ISO DESARROLLOS E INGENIERÍA, S.A. DE C.V.

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TORRES ADALID 707 – 202 COL. DEL VALLE, DEL. BENITO JUÁREZ, MÉXICO 03100, D.F.
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3.
ANALISIS Y SELECCION DE ALTERNATIVAS DEL SISTEMA LAGUNAR.
3.1.
Evaluación de alternativas.
ANTECEDENTES
Ubicación del proyecto.
El sistema de drenaje de la localidad, descarga al río Álamo sin tratamiento alguno. El
recorrido del emisor será desde el punto en que termina actualmente el colector hasta
llegar al sitio en que se proyecta la planta de tratamiento de aguas residuales a
aproximadamente 1 km de la zona urbana de la Ciudad de Mier.
Para el funcionamiento del emisor de proyecto se realizan las obras accesorias
necesarias, también el proyecto de la planta de bombeo en el inicio del emisor
Situación actual del saneamiento.
Se encuentra construida una planta de tratamiento que está fuera de servicio, la cual fue
equipada completamente en1990.
Cuenta con las siguientes estructuras:
1.- Cárcamo de bombeo de entrada
2.- Pretratamiento con dos rejillas e igual número de canales desarenadores
3.- Dos tanques de aireación
4.- Dos tanques de filtración de lodos
5.- Un tanque de lámina de acero y caseta para la cloración
6.- Caseta de vigilancia.
Durante el año 2006 se desarrolló el “Proyecto ejecutivo de colectores, emisores y
estación de bombeo de las aguas residuales de Cd. Mier, Tamaulipas”, que contempló
el proyecto ejecutivo de la infraestructura primaria de recolección, emisión y planta de
bombeo para desalojar las aguas negras.
El cárcamo de bombeo se proyectó en el mismo sitio de la planta de tratamiento
existente, considerando que desde aquí se bombeará mediante una conducción de PVC
de 14” de diámetro de 2 km aproximadamente, al nuevo sitio donde se localizará la
planta de tratamiento, por lo que esta estructura no forma parte de este proyecto.
INFORME FINAL
PROYECTO EJECUTIVO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES PARA CD. MIER, TAM.
3-1
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PLANTA DE TRATAMIENTO EXISTENTE DE
CIUDAD MIER, TAMAULIPAS
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Requerimientos de infraestructura.
Los trabajos que se han considerado desarrollar corresponden a los proyectos
ejecutivos de:
•
•
•
Reforzamiento o rehabilitación de subcolectores y colector existente.
Estación de Bombeo al inicio del emisor de proyecto.
Emisor de proyecto (a presión) desde la descarga actual hasta el sitio de la
Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, incluyendo el detalle de cruce
especial con arroyo y carretera.
Aforos , muestreos y calidad del agua.
Para el proyecto citado anteriormente, se realizó una campaña de aforos, cuyos
resultados son los siguientes:
TABLA No. 3.1.1.
CAUDALES SANITARIOS AFORADOS EN DESCARGA EXISTENTE
EN CIUDAD MIER (DEL 31 OCT AL 07 NOV 06)
GASTO AFORADO (l/s)
No.
HORA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
08:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
00:00
02:00
04:00
06:00
PROMEDIO
31 Oct 06 al 02 Nov 06 al
01 Nov 06
03 Nov 06
13.89
17.20
18.55
28.58
33.20
27.10
22.90
20.05
16.20
16.00
10.35
10.10
19.49
15.05
16.32
17.08
26.50
25.80
25.10
20.30
16.10
14.01
10.90
11.00
10.50
16.96
04 Nov 06
al
05 Nov 06
11.59
21.62
23.02
27.23
26.30
25.90
18.12
17.83
16.21
14.83
11.72
12.40
18.94
06 Nov 06 al
07 Nov 06*
16.30
18.05
27.98
30.09
28.80
27.20
20.22
15.35
13.10
13.70
13.20
15.30
19.94
(*) = Inicio a las 9:00 horas
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TABLA No. 3.1.2.
CALIDAD DEL AGUA DESCARGADA EN CD. MIER, TAMPS. (2006)
PARÁMETRO (UNIDADES)
pH; unidades de pH
Temperatura °C.
Materia flotante
Grasas y Aceites, mg/l
Sólidos sedimentables, ml/l
Sólidos Totales; mg/l
Sólidos Totales Volátiles; mg/l
Sólidos Totales Fijos; mg/l
Sólidos Suspendidos Totales; mg/l
Sólidos Suspendidos Volátiles; mg/l
Sólidos Suspendidos Fijos; mg/l
Sólidos Disueltos Totales; mg/l
Sólidos Disueltos Volátiles; mg/l
Sólidos Disueltos Fijos; mg/l
Demanda Bioquímica de Oxígeno
Total; mg/l
Demanda Bioquímica de Oxígeno
Soluble; mg/l
Demanda Química de Oxígeno
Total; mg/l
Demanda Química de Oxígeno
Soluble; mg/l
Nitrógeno total Kjeldhal; mg/l
Nitratos; mg/l
Nitritos; mg/l
Fósforo total; mg/l
Detergentes (SAAM); mg/l
Coliformes totales; NMP/100 ml.
Coliformes fecales; NMP/100 ml.
Huevos de helminto; huevos/l
Día 1
31OCT al
1 NOV. 06
Día 2
2 y 3 NOV.
06
Día 3
4 y 5 NOV.
06
Día 4
6 y 7 NOV.
06
PROMEDIO
7.39
24.4
Presente
18.50
0.88
3560
280
3280
72
58
14
3488
222
3266
7.35
23.95
Presente
21.10
.23
3410
340
3070
85
75
10
3325
265
3060
7.44
22.3
Presente
20.50
1.2
3350
295
3055
95
63
32
3255
232
3023
7.44
29.9
Presente
23.50
0.81
3605
350
3255
110
75
35
3495
275
3220
7.40
NP
Presente
20.9
0.78
3481
316
3165
92
68
23
3391
249
3142
150.4
164.5
195.4
175.5
171.45
60.0
49.2
68.2
52.5
57.4
327.6
293.30
415.3
310.20
336.6
121.2
25.5
0.10
0.01
6.81
19.80
1.59e107
9.10e106
113.5
28.10
0.909
0.003
6.66
17.51
2.55e107
2.806e106
105.6
32.20
0.06
0.01
5.98
18.70
1.89e107
1.70e106
186.4
27.70
0.05
0.01
7.01
21.50
9.20e106
5.40e106
0
131.7
28.4
0.07
0.01
6.61
19.38
3.81e107
4.73e106
0
Todos los valores de metales pesados están muy por debajo de lo que marcan la NOMo01 y 003 SEMARNAT.
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Parámetros de diseño.
TABLA No. 3.1.3.
PARÁMETROS DISEÑO DE LA CALIDAD DEL AGUA DE LA
PLANTA DE TRATAMIENTO
PARÁMETRO
UNIDADES
VALOR
pH
7.0
Sólidos susp. totales
mg/l
100
DBO
mg/l
200
DQO
mg/l
400
Sólidos sedimentables
ml/l
5.0
SAAM
mg/l
30
Grasas y aceites
mg/l
30
Material flotante
Ausente
Coliformes fecales
NMP/100ml
1x10E07
Coliformes totales
NMP/100ml
1x10E08
Nitrógeno total
mg/l
40
Fosfatos totales
mg/l
15
GASTO
LPS
25
3.2.
Alternativas del sistema de tratamiento.
Una vez definidos los valores y parámetros anteriores obtenidos de estudios realizados
en 2006 y 2007, se procedió a llevar a cabo un análisis de alternativas a fin de
seleccionar la mejor opción de tratamiento de las aguas residuales de Cd. Mier, Tam.
A continuación se hace una descripción general de los procesos de tratamiento más
empleados comúnmente:
1. Lodos activados, convencional
2. Lagunas de estabilización
3. Sistemas con WETLAND FWS (sistema de flujo de agua libre superficial): UASB +
WETLAND FWS
En la evaluación de alternativas se toma en cuenta los siguientes conceptos:
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A) Técnica.
•
Limites permisibles de la NOM001 SEMARNAT 1996.
•
•
•
•
Valores de descarga del influente
Eficiencia de cada proceso preseleccionado
Calidad del Efluente tratado y
Ventajas y desventajas de cada proceso
B) Económica.
•
•
•
•
Inversión
o Obra civil
o Equipamiento (tren de agua y tren de lodos)
Amortización anual de las obras
Costos por operación y Mantenimiento
Precio unitario de agua tratada (PU)
o Precio unitario por inversión
o Precio unitario por operación y mantenimiento
o Precio unitario total
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DE AGUAS RESIDUALES PARA CD. MIER, TAM.
3-6
A) EVALUACION TÉCNICA:
TABLA No. 3.2.1.
TIPO DE
PROCESO:
LODOS
ACTIVADOS,
CONVENCIONAL
CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE TRATADO CON LODOS ACTIVADOS, CONVENCIONAL
EF. DEL
DESCARGA
DESCARGA
L.M.P. NOM-001-ECOLPROCESO
TOTAL
TOTAL
PARÁMETRO
1996
TOTAL
Valor Removido
INFLUENTE
P.D
P.M.
V.A.L.
(% REMOCIÓN)
V.E.
Sólidos
2 ml/lt
1ml/lt
5.0. ml/l
95%
_
Sedimentables
D.B.O.
150 mg/lt
75 mg/lt
200mg/l
90%
D.Q.O.
N.A.
N.A.
400mg/l
90%
Sólidos
Suspendidos
125 mg/lt
75 mg/lt
100 mg/l
90%
Totales
Grasas y Aceites
Coliformes Fecales
Men.a 1.0
20 mg/L
40 mg/L
10 mg/L
15 mg/lt
20.0 mg/l
90%
2 mg/L
2000 NMP
1000 NMP
3,0x108
99.9999 %
300 NMP/100 ML
2. No requiere de grandes extensiones de terreno.
3. Es un proceso de alta eficiencia.
4. Permite variaciones de flujo y calidad del agua residual.
3-7
V.E.
25 mg/lt
VENTAJAS
1. Se obtiene un agua de excelente calidad.
5. Mínima área requerida.
DESCARGA
TOTAL
EFLUENTE
DESVENTAJAS
1. Altos costos por operación y mantenimiento.
2. Requiere de personal capacitado para su operación y
mantenimiento.
3. Requiere de equipo sofisticado.
4. Se requiere contar con refacciones y equipo de
repuesto.
TABLA No. 3.2.2.
TIPO DE
PROCESO:
LAGUNAS DE
ESTABILIZACI
ÓN
CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE TRATADO CON LAGUNAS DE ESTABILIZACION
DESCARGA
EF. DEL
DESCARGA TOTAL
L.M.P. NOM-001-ECOLTOTAL
PROCESO
Valor Removido
PARÁMETRO
1996
INFLUENTE
TOTAL
P.D
P.M.
V.A.L.
(% REMOCIÓN)
V.E.
Sólidos
Sedimentables
D.B.O.
D.Q.O.
Sólidos Suspendidos
Totales
Grasas y Aceites
Coliformes Fecales
2 ml/lt
1ml/lt
5.0 ml/l
100%
150 mg/lt
N.A.
75 mg/lt
N.A.
200 mg/L
400 mg/L
90 %
90.%
20mg/L
40mg/L
125 mg/lt
75 mg/lt
100 mg/L
95 %
25 mg/L
25 mg/lt
2000 NMP
15 mg/lt
1000 NMP
20..0 mg/l
3,0X108
VENTAJAS
1. Es el sistema de tratamiento más utilizado actualmente.
2. Proceso de depuración del agua, que cumple con la calidad de agua que
establece la NOM-001-ECOL-1996.
3. Soporta variaciones hidráulicas y orgánicas.
4. Es un proceso de tratamiento sencillo, con altas eficiencias de remoción.
5. No tiene problemas de disposición de lodos.
6. Para su operación no se requiere de consumos de energía. No se requiere
personal altamente capacitado para la operación y mantenimiento.
_
DESCARGA
TOTAL
EFLUENTE
V.E.
Men. a 1.0
80 %
5.0mg/l
99.99969 %
_
950 NMP
DESVENTAJAS
1. Se requieren grandes extensiones de terreno.
2. No se recomienda en terrenos rocosos, permeables o no
existan bancos cercanos de material para los bordos.
3. Tiene generación de algas que deben removerse
periódicamente.
4. Los vientos pueden acarrear malos olores de la primer
laguna.
5. Es un proceso cerrado en cuanto a modificaciones y
versatilidad, al menos que se adicione aireadores.
6. Se requiere de una tercer laguna (maduración o
Wetlands) ó desinfección para cumplir con los patógenos
que se establece en la NOM-001-ECOL-1996.
7. Su construcción es relativamente simple.
8. Los costos de operación y mantenimiento son menores comparados con otros
procesos convencionales.
Evaluación técnica de Lagunas de Estabilización. P.D. Promedio Diario. P.M. Promedio Mensual. L.M.P. Límite Máximo Permisible, Uso Público Urbano.
Valor analizado en Laboratorio. V.E. Valor estimado en base a la eficiencia.
3-8
TABLA No. 3.2.3.A.
TIPO DE
PROCESO:
UASB +
WETLAND DE
FLUJO DE AGUA
LIBRE
SUPERFICIAL
CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE TRATADO CON PROCESOS WETLAND (FWS) ARTIFICIAL
EF. DEL
DESCARGA
DESCARGA
L.M.P. NOM-001-ECOLPROCESO
TOTAL
TOTAL
PARÁMETRO
1996
TOTAL
Valor Removido
INFLUENTE
P.D
P.M.
V.A.L.
(%REMOCIÓN)
V.E.
Sólidos
2 ml/lt
1ml/lt
5.0 mg/lt
_
_
Sedimentables
DESCARGA TOTAL
EFLUENTE
V.E.
< 1 mg/lt
D.B.O.
150 mg/lt
75 mg/lt
200 mg/lt
85%
30 mg/lt
D.Q.O.
N.A.
N.A.
400 mg/lt
80%
80mg/lt
Sólidos
Suspendidos
Totales
125 mg/lt
75 mg/lt
100 mg/lt
90%
10mg/lt
Grasas y Aceites
25 mg/lt
15 mg/lt
20 mg/lt
_
<5 mg/lt
1000
NMP
2000 NMP
3.0X108
NMP
99.99996%
Con desinfección
120 NMP/100 ml
Coliformes
Fecales
Evaluación técnica de WETLAND Artifical. P.D. Promedio Diario. P.M. Promedio Mensual. L.M.P. Límite Máximo Permisible, Uso Público Urbano. Valor
analizado en Laboratorio. V.E. Valor estimado en base a la eficiencia.
3-9
TABLA No. 3.2.3.B.
CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE TRATADO CON PROCESOS WETLAND (FWS) ARTIFICIAL ( …continuación)
VENTAJAS DEL PROCESO WETLAND
DESVENTAJAS DEL PROCESO WETLAND
Alta remoción de la materia orgánica como tratamiento secundario y de coliformes
fecales como tratamiento terciario
Las dimensiones del área de terreno son similares a de las
lagunas de estabilización
Se tiene la proliferación de fauna nociva en el diseño de flujo de
agua superficial (mosquitos y moscas)
Se requiere de grandes volúmenes de material graduado (arena,
grava y tierra vegetal)
Menor almacenamiento de agua que las lagunas tradicionales
Los cultivos que se utilicen deben de predominar en la región.
Más económico que los sistemas tradicionales.
Los gastos de operación y mantenimiento son bajos. (energía y suministros).
No requiere equipo electromecánico
No se requiere personal calificado
Más ventajoso al emplearlo como proceso de pulimento con lagunas de estabilización en
serie.
La operación y mantenimiento no requiere un trabajo permanente en la instalación.
Los humedales soportan bien las variaciones de caudal.
Facilitan el reciclaje y la reutilización del agua.
Pueden construirse en armonía con el paisaje. Proporcionan muchos beneficios
adicionales a la mejora de la calidad del agua, como el ser un hábitat para la vida salvaje
y un realce de las condiciones estéticas de los espacios abiertos.
Evaluación técnica de WETLAND Artifical (…continuación).
3-10
Cambiar los cultivos que se requieran y remover las que no
apliquen o de desecho.
Los componentes biológicos son sensibles a sustancias como el
amoniaco y los pesticidas que llegan a ser tóxicos.
El rendimiento del sistema puede ser menos constante que el de
un proceso convencional. El rendimiento del sistema puede ser
estacional en respuesta a los cambios en las condiciones
ambientales, incluyendo lluvias y sequías.
Se requiere una mínima cantidad de agua para que sobrevivan,
pero no soportan estar completamente secos.
Generalmente requieren grandes extensiones de terreno,
comparado con los tratamientos convencionales. El tratamiento
con humedales puede ser relativamente mas barato que otras
opciones, solo en el caso de tener terreno disponible y
asequible.
-------------
B) EVALUACIÓN ECONÓMICA:
En la Tabla siguiente se muestra una evaluación del costo de inversión y de operación y mantenimiento, para los 3
procesos de tratamiento analizados, para un flujo medio de 25 l/s.
TABLA No. 3.2.4.
EVALUACIÓN DEL COSTO DE INVERSIÓN Y DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA LOS 3 PROCESOS DE TRATAMIENTO ANALIZADOS
AMORTIZACIÓN
OPERACIÓN Y
INVERSIÓN ( MILLONES $ )
COSTO UNITARIO ESTIMADO ($/M3 )
(NOTA 2)
MTTO.
PROCESO DE
EQUIPO
TRATAMIENTO
OPERACIÓN Y
OBRA
TOTAL
( MILLONES $/AÑO )
INVERSIÓN
TOTAL
TREN
TREN
MTTO.
AGUA
LODOS
Lodos Activados
UASB +
WETLAND FWS
Lagunas de
Estabilización
6.24
5.54
0.98
12.72
1.61
1.30
2.04
1.64
3.68
8.00
0.320
0.12
8.44
1.06
0.30
1.34
0.38
1.72
7.42
NA
NA
7.42
0.936
0.22
1.18
0.28
1.46
NOTA 1: Los costos están calculados con costos índices dependiendo del proceso considerado.
NOTA 2: El factor o porcentaje de amortización para un periodo de 20 años es de 10.9% anual.
NOTA 3: Los costos no incluyen costos de terreno. En los procesos que aplica, ya se incluyen los costos por desinfección y
manejo y disposición de lodos.
NOTA 4: El margen de precisión de los costos es de +/- 15%.
3-11
DIAGRAMAS DE FLUJO DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
LAGