivo Federal para entrega de agua en
bloque a los sistemas usuarios o a usuarios, especialmente en lo que se refiere
a la determinación de los sistemas de tratamiento de aguas residuales que
deban instalarse
Artículo 118. Los criterios para la prevención y control de la contaminación del
agua serán considerados en:
I. La expedición de normas oficiales mexicanas para el uso, tratamiento y
disposición de aguas residuales, para evitar riesgos y daños a la salud pública;
II. La formulación de las normas oficiales mexicanas que deberá satisfacer el
tratamiento del agua para el uso y consumo humano, así como para la
infiltración y descarga de aguas residuales en cuerpos receptores considerados
aguas nacionales
III. Los convenios que celebre el Ejecutivo Federal para entrega de agua en
bloque a los sistemas usuarios o a usuarios, especialmente en lo que se refiere
a la determinación de los sistemas de tratamiento de aguas residuales que
deban instalarse
IV. El establecimiento de zonas reglamentadas, de veda o de reserva en
términos de la Ley de Aguas Nacionales
33
Ley De Prevención Y Gestión Integral De Residuos Del Estado De
Querétaro
Artículo 44. Queda prohibido por cualquier motivo:
IV. Arrojar o abandonar en lotes baldíos, a cielo abierto o en cuerpos de aguas
superficiales o subterráneas, sistemas de drenaje, alcantarillado o en fuentes
públicas, residuos sólidos de cualquier especie.
Reglamento De La Ley De Aguas Nacionales
Articulo 1. El presente ordenamiento tiene por objeto reglamentar la Ley de
Aguas Nacionales. Cuando en el mismo se expresen los vocablos "Ley",
"Reglamento", "La Comisión" y "Registro", se entenderá que se refiere a la Ley
de Aguas Nacionales, al presente Reglamento, a la Comisión Nacional del Agua
y al Registro Público de Derechos de Agua, respectivamente.
Reglamento De Vertido Y Reuso De Aguas Residuales
Artículo 2. Objetivos. El presente Reglamento tiene por objetivo la protección
de la salud pública y del ambiente, a través de una gestión ambientalmente
adecuada de las aguas residuales.
34
VII.II.IV. NORMAS
Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996, Que Establece Los
Límites Máximos Permisibles De Contaminantes En Las Descargas De Aguas
Residuales En Aguas Y Bienes Nacionales.
Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEMARNAT-1996 Que Establece Los
Límites Máximos Permisibles De Contaminantes En Las Descargas De Aguas
Residuales A Los Sistemas De Alcantarillado Urbano o Municipal
Norma Oficial Mexicana NOM-003-SEMARNAT-1997 Que Establece Los
Límites Máximos Permisibles De Contaminantes Para Las Aguas Residuales
Tratadas Que Se Reusen En Servicios Al Público
NMX-AA-030-SCFI-2001 DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE
OXÍGENO En Aguas Naturales, Residuales Y Residuales Tratadas – Método
De Prueba.
NMX-AA-034-SCFI-2001
DETERMINACIÓN
DE
SÓLIDOS
Y
SALES
DISUELTAS En Aguas Naturales, Residuales Y Residuales Tratadas - Método
De Prueba
35
VII.III.TEORÍA DE AGUAS RESIDUALES DE RANAS
VII.III.I. Descripción del tratamiento de aguas residuales del Prototipo.
Con el pre tratamiento se elimina la parte de contaminación más visible:
cuerpos voluminosos, trapos, hojas, arenas, grasas y materiales similares, que
llegan flotando o en suspensión desde los colectores de entrada, en el caso de
aguas residuales municipales. En el caso de aguas residuales provenientes de
estanques criaderos de ranas, estos elementos pueden ser las algas que se
forman en los estanques y en los cuales existen cedazos que retienen estos
materiales.
En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes de
pasar al proceso secundario, sea de lodos activados o cualquier otro que utilice
microorganismos. Esto es debido a que ciertos elementos inhiben el proceso
biológico. Algunos de estos casos son:

Sustancias dañinas a la actividad microbiana, tal como la presencia de
cloro.

Grandes cantidades de sólidos. Se utilizan cribas o rejas en un tanque de
sedimentación primaria para los sólidos fácilmente sedimentables.
36

Aguas residuales con valores anormales de pH. Se debe realizar un
proceso de neutralización el cual es indispensable para el desarrollo
bacteriano.

Desagües con grandes fluctuaciones de caudal y calidad de las aguas
residuales incluyendo concentración de DBO5. Se homogenizan las
aguas en un tanque de igualación. En el caso de las aguas residuales
de los estanques de ranas se debe igualar la composición fisicoquímica
mediante un cárcamo que reciba los 4 efluentes identificados como
Renacuajos Juveniles, Renacuajos metamorfosis, Ranas Juveniles y
Ranas Sementales.
El arreglo de los procesos dependerá del tipo de contaminantes que el agua
residual traiga, en el caso de las aguas residuales de los estanques de
criaderos de ranas, la carga de contaminantes es alta dependiendo del
estanque origen (Renacuajo juvenil, Renacuajo Metamorfosis, Rana Juvenil,
Rana Semental), de modo tal que es conveniente la utilización de sistemas
como el anaerobio que funcionan muy bien con altas concentraciones de
contaminantes. De esta manera, puede combinarse o realizar un arreglo de
utilizar primeramente un sistema anaerobio, seguido de un aerobio, que
ayudará a eliminar la carga contaminante remanente, proporcionando así un
efluente mejor tratado. Se mencionará primeramente el sistema aerobio y luego
del anaerobio.
37
VII.III.II. Tratamiento primario
Se entiende por tratamiento primario a aquel proceso o conjunto de procesos
que tienen como misión la separación por medios físicos de las partículas en
suspensión no retenidas en el pre tratamiento.
El proceso principal del tratamiento primario es la decantación, fenómeno
provocado por la fuerza de gravedad que hace que las partículas suspendidas
más pesadas que el agua se separen sedimentándose.
VII.III.III. Tratamiento secundario o biológico
El tratamiento secundario de aguas negras es un proceso biológico que utiliza
bacterias aerobias como un primer paso para remover hasta cerca del 90 % de
los desechos biodegradables que requieren oxígeno. Su finalidad es la
reducción de la materia orgánica presente en las aguas residuales una vez que
ha pasado por las fases de pre tratamiento y tratamiento primario. Después de
la sedimentación, el agua pasa a un tanque de aireación en donde se lleva a
cabo el proceso de degradación de la materia orgánica y posteriormente pasa a
un segundo tanque de sedimentación, de ahí al tanque de desinfección por
cloro y después se descarga para su reutilización.
El tratamiento secundario más común para el tratamiento de aguas negras es el
de los lodos activados. Las aguas negras que provienen del tratamiento
38
primario pasan a un tanque de aireación en donde se hace burbujear aire o en
algunos casos oxígeno, desde el fondo del tanque para favorecer el rápido
crecimiento de las bacterias y otros microorganismos. Las bacterias utilizan el
oxígeno para descomponer los desechos orgánicos de las aguas negras.
Los sólidos en suspensión y las bacterias forman una especie de lodo conocido
como lodo activado, el cual se deja sedimentar y luego es llevado a un tanque
digestor aeróbico para que sea degradado. Finalmente el lodo activado es
utilizado como fertilizante en los campos de cultivo, incinerado, llevado a un
relleno sanitario o arrojado al mar.
El lodo activado es un proceso de tratamiento por el cual el agua residual y el
lodo biológico (microorganismos) son mezclados y aireados en un tanque
denominado reactor. Los flóculos biológicos formados en este proceso se
sedimentan en un tanque de sedimentación, lugar del cual son recirculados
nuevamente al tanque aireador o reactor.
En el proceso de lodos activados los microorganismos son completamente
mezclados con la materia orgánica en el agua residual de manera que ésta les
sirve de sustrato alimenticio. Es importante indicar que la mezcla o agitación se
efectúa por medios mecánicos superficiales o sopladores sumergidos, los
39
cuales tiene doble función 1) producir mezcla completa y 2) agregar oxígeno al
medio para que el proceso se desarrolle.
El mezclado o agitación evita sedimentos y homogeniza la mezcla de los
flóculos bacterianos y el agua residual (licor de mezcla). Después de un tiempo
de contacto suficiente, 5-10 horas, el licor de mezcla se envía a un clarificador
(decantador secundario) destinado a separar el agua depurada de los lodos.
Un porcentaje de estos últimos se recirculan al depósito de aireación para
mantener en el mismo una concentración suficiente de biomasa activa. Se tiene
que garantizar los nutrientes necesarios para que el sistema funcione
correctamente. Estos son principalmente el nitrógeno y el fósforo, así como un
aporte de oxígeno para la acción metabólica de los microorganismos. Este
aporte se efectúa mediante turbinas dispuestas en el interior del tanque o balsa.
Es necesario que las aguas residuales crudas se mezclen con el lodo activado
retornado del tanque sedimentador final, requiere también ser aireado hasta
obtener 2 mg/l de oxígeno disuelto o más. En este proceso, una parte de
materia orgánica contenida en los desagües es mineralizada y gasificada y la
otra parte es asimilada como nuevas bacterias.
Un aspecto importante del proceso de tratamiento de aguas residuales
mediante lodos activados es el uso de flóculos biológicos en los lodos activados
40
compuestos de bacterias heterotróficas y son el elemento principal para la
purificación. El proceso de tratamiento tiene dos importantes características:
• Eficiente remoción de materia orgánica.
• Eficiente separación de sólidos
Rol de las bacterias benéficas
Las bacterias benéficas juegan un rol preponderante en el tratamiento biológico.
Las bacterias son clasificadas de acuerdo a sus características bioquímicas:
Clasificación por fuente de energía
· Fotosintéticas
· Quimiosintéticas
· Reacción Oxidación-Reducción Inorgánica
Clasificación por fuente de carbón
· Reacción Oxidación-Reducción Orgánica
· Carbón Orgánico
Clasificación por su forma de vida
· De crecimiento suspendido, con existencia de flóculos orgánicos
(Lodos Activados).
41
· De crecimiento adherido donde el crecimiento bacteriano se realiza en un
medio de apoyo (piedras o cualquier otro medio artificial). Se utilizan en
procesos con filtros percoladores.
Clasificación por uso de oxígeno
· Organismos aeróbicos. Existen solo cuando hay una fuente de oxígeno
molecular.
· Organismos anaeróbicos. Su existencia está condicionada a la ausencia de
oxígeno.
· Organismos facultativos. Tiene la capacidad de sobrevivir con o sin oxígeno.
Uso de bacterias benéficas
Existen compuestos bacterianos comerciales que se utilizan para acelerar el
proceso de degradación biológica. Algunos productos pueden ser una mezcla
de bacterias aeróbicas anaeróbicas y facultativas seleccionadas por su gran
actividad y agresividad, compitiendo favorablemente contra las bacterias
patógenas que se encuentran en las aguas residuales.
Básicamente la remoción de la materia orgánica en las aguas residuales es
producida por dos procesos:
42
· Mineralización (gasificación) por acción de las bacterias heterotróficas y por la
biosíntesis o crecimiento de las bacterias.
· La síntesis biológica. Se manifiesta como la adsorción de las sustancias
procedentes del agua residual metabolizadas y manifestadas como nuevos
microorganismos.
Línea de lodos.
Separación sólido - líquido en el Tanque de Sedimentación
Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del
tanque de aireación. Este proceso se realiza en el tanque de sedimentación,
concentrándolos por gravedad. La finalidad de este proceso es conseguir un
efluente clarificado con un mínimo de sólidos suspendidos y asegurar el retorno
del lodo.
VII.III.IV. Proceso secundario anaerobio. Digestión anaerobia.
La digestión anaerobia es un proceso controlado en el cual ocurre una
degradación ordenada de sólidos volátiles y otros compuestos orgánicos por un
consorcio de bacterias en ausencia de oxígeno resultando en la producción de
metano, dióxido de carbono y gases traza. Ésta consta de cuatro etapas:
hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.
43
Etapa hidrolítica
El material particulado no puede pasar a través de la membrana celular de la
bacteria; por lo tanto los sólidos orgánicos tienen que ser convertidos en
sustancias disueltas. Los sólidos volátiles son hidrolizados a compuestos
disueltos. Ésta hidrólisis es llevada a cabo por enzimas extracelulares
excretadas por las bacterias fermentativas
Etapa fermentativa o acidogénica
Las
moléculas
orgánicas
solubles
son
fermentadas
por
organismos
acidogénicos formando compuestos que pueden ser utilizados directamente por
las bacterias metanogénicas (ácido acético, H2) y compuestos orgánicos más
reducidos (ácido láctico, etanol, ácido propiónico y butírico, principalmente) que
tienen que ser oxidados por bacterias acetogénicas a substratos que puedan
utilizar las metanogénicas.
Etapa acetogénica
Productos como ácido láctico, propiónico, butírico, etanol y otros ácidos grasos
volátiles (AGV) pueden no ser utilizados directamente por los microorganismos
metanogénicos y deben ser degradados por las bacterias productoras de
hidrógeno en el proceso denominado acetogénesis.
44
Etapa metanogénica
Las bacterias metanogénicas son las responsables de la formación de metano a
partir de substratos monocarbonados o con dos átomos de carbono: acetato,
H2, CO2, formiato, metanol y algunas metilaminas. Constituyen el paso final en
la
transferencia
de
electrones
de
varias
especies
donadoras.
Desgraciadamente, las bacterias metanogénicas conocidas utilizan solo una
poca cantidad de relativamente simples sustratos para su crecimiento y
metabolismo, los más familiares y frecuentemente conocidos son los mediados
por una reducción de hidrógeno y la acetilación del ácido acético.
VII.III.V. Tratamiento Terciario.
Al igual que los procesos secundarios, en el tratamiento terciario existen
procesos biológico y físico-químico, dentro de los procesos biológicos se
encuentra el proceso anóxico, más adelante se describirán los físico-químicos
Procesos biológicos
El origen del nitrógeno en las aguas residuales puede ser muy diverso,
predominando el que proviene de la mineralización de la materia orgánica a
amoniaco o amonio. El nitrógeno contenido en las aguas residuales puede
estar presente bajo diferentes especies químicas. En las aguas residuales
urbanas, éste se presenta principalmente en la forma de nitrógeno amoniacal y
sirve como nutriente a los microorganismos, incorporándose a su masa en el
45
proceso de crecimiento biológico. Con la muerte de la biomasa, una fracción de
este nitrógeno amoniacal se libera y regresa al agua; mientras que otra fracción
queda fija en los microorganismos en la forma de nitrógeno orgánico y se
elimina del sistema por la purga. La eliminación biológica del nitrógeno
contenido en el agua residual se lleva a cabo en dos etapas. En la primera tiene
lugar el proceso de nitrificación, o lo que es lo mismo, la transformación de
amonio a nitrato, y en la segunda, la desnitrificación, que es la reducción de
nitrato a nitrógeno gaseoso.
En la actualidad, una de las tecnologías más apropiadas para la eliminación
biológica de materia orgánica y nitrógeno la constituyen los sistema de lodos
activados en discontinuo (Sequencing Batch Reactor o SBR). Debido a su alto
nivel de automatización y control, que permite modificar las condiciones de
operación en función de las características del agua residual afluente al sistema
de tratamiento, los sistemas de lodos activados en discontinuo (SBR) se
constituyen en una alternativa para la eliminación biológica de materia orgánica
y nutrientes de las aguas residuales, tanto domésticas como industriales. Dada
su flexibilidad de operación, es posible introducir las condiciones requeridas
para la eliminación de materia orgánica y nitrógeno, que implican la secuencia
de fases anóxicas y aerobias durante el ciclo de operación, y que generan las
condiciones necesarias para la ocurrencia de procesos como la nitrificación y la
desnitrificación.
46
En el reactor de oxidación, las bacterias presentes transforman el amoniaco en
nitratos (nitrificación). El sistema funciona en recirculación con el tanque
anóxico donde las bacterias presentes en un ambiente con falta de oxígeno, lo
toman entonces de los nitratos transformándose éstos en nitritos y a
continuación en nitrógeno molecular no contaminante, que es evacuado a la
atmósfera (desnitrificación).
VII. III.VI. Procesos físico-químicos.
A cualquier tratamiento de las aguas negras que se realiza después de la etapa
secundaria se le llama tratamiento terciario y en éste, se busca eliminar los
contaminantes orgánicos, los nutrientes como los iones fosfato y nitrato o
cualquier exceso de sales minerales. En el tratamiento terciario de aguas
negras de desecho se pretende que sea lo más pura posible antes de ser
arrojadas al medio ambiente. Dentro del tratamiento de las aguas de desecho
para eliminarles los nutrientes están: la precipitación, la sedimentación y la
filtración.
Actualmente se aplican muy pocos tratamientos terciarios a las aguas negras
domésticas.
47
Entre las operaciones que se utilizan en el tratamiento terciario de aguas
contaminadas están: la microfiltración, la coagulación y precipitación, la
adsorción por carbón activado, el intercambio iónico, la ósmosis inversa, la
electrodiálisis, la remoción de nutrientes, la cloración y la ozonización.
Materias oxidables biológicamente
Materias de tipo orgánico que absorben de forma natural hasta su
mineralización una cierta cantidad de oxígeno, debido a los procesos químicos
o biológicos de oxidación que se producen en el seno del agua. El índice para
medir este fenómeno se efectúa a través del análisis de los siguientes
parámetros:
DBO5 (Demanda biológica o bioquímica del oxígeno):
Es la cantidad de oxígeno disuelto consumida por un agua residual durante la
oxidación "por vía biológica" de la materia orgánica biodegradable presente en
dicha agua residual, en unas condiciones de ensayo (20ºC, presión atmosférica,
oscuridad y muestra diluida con agua pura manteniendo condiciones aerobias
durante la prueba) en un tiempo dado.
Refleja la materia orgánica que existe en el agua, indicando el oxígeno
necesario para alimentar a los microorganismos y las reacciones químicas.
48
Tabla 1. Características de solubilidad del oxígeno disuelto.
Aumenta por:

Disminuye por:

Captación de oxígeno a través de la
superficie de interfase agua-aire

Respiración de los microorganismos,
algas y organismos macroscópicos

Elevación de la temperatura
principalmente a las algas verdes.

Reacciones químicas

Descenso de la temperatura

Acción

Dilución
Acción
fotosintética
debida
metabólica
de
los
microorganismos regidos por la acción
enzimática
.
D.Q.O. (Demanda Química de Oxígeno):
Es la cantidad de oxígeno disuelto consumida por un agua residual durante la
oxidación "por vía química" provocada por un agente químico fuertemente
oxidante.
Es posible establecer una correlación válida entre la DBO 5 y la DQO para el
control de las aguas residuales, su contenido de vertidos industriales y sus
posibilidades de biodegradabilidad.
Nitrógeno
En su variedad amoniacal, nitritos y nitratos señalan la proximidad o distancia al
punto de vertido de agua residual.
• Concentración del ión amonio: Es una primera etapa del ciclo del nitrógeno
por transformación de la urea. También procede de la disolución de amoniaco
49
de alguna de sus sales o compuestos nitrogenados en fase de descomposición
de los vertidos.
El agua con un contenido reducido de amoniaco no es perjudicial para usos
agrícolas, pues se transforman en nitratos (abonos), pero sí es perjudicial para
la vida piscícola.
• Concentración de nitritos y nitratos: Constituyen una segunda y tercera etapa
del ciclo del nitrógeno, al que se llega por la acción de bacterias aerobias, los
nitrosomonas y los nitrobacter.
VII. III. VII. Factores ambientales que afectan la digestión anaerobia.
Las diferencias de crecimiento y pH óptimos para los organismos acidogénicos
y metanogénicos han permitido el desarrollo de procesos de digestión
anaerobia en dos etapas. Para tener un sistema de tratamiento anaerobio que
estabilice eficazmente un residuo orgánico, las bacterias no metanogénicas y
metanogénicas deben estar en equilibrio dinámico. Los contenidos del reactor
deben estar libres de oxígeno disuelto y de concentraciones inhibidoras de
amoniaco libre y de constituyentes como metales pesados y sulfitos.
50
pH
Los valores bajos de pH, la producción y acumulación excesiva de ácidos, se
consideran condiciones más inhibitorias para las bacterias metanogénicas que
para las bacterias fermentativas. Estas últimas especies, pueden continuar
produciendo ácidos grasos, a pesar de la depresión del pH; por consiguiente,
agravando más las condiciones ambientales.
Temperatura
Como con la mayoría de los procesos realizados microbiológicamente, la
metanogénesis es fuertemente dependiente de la temperatura, en un rango
desde 15 hasta 65°C sin embargo, el rango mesofílico (25 - 45°C) es
considerado como el óptimo en digestores con control de temperatura.
VII. IV. Procesos para el tratamiento de las aguas residuales del
estanque de ranas
VII.IV.I. Descripción del Prototipo de tratamiento
La planta piloto de tratamiento de aguas residuales de estanques de criaderos
de ranas está diseñada para tratar un caudal promedio de 1.44 m 3/d (1440 L/d,
60.0 L/h, 1.0 L/min
51
Figura. 1. Prototipo e Instalación del Sistema de Tratamiento Completo
Tabla 2.Nomenclatura de los procesos del Prototipo
CB
R1
TA
TAE
Cárcamo de
igualación
proporcionado por el
criadero de ranas
Reactor UASB Planta
piloto
Tanque anóxico
Planta piloto
Tanque de aireación
extendida
SS
Sedimentador
Secundario
Planta piloto
TAT
Tanque de Agua
tratada
Planta piloto
Filtro de grava y
arena
Digestor de lodos y
natas
FGA
DLN
52
La separación de los sólidos, arenillas y grasas inicia dentro de las instalaciones
de los estanques del criadero de ranas con la presencia de cedazos colocadas
en los estanques. En ellos se hace la separación de los sólidos, algas que se
forman. Por estas rejillas solo debería pasar agua residual proveniente del
proceso de los estanques de criadero de ranas.
El agua que pasa a través de estos cedazos llegan a un tanque cárcamo
primario de igualación, en donde se almacena para después enviarse por
bombeo al reactor anaerobio de flujo ascendente UASB (Upflow Anaerobic
Sludge Blanket).
Este tanque sirve de amortiguamiento; ya que permite la mezcla de los
diferentes volúmenes generados a lo largo del día de operación (Renacuajo
Juvenil, Renacuajo Metamorfosis, Rana Juvenil, Rana Semental), así como los
altibajos en concentración de contaminación medida como DQO, asegurando
que el flujo y la calidad para alimentar el proceso biológico sea lo más
homogéneo posible. El volumen (1.44 m3) de este compartimiento está
diseñado para ser tratado a lo largo del día.
Neutralización
En el sistema, esta operación NO es necesaria; ya que se ha encontrado que el
pH del agua residual de los estanques de los criaderos de ranas ha presentado
53
valores en promedio de 8.06; por lo que existe un ahorro al evitar añadir ciertos
productos químicos al agua como bases o ácidos, tales como: Ca(OH)2, NaOH,
Na2CO3, HCl, H2SO4, etc. con el fin de estabilizar su pH.
VII. IV.II. Eliminación de los residuos en el pre tratamiento.
Los residuos sólidos, atrapados ya sea dentro de las instalaciones de los
estanques o en el primer tanque de igualación, que son desechos acumulados
en el fondo de éste, o los desechos sólidos (piedras, algas. etc.) deben
recogerse manualmente y deberán disponerse en rellenos sanitarios o
basureros controlados. Es necesario removerlos, dado que su acumulación
afectará el taponamiento de los cedazos y de la bomba sumergible de
alimentación.
VII. IV.III. Tratamiento secundario: depuración biológica.
Después de haber pasado el agua por el sistema que debe diseñar y construir
cada propietario de los estanques criaderos de ranas y que fue antes descrito,
inicia el sistema biológico que consiste en un digestor UASB conectado con un
digestor aerobio de lodos activos. El primer reactor UASB (R1) es alimentado
por bombeo mediante una bomba sumergible, a partir de ahí todo el sistema se
alimenta por gravedad, hasta terminar en el tanque de agua tratada (TAT).
54
El reactor UASB (R1) tiene en la parte superior un distribuidor al que llega el
agua residual y que por medio de cuatro tubos que van al fondo se distribuye el
agua de forma ascendente.
En el interior de los reactores hay un manto de lodos anaerobios, tipo granular
que son los microorganismos encargados de eliminar la materia orgánica
(DQO) contenida en el agua residual una vez que ésta pasa a través de este
manto. Además de disminuir la materia orgánica en el agua se genera biogás.
También el reactor anaerobio UASB (R1) cuenta con un empaque plástico para
la formación de película fija sumergida.
El distribuidor tiene una tubería de retorno al cárcamo de bombeo que se
controla por medio de una válvula de PVC. Es necesario purgar diariamente la
tubería de retorno, para evitar la acumulación de sólidos, que sí ocurre tapona
la tubería. También es necesario, asegurar que el flujo no sea muy rápido para
evitar derramamientos externos por las paredes de los reactores y lavado del
manto de lodos.
En la parte superior del reactor existe un sistema desnatador para que las
grasas y natas sean eliminadas del sistema. Las natas son conducidas al
Digestor de Lodos y Natas (DLN) en donde serán digeridas junto a los lodos
55
producidos en la planta o a un tambo para eliminarse de forma manual sin
digerir, generalmente, esta última opción está cerrada.
Además del sistema desnatador, el reactor tiene un sistema que conduce el
biogás producido a la atmósfera. El sistema genera biogás en ambos reactores,
que actualmente se ventea a la atmósfera y degrada la materia orgánica con
una eficiencia del 75 al 80% en términos de DQO.
VII. IV. IV. Tratamiento terciario: depuración biológica.
Una vez que el agua pasa por el reactor R1 se conduce a un tanque llamado
anóxico (TA), luego al reactor de Aireación extendida (TAE).
Al TA llega el agua del R1, que funciona como Sedimentador Primario. En él
sedimentan los sólidos que son arrastrados del reactor 1. En este reactor el
agua permanece para ayudar a digerir parte de la materia orgánica remanente,
de aquí se pasa por gravedad al TAE. Este tanque cuenta con recirculación de
lodo; ya sea del TAE, del Sedimentador Secundario o del Digestor de Lodos,
controlada esta recirculación por medio de válvulas y a través de una bomba de
lodos.
Después de pasar el agua por el TA, sigue su paso al TAE por gravedad. Este
último tanque se airea por medio de discos burbujeadores que se encuentran
en el fondo del tanque. Estos discos poseen una membrana con pequeños
poros que al pasar el aire a una alta presión emiten una burbuja fina, que
56
permite el suministro de oxígeno a los microbios ahí formados. El aire que se
difunde a través de las membranas de los discos es alimentado por uno de los
aireadores instalados. Se utiliza un aireador para suministrar el aire, tanto al
DLN y uno para el tanque de aireación extendida. El aire suministrado se regula
por medio de una válvula de alivio, proporcionando oxígeno y un mezclado total.
El suministro de aire, permite que se desarrollen microorganismos que
consumen la materia orgánica remanente de los procesos anteriores, esto
puede apreciarse por la presencia de lodos en el tanque de aireación extendida
(Licor mezclado), lo cuales serán decantados en el tanque siguiente
(Sedimentador Secundario). Es necesario cuidar que la presión de los
aireadores se encuentre en el rango de 2 - 5 psi y que el suministro de oxígeno
se encuentre por alrededor de 3 - 4 mg/L de oxígeno. Es importante cuidar este
último factor; ya que un exceso de aire no permite que se formen agregados
microbianos y estos sean arrastrados por el flujo, impidiéndose su
sedimentación y en consecuencia la clarificación del agua.
El TAE cuenta con una salida por la parte inferior para proporcionar
mantenimiento. Cuenta además con una tubería de recirculación de lodos
proveniente; principalmente del sedimentador secundario (SS); sin embargo
puede recibir fluido tanto del (DLN) y del (TA). Diariamente se recircula lodo del
sedimentador secundario al (TAE) y parte se va al (DLN) Sedimentador
Secundario (SS). El sedimentador secundario tiene un fondo piramidal que
permite el asentamiento de los lodos generados en el tratamiento aerobio, para
57
tal fin el sedimentador cuenta con una mampara deflectora que rompe el flujo y
permite que el agua se clarifique antes de pasar al tanque de agua tratada.
Hasta aquí todo el flujo de agua se hace por gravedad.
VII. IV. V. Tratamiento terciario: tratamiento físico – químico.
Filtración (FGA y FCA).
Después de haber pasado el agua por todo el proceso biológico descrito
anteriormente, llega a un tanque de agua tratada (TAT) (un tanque rectangular
en material de acero inoxidable), que contiene una bomba centrifuga, la cual se
controla a través de un flotador. Esta bomba alimenta primeramente un filtro de
grava y arena (con lecho de grava y arena de diferentes tamaños) para eliminar
los sólidos que pudieran haberse arrastrado en el Sedimentador Secundario,
posteriormente el agua pasa a un filtro de carbón activado (opcional) para
eliminar el color y posibles olores.
Desinfección, cloración.
Una vez que el agua pasó por los filtros se pasa por un tanque que contiene
pastillas de cloro (opcional) con el fin de desinfectar y eliminar los organismos
patógenos. Del clorador, el agua se descarga a un tanque de contacto de cloro
(opcional) y finalmente se descarga a un cuerpo de agua. La desinfección
también se puede llevar a cabo mediante el paso del flujo en una lámpara de
luz ultravioleta y su almacenamiento en un tanque de agua tratada.
58
VII. IV. VI. Sistema de bombeo, motores, tuberías y válvulas.
El prototipo de tratamiento cuenta con el siguiente equipo de bombeo y motores
que a continuación se describirá:
59
Figura 2. Esquema del Prototipo de tratamiento, en donde se aprecia la ubicación del
equipo de bombeo y otros motores.
60
Tabla 3. Nomenclatura de las bombas y motores en el prototipo
Bomba sumergible del
BS-CI
cárcamo de igualación
Bomba peristáltica para
BL
Lodos y natas PLANTA
BC1
PILOTO
Tablero eléctrico
TE
S1
PLANTA PILOTO
Bomba centrífuga 1del
tanque de agua tratada
Soplador 1
PLANTA PILOTO
Tabla 4. Equipo de bombeo y motores que se encuentran instalados en el prototipo de
tratamiento
Bomba
Características
Función y ubicación
Bomba sumergible para manejo
BS-C1
de aguas residuales
S1
Sopladores de aire
BC1
Bomba centrífuga
BL
Bomba peristáltica
61
Estas bombas se encuentran
dentro del Tanque cárcamo de
bombeo de Igualación construido
por el propietario del estanque
del criadero de ranas y pueden
funcionar manual o
automáticamente por medio de un
flotador. Se encargan de alimentar
agua residual al sistema, iniciando
en el reactor
anaerobio UASB 1.
Se encuentran ubicados en el
reactor aerobio y en el reactor de
lodos. Su función es suministrar
aire al Tanque
de Aireación Extendida y
al Digestor de Lodo
Estas bombas se encuentran en el
área de Filtros y son encargadas de
suministrar el agua tratada al filtro
de grava y
arena y al de Carbón Activado
(OPCIONAL).
Funcionan por medio de un flotador
y de manera manual.
Se encuentra al lado de la
bomba centrifuga BC1, cercana al
tanque de agua tratada TAT, su
función es bombear lodos
desde los diferentes tanques, entre
ellos y al lecho de secado.
VII. IV. VII. Tuberías y Válvulas del Prototipo de tratamiento.
La planta de tratamiento prototipo cuenta con tuberías y válvulas para conducir
líquidos, sólidos y gases. En la figura 3 pueden observarse los diferentes tipos
de tuberías que a continuación se describen.
Figura 3. Tuberías y válvulas del prototipo
62
Tabla 5. Tuberías y Válvulas del Prototipo de Tratamiento
Tipo de fluído
Líquido
Características del
fluído
Agua
residual
cruda Influente
Válvulas
Ubicación
1
Agua
tratamiento
en
5
tratada
1
1 en tubería de
alimentación
de
reactores UASB 1
De bola:
1 Del Tanque de
aireación extendida
1 Del sedimentador
secundario al tanque
de agua tratada
1 Del tanque de agua
tratada al filtro
2 En el filtro para
dirigir el flujo
De bola:
1 Del filtro al tanque
de almacenamiento
De bola:
1 De cada uno de los
reactores UASB
1 Del lodo de los
reactores UASB
1 Del tanque anóxico
1 Del digestor de
lodos y natas
1 Del sedimentador
secundario
1 Del tanque de
aireación
Agua
efluente
Gas
Lodos
6
Biogas
Aire
0
2
Válvulas de las líneas
al aireador
63
Color de
tubería
Verde
Verde claro
Azul claro
Negro
Amarillo ocre
Azul oscuro
la
VIII. PLAN DE ACTIVIDADES
1.- Búsqueda bibliográfica
2.- Conocimiento del proyecto
3.- Montaje de técnicas
4.- Reconocimiento e Identificación de componentes del prototipo
5.- Descripción de los componentes.
6.- Caracterización del lodo anaerobio que será el inoculo del reactor UASB.
7.- Determinación de SST, SSV y pH.
8.- Inoculación del prototipo. (Introducir lodo anaerobio al reactor UASB
9.- Arranque del reactor

Alimentar con agua residual de la empresa acuícola.

Iniciar con un tiempo de retención de 24 horas.

Caracterizar el agua residual de entrada: medir caudal, pH, Temperatura,
DQO total y soluble, y Sólidos suspendidos totales y volátiles.
10.- Esperar a que el agua residual salga después de 24 horas y tomar una
muestra para medir: pH, Temperatura, DQO total y soluble, Sólidos
suspendidos totales y volátiles.
11.- Realizar estos análisis cada tercer día, durante 8 semanas.
ANÁLISIS
DQO Total
DQO soluble
pH
Temperatura
Sólidos suspendidos totales
Sólidos suspendidos volátiles
LUNES






MARTES
64
MIERCOLES






JUEVES
VIERNES






IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
Recursos Humanos
Persona
Ing. Leticia Montoya Herrera
Asesor CIDETEQ
Cargo
Asesor de sector medio
ambiente en CIDETEQ
Ing. Héctor Mariano Rojas
Propietario del criadero de
ranas toro
Operador del prototipo de
aguas residuales
Daniel Núñez Alcocer
Jacqueline Land Hernández
Analista y Operadora del
prototipo de aguas residuales
Funciones
Encargada de llevar a cabo el
proyecto del arranque y
operación del prototipo de
aguas residuales para el
criadero de ranas toro.
Encargado del financiamiento
del proyecto.
Operar y dar mantenimiento
al
prototipo
de
aguas
residuales
Arrancar, operar y evaluar el
prototipo de aguas residuales
Recursos Materiales
En el criadero de ranas toro







Prototipo de aguas residuales
Pipa de suministro de agua de
30,000 L semanales
Termómetro
Tiras de pH
Probeta 1000 ml
Cronómetro
Cubeta
En CIDETEQ
Equipos:
Para DQO
 Espectrofotómetro
 Digestor para DQO
 Estufa para mantener temperatura
105°C
 Microcentrífuga para tubos Eppendorf
a
Para Sólidos suspendidos y volátiles
 Mufla para mantener una temperatura de
550°
 Estufa para mantener temperatura a 105°
 Balanza analítica
Materiales y reactivos para DQO






65
Dicromato de potasio
Ácido sulfúrico
Sulfato mercúrico
Biftalato de potasio
Sulfato de plata
Tubos de ensaye
 Gradilla
 Pipetas
 Perilla
 Vasos de precipitado
 Viales para centrifuga
Materiales para sólidos suspendidos y volátiles



66
Cápsulas de porcelana
Pinzas
Desecador
X. DESARROLLO DEL PROYECTO
X. I. Montaje de Técnicas
Para llevar a cabo el presente proyecto, se utilizaron las siguientes técnicas:
Determinación de la DQO Total Y DQO soluble, según la norma mexicana
NMX-AA-030-SFCI-2001
Determinación de Sólidos según la norma NMX-AA-034-SCFI-2001 y los
métodos estándar
Nota: Para la realización de la técnica de DQO total se realizaron diluciones
1:10.
Para la realización de la técnica de DQO soluble se centrifugó la muestra en
una microcentrífuga para tubos Eppendorf a 10,000 revoluciones durante 10
minutos.
Para la realización de la técnica de sólidos se adaptó la técnica de filtración a
centrifugación a 10 minutos y 10,000 revoluciones en microcentrífuga para
tubos Eppendorf.
67
X. II. Descripción del prototipo
El prototipo se encuentra ubicado en el municipio de Villa Corregidora Qro. El
caudal aproximado de descarga es de 6.57 m3/día según el monitoreo realizado
en los primeros 43 días de operación. El agua residual del prototipo proviene
del criadero de ranas de los respectivos estanques renacuajo juvenil, renacuajo
metamorfosis, rana juvenil y rana semental.
Figura 4. Estanques del criadero de ranas
68
A continuación se muestra un diagrama de bloques del sistema de tratamiento
de aguas residuales empleado en la planta piloto. Las aguas residuales de los
estanques de
criaderos
de
ranas,
dada
su
naturaleza
orgánica,
lo
recomendable es la utilización de procesos biológicos, ayudados por otros, así
que en el tren de tratamiento del prototipo de tratamiento de aguas de los
estanques de criaderos de ranas, el proceso fundamental es biológico
(anaerobio – aerobio).
Esquema del Sistema de Tratamiento Prototipo de aguas residuales de
estanques de criadero de ranas.
Figura 5. Esquema del Sistema de Tratamiento Prototipo de los estanques de criadero de ranas
69
X. III. Arranque y operación del prototipo
Se participó en el arranque de la planta el 19 de julio, se utilizó un inoculo de
400 L de lodos anaerobios granulares que fueron introducidos en el reactor
anaerobio UASB 1. De esta manera se dio inicio a la operación del prototipo
con un tiempo de retención hidráulica de 24 horas y con un flujo de alimentación
aproximado de 4.5 L/min.
Para llevar a cabo la debida operación de la planta de tratamiento se efectuaron
las siguientes actividades:
1. Revisión del funcionamiento de la bomba del cárcamo de igualación.
a. Revisión de las pastillas del tablero eléctrico del tanque de agua
limpia.
b. Revisión de las válvulas que conducen el agua a la planta piloto de
tratamiento.
2. Revisión al tanque de alimentación al reactor UASB.
3. Revisión del paso del líquido a través del sistema anaerobio.
a. Eliminación de los sólidos acumulados en las tuberías, abriendo las
válvulas.
b. El regreso de las válvulas a su marca inicial.
4. Revisión de los tubos del distribuidor, arriba de los reactores que no
estuvieran taponados.
70
a. En caso de estar taponados, meter una varilla hasta destaparlo (tener
cuidado que no se vaya la varilla al fondo).
b. Eliminación de los lodos y sólidos que se hayan acumulado en el
distribuidor.
6. Revisión del tanque de aireación extendida.
a. Checar que haya aireación, que no esté muy fuerte, el burbujeo debe
ser muy fino y uniforme.
b. Otra razón por lo que puede haber poco lodo en el soporte del digestor
aerobio es la presencia de burbujas gruesas, el motivo puede ser que se haya
zafado un disco. Si fuera el caso, vaciar el tanque y arreglar dicho desperfecto
7. Revisión del paso de agua al sedimentador secundario.
a. Ver que no haya lodos flotando y en caso de existir, eliminarlos.
b. Revisar que la tubería no esté tapada, si fuera el caso, destapar.
8. Revisión del tanque de agua tratada.
a. Limpieza de los flotantes en el tanque de agua tratada.
b. Revisión de que las bombas estén trabajando correctamente.
9. Digestor de lodos y natas.
a. Revisar el nivel de líquido, si está muy lleno, dejar de airear y permitir
la sedimentación, pasar los lodos sedimentados al lecho de secado y el
agua clarificada a la fosa de alimentación.
71
X. IV. Actividades realizadas para llevar a cabo el monitoreo de la
eficiencia de la Planta Prototipo en la remoción de contaminantes
Para monitorear la eficiencia de la planta se realizaron muestreos en el lugar de
la instalación de la planta prototipo en el criadero de ranas localizado en el
municipio de Corregidora. Ahí mismo, se tomaron los parámetros de campo
como el pH y temperatura en tres puntos: a La Entrada que es el cárcamo de
igualación, en el reactor anaerobio y en la Salida que es el tanque de agua
tratada (TAT) en donde además se midió el caudal del flujo de salida del agua
tratada para la determinación de análisis químicos de D.Q.O Total y Soluble,
Sólidos Suspendidos Totales y Volátiles en los laboratorios de Tecnología
Ambiental, Tratamiento de Suelos y Laboratorio de Bioprocesos tres veces por
semana con el objeto de evaluar la calidad del agua, la eficiencia de remoción
de contaminantes, así como la correcta operación de la planta.
72
X. V. Puntos representativos de donde fueron tomadas las muestras
Figura 6. Planta Prototipo de tratamiento de
aguas residuales
Figura 8. Salida (TAT)
Tanque de agua tratada
Figura 7. Entrada
(Cárcamo de Igualación)
Figura 9. Reactor anaerobio UASB
73
XI. RESULTADOS OBTENIDOS
En la siguiente gráfica se muestra la curva de calibración que se realizó
siguiendo el procedimiento de los métodos estándar y la norma para DQO
Absorbancia
0.35
0.3
y=0.0004+0.0016
R2= 0.9998
0.25
0.2
0.15
y absorbancia
0.1
0.05
0
0
200
400
600
Concentración mg/L
Gráfica 1. Curva de Calibración
74
800
Tabla 6. Resultados del monitoreo del día 0 al día 48 de operación
Fecha
DQO Total (mg/L)
E
S
DQO Soluble (mg/L)
%
Eficiencia
Día 0
E
S
%
Eficiencia
INOCULACIÓN
Día 3
110
15
86.4
Día 7
485
160
67.0
Día 11
1685
85
95.0
Día 12
160
85
46.9
11
6
45.5
Día 14
1360
135
90.1
271
191
29.5
Día 17
85
35
58.8
66
11.5
82.6
Día 19
35
10
71.4
3.5
1
71.4
Día 21
60
35
41.7
61
51
16.4
Día 24
3780
235
93.8
1426
51
96.4
Día 26
60
15
75.0
91
46
49.5
Día 28
110
60
45.5
93.5
41
56.1
Día 31
35
35
0.0
126
48.5
61.5
Día 33
710
210
70.4
118.5
101
14.8
Día 35
60
10
83.3
81
53.5
34.0
Día 40
135
35
74.1
161
36
77.6
Día 42
60
10
83.3
131
43.5
66.8
Día 47
235
235
0.0
131
61
53.4
Día 48
235
135
42.6
198.5
16
91.9
75
Tabla 7. Resultados de Sólidos Suspendidos Totales del día 0 al día 48 de operación.
Sólidos suspendidos totales mg/L
Fecha
E
E
E
Promedio E
S
S
S
Promedio S
INOCULACIÓN
Día 0
Día 3
6.0
5.8
4.7
5.5
2.9
2.8
2.5
2.7
Día 7
1.3
3.6
6.9
3.9
1.6
1.7
1.7
1.7
Día 11
5.2
4.8
3.4
4.4
2.5
1.3
2.5
2.1
Día 12
4.4
8.7
3.9
5.7
1.5
0.9
2.5
1.6
Día 14
2.8
3.6
1.3
2.5
2.9
2.8
2.3
2.6
Día 17
3.5
4.3
5.4
4.4
2.8
3.3
1.6
2.5
Día 19
0.8
1.2
1.3
1.1
1.2
1.4
1.6
1.4
Día 21
0.8
0.4
0.8
0.6
0.8
0.3
0.3
0.4
Día 24
21.8
13.7
8.7
14.7
3.2
4.1
5.5
4.2
Día 26
0.7
1.05
0.6
0.7
2
1.5
0.1
1.2
Día 28
5.3
5.2
4.05
4.8
4.4
4.6
3.7
4.2
Día 31
3.6
3.8
3.05
3.4
3.7
3.8
3.5
3.6
Día 33
3.4
3.3
3.05
3.2
2.1
1.9
1.7
1.9
Día 35
3.1
3
2.1
2.7
1.9
2
1.7
1.8
Día 40
3.4
3.1
3.05
3.1
3.1
3.1
2.7
2.9
Día 42
3.1
1.8
1.4
2.1
2.6
4.7
2.2
3.2
Día 47
3.05
1.6
2
2.2
2.6
2.05
2.4
2.4
Día 48
2.6
2.5
0
2.5
1.9
1.3
1.8
1.3
76
Tabla 8. Resultados de Sólidos Suspendidos Volátiles del día 0 al día 48 de operación
Sólidos suspendidos volátiles mg/L
Fecha
E
E
E
S
S
Promedio
S
Día 3
4.45
4.25
2.5
3.7
1.7
1.4
0.1
1.07
Día 7
1.1
0.8
9.9
3.9
0.8
0.9
0.1
0.6
Día 11
1.1
0.5
0.3
0.6
0.2
0.1
0.1
0.1
Día 12
0.2
1.5
0.4
0.7
0.7
0.2
0.5
0.4
Día 14
0.5
0.7
0.3
0.5
0.3
0.2
0.7
0.4
Día 17
0.3
0.5
0.6
0.4
0.3
0.5
0.4
0.4
Día 19
1.2
1.1
1.1
1.1
0.7
0.5
0.1
0.4
Día 21
0.3
0.3
0.2
0.2
0.3
0.1
0.2
0.2
Día 24
9.9
4.05
2.4
5.4
0.4
1.05
3.05
1.5
Día 26
0.4
0.5
0.3
0.4
0.6
0.4
0.5
0.5
Día 28
0.9
1.2
1.2
3.3
0.6
0.9
0.7
0.7
Día 31
1.4
1.3
1.2
1.3
0.8
0.8
0.7
0.7
Día 33
2.7
2.2
2.5
2.4
1.6
1.6
1.3
1.5
Día 35
0.5
0.6
0.6
0.5
0.2
0.5
0.8
0.5
Día 40
2.2
2.1
2.7
2.3
2.2
2.5
2.7
2.4
Día 42
2.3
2
1.7
2.0
2.7
1.6
1.2
1.8
Día 47
2.7
0.4
1.6
1.6
2.4
1.8
1.4
1.9
Día 48
2.2
2.1
0
2.1
1.6
1.2
1.6
1.5
Día 0
Promedio
S
E
INOCULACIÓN
77
Tabla 9. Resultados de pH
Tabla 10. Resultados de temperatura
pH
Fecha
Día 0
Día 11
Día 12
Día 14
Día 17
Día 19
Día 21
Día 24
Día 26
Día 28
Día 31
Día 33
Día 35
Día 40
Día 42
Día 47
Temperatura °C
E
R1
TAT
Fecha
Día 0
Día 11
Día 12
Día 14
Día 17
Día 19
Día 21
Día 24
Día 26
Día 28
Día 31
Día 33
Día 35
Día 40
Día 42
Día 47
INOCULACIÓN
8
8
8
7
7
7
7
7
9
7
7
9
8
7
8
7
7
9
9
9
9
9
10
9
9
9
9
7
7
7
6
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
Caudal L3/min
Fecha
E
R1
TAT
INOCULACIÓN
27
28
27
26
27
26
27
27
28
25
25
24
27
27
28
24
25
28
24
25
24
24
25
26
25
25
26
25
24
25
24
24
27
25
26
29
25
23
24
25
26
27
29
27
29
m3/día
Promedio Promedio
Día 0
Día 11
Día 12
Día 14
Día 17
Día 19
Día 21
Día 24
Día 26
Día 28
Día 31
Día 33
Día 35
Día 40
Día 42
9
5.8
3.6
3.23
4.4
3.1
3.6
4.9
6.6
2.2
6.6
6
5
3
INOCULACIÓN
10
9.32
5.2
4.9
3.7
4.08
3.2
3.2
4.2
5.2
3.1
3.1
3.9
3.6
5.6
5.4
5.5
4.9
2.1
2.08
7.5
7.5
6
6
4.8
4.7
3.3
3.5
78
9.44
5.30
3.79
3.21
4.60
3.10
3.70
5.30
5.67
2.13
7.20
6.00
4.83
3.27
13.59
7.63
5.45
4.62
6.62
4.46
5.32
7.63
8.16
3.06
10.36
8.64
6.95
4.70
Día 43
1.03
1.01
1
1.01
1.45
Tabla 11. Resultados de caudal
Concentración mg/L
Comportamiento de la DQO Total en el
Prototipo
4000
3000
2000
Entrada
1000
Salida
0
0
3
7 11 12 14 17 19 21 24 26 28 31 33 35 40 42 47
Día
Gráfica 2. Resultados DQO Total
La gráfica 2 muestra 47 días de operación de la planta. El día de arranque fue
el 19 de julio, que se toma como el día 0, a partir de ahí se operó y se
empezaron a tomar muestras y parámetros de campo. Los resultados muestran
que la máxima concentración de DQO fue de 3780 mg/L a 21 de operación, ese
día se presentó la mayor remoción de DQO, 93.8%.
Al final del período de prueba (47 días) se tuvo una remoción de DQO total de
62.5% en el sistema. El período evaluado durante mi estancia es un período de
arranque, en el que se observa que el sistema aún no está estabilizado; por lo
que es necesario continuar con su operación y seguimiento.
79
Comportamiento de la DQO Soluble en el
Prototipo
Concentración mg/L
1600
1400
1200
1000
800
Entrada
600
Salida
400
200
0
0
12 14 17 19 21 24 26 28 31 33 35 40 42 47
Día
Gráfica 3. Resultados de DQO Soluble
La gráfica 3 muestra los resultados obtenidos de la DQO de 47 días de
operación de la planta prototipo, teniendo la concentración mayor el día 21 de
operación
con 1426 mg/L a la entrada y de 51 mg/L a la salida, lo que
representa una eficiencia de 96.4%.
80
Sólidos supendidos totales
16.0
Concentración mg/L
14.0
12.0
10.0
8.0
Entrada
6.0
Salida
4.0
2.0
0.0
0 3 7 11 12 14 17 19 21 24 26 28 31 33 35 40 42 47
Dia
Gráfica 4. Resultados Sólidos suspendidos totales
En la gráfica 4 se muestran 47 días de operación de la planta de tratamiento. La
máxima concentración de sólidos fue el día 21 de operación siendo de 14.7
mg/L llegando hasta final del tratamiento hasta un valor de 1.7 mg/L en la
entrada Los valores más altos en la salida fueron el día 11 de operación de 4.4
mg/L y el más bajo de 0.6 mg/L probándose así una remoción de 70% de
sólidos suspendidos totales.
81
Sólidos suspendidos volátiles
Concentración mg/L
6.00
5.00
4.00
3.00
Entrada
2.00
SAlida
1.00
0.00
0 3 7 11 12 14 17 19 21 24 26 28 31 33 35 40 42 47
Día
Gráfica 5. Resultados Sólidos suspendidos volátiles
En la gráfica 5 se muestran los valores obtenidos de sólidos suspendidos
volátiles reportándose el valor más alto de entrada el día 21 de operación de
5.40 mg/L y el más bajo de 0.2 mg/L el día 19 de operación. El valor más alto
de salida fue el día 40 de operación de 0.4 mg/L y el más bajo el día 19 de
operación de 0.2 mg/L obteniendo una eficiencia de 90.5%. Los valores
muestran que a pesar de tener un caudal de alimentación alto, el reactor está
reteniendo sólidos; sin embargo es importante disminuir el caudal; ya que
puede haber lavado de lodo y disminuir la población microbiana en el reactor y
por lo tanto el colapso del mismo.
82
pH
12
Unidades de pH
10
8
6
Entrada
4
Reactor
2
Salida
0
0
3
7 11 12 14 17 19 21 24 26 28 31 33 35 40 42 47 48
Día
Gráfica 6. pH
El parámetro de pH se tomó en la Entrada, en el Reactor Anaerobio y en la
Salida (TAT). Los valores de pH ideales para la planta deberían ser de entre 6.5
y 8.5 observándose en la gráfica valores muy uniformes habiendo solamente
una variación brusca el día 21 de operación en que el pH subió hasta 10,
estabilizándose posteriormente a pH de 7.
83
Temperatura
35
30
25
20
°C
Entrada
15
Reactor
10
Salida
5
0
0
3
7 11 12 14 17 19 21 24 26 28 31 33 35 40 42
Día
Gráfica 7. Temperatura
La temperatura presenta valores muy uniformes habiéndose tomado igualmente
en tres puntos Entrada, Reactor Anaerobio y Salida (TAT). La temperatura
promedio de todo el sistema durante el monitoreo fue de 25°C. La temperatura
ideal para que el sistema funcione fluctúa entre los 25°C y los 38°C para
permitir de esta manera que los microorganismos (lodos anaerobios) actúen
eficientemente haciendo la debida remoción de la DQO y sólidos.
84
Caudal m3/día
16
14
Promedio
12
10
8
6
m3/día
4
2
0
3
7
11
12
14
17
19
21
24
26
28
31
33
35
40
Día
Gráfica 9. Resultados de Caudal
La medición del caudal es de suma importancia debido a que indica si el flujo
que se está presentando es el adecuado de acuerdo a la capacidad para el que
fue diseñado. Si el caudal que entra a la planta o a una de sus unidades
sobrepasa su capacidad, el agua no sale bien tratada. La regulación del caudal
es fundamental para el buen funcionamiento de la planta. El caudal se regula
operando las válvulas o compuertas de entrada la altura o abertura
debe estar definida para los caudales que se quieran tratar. En algunas
ocasiones es necesario bajar el caudal, por ejemplo: Cuando el agua
llega muy sucia o cuando baja el consumo.
El caudal fue tomado del (TAT) siendo el flujo más alto el día 3 de operación
con13.59 L/día y el más bajo el día 40 de operación con 1.45 m 3/día. Los
valores obtenidos nos demuestran que la planta funciona mejor cuando el
caudal es alto es decir el 3 de operación con una eficiencia de remoción en
85
DQO total de 95% y de DQO soluble de 42.5%. Respecto a los sólidos
suspendidos totales la eficiencia de ese mismo día fue de 52.2% y de sólidos
suspendidos volátiles de 83.4% La eficiencia de remoción cuando el caudal es
bajo tomando en cuenta el fecha en la que el caudal fue el más bajo de los días
de operación fue para los sólidos suspendidos totales de 48% y los sólidos
suspendidos volátiles de 29%. La DQO total arroja valores de remoción de
42.6% y la DQO soluble de 91.9%.
86
XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El objetivo general del presente proyecto fue evaluar las condiciones de
operación de la planta prototipo de tratamiento de aguas, teniendo en cuenta en
primera instancia los parámetros de campo así como los análisis químicos en
laboratorio anteriormente descritos.
Se realizaron todas las técnicas de laboratorio anteriormente descritas tomando
muestras de Entrada (cárcamo de igualación de 5m3) y de la Salida TAT
(tanque de agua tratada).
La temperatura presentó un promedio de 25°C en el reactor anaerobio siendo
este el punto más relevante en todo el sistema de tratamiento siendo óptima
para los lodos anaerobios inoculados en el mismo. El pH óptimo para un
tratamiento anaerobio debe de ser de entre 6.5 y 8.5 teniendo éste un promedio
de 7.5, alterándose solo en 2 ocasiones; por lo que no fue necesario agregar
ninguna solución amortiguadora básica o ácida para regularlo. El caudal
presentó fluctuaciones de entre 13.59 y 1.45 m3/día viendo que la remoción
tanto de DQO y sólidos fue más efectiva cuando existió un caudal alto; sin
embargo al presentarse caudales bajos hubo también remociones eficientes; es
decir que la planta prototipo está diseñada para remover altas cargas de
materia orgánica funcionando más eficientemente cuando existen altas cargas
87
existen remociones de 95% en términos de DQO total. Sin embargo se tendrá
que tener cuidado en regular el caudal debido a que el prototipo fue diseñado
para soportar un flujo de 1.44 m3/día y el caudal promedio fue de 6.57 m3/día en
los 40 días de operación, pudiendo ocasionar esto una ineficiencia en la
remoción de contaminantes. Hay que tomar en cuenta sin embargo que la
planta en ocasiones no es alimentada debido a que el suministro de energía
eléctrica falla constantemente.
Para la determinación de los análisis, e recomienda hacer diluciones de las
muestras de 1:10, 1:100 o 1:1000 al determinar la DQO para que los valores
arrojados no salgan de la curva de calibración.
Respecto a la planta hubo ocasiones en que al hacerle la visita había
problemas con el suministro de electricidad; en otras ocasiones el cárcamo de
entrada se encontraba abierto recibiendo desechos que no correspondían a la
planta alterando la eficiencia de la misma;
Desafortunadamente para hacer una evaluación más acertada acerca de todo
el funcionamiento del sistema hubiera sido apropiado realizar análisis químicos
del reactor anaerobio UASB; por razones de financiamiento del proyecto no
pudieron ser realizados, por lo tanto hará falta un análisis más exhaustivo para
88
tener un buen fundamento acerca de la eficiencia del tratamiento que se le dio a
la planta.
Se recomienda por lo tanto darle el debido mantenimiento a la planta, es decir
cuidar lo que entra en el cárcamo de igualación, mantener las condiciones para
los lodos anaerobios (nivelar pH en caso de ser necesario), desnatar el reactor
anaerobio para permitir las condiciones de vida de los lodos, checar que todas
las válvulas y bombas estén funcionando y en caso contrario darles el debido
mantenimiento.
Después de hacer un análisis de los resultados obtenidos se concluye que el
objetivo general de evaluar las condiciones de operación de la planta, así como
el montaje de las técnicas de análisis químico, la evaluación de la calidad del
agua y la verificación de la eficiencia de remoción de la planta no han podido
ser cumplidos satisfactoriamente debido a que la planta se encuentra aún en un
periodo previo a la estabilización. Debido a esto los resultados de análisis
químico son muy inestables. Se requiere por lo menos de un tiempo de 180
días para estabilizar una planta de este tipo. Se tendrá que dar seguimiento al
monitoreo de la planta para verificar si el tratamiento suministrado está siendo
satisfactorio.
89
XIII. ANEXOS
Ranas toro
Es un anfibio de gran tamaño que puede llegar a medir entre 60 y 750 g y tiene
una longitud de entre 10 y 20 cm. El color de su dorso varía de verde claro u
oliva a café verdoso, normalmente con manchas verdes o cafés. Su vientre es
de color blanquecino con algunas manchas color gris. Todos los dedos de sus
patas traseras, presentan membranas interdigitales. En los machos el tímpano
(círculo junto al ojo) tiene un diámetro mayor que su ojo y presenta un borde
oscuro; en las hembras es del mismo tamaño que el ojo.
Fig. 10. Rana toro
Los machos de rana toro pueden reproducirse con varias hembras que atraen
mediante el canto; se abrazan y tienen así una reproducción asexual con
fertilización externa; la hembra expulsa ovocitos mientras que el macho expulsa
esperma en donde los huevos son depositados en el agua. Las masas de
huevos que varían entre 10 000 y 25 000 huevos permanecen flotando durante
el primer día para posteriormente sumergirse al fondo del estanque hasta el
90
nacimiento de los renacuajos, 3 a 5 días después. Los renacuajos se
desarrollan a diferentes tasas según los niveles de oxígeno, la disponibilidad de
alimento y la temperatura del agua, pudiendo ocurrir la transformación a adulto
entre tres y cuatro meses después del nacimiento o hasta 3 años después. Para
su desarrollo, los renacuajos prefieren aguas cálidas entre 24-30 grados
centígrados, alcanzando su madurez sexual a los 2 años.
Se alimentan principalmente de pellet y de larvas de mosca.
Su hábitat natural se extiende por todo el territorio del noreste de los Estados
Unidos y ha sido introducida ya por todo el continente americano.
Se estima que pueden llegar a vivir hasta 8 años en vida libre y en cautiverio
hasta 16 años.
91
XIV. BIBLIOGRAFÍA
Agua, Comisión Nacional. (2012). El problema del Agua en México. México.
Cairo, J . (1988). Microbiología de la digestión anaerobia: Metanogenesis: Memorias del cuarto
seminario de tratamiento anaerobio de aguas residuales.
Zeegers, F. (1987). Microbiología, arranque y operación de sistemas de flujo ascendente con
manto de lodos UASB. Cali, Colombia.
Pohland, F. (1992). Diseño de los procesos anaerobios para el tratamiento de aguas
municipales. Technomic Publishing Co. Inc.
Foro Mundial del Agua. (2012). México.
Metcalf. F. Eddy (1981). Ingeniería en el tratamiento de aguas. Mc Graw Hill.
Fannin, K. (1987). Start up, Operation, Stability and Control in Anaerobic digestion. Elsevier
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Harremoes M. (1995). Basic biological processes in wastewater treatment. Biological and
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technological aspects. Mc Graw Hill.
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México: Universidad Anahuac.
SEMARNAT. (2002). Norma Oficial Mexicana NOM 004 Lodos y Biosólidos. México.
UNESCO, P. d. (2013). La problemática mundial del Agua. México: UNESCO .
92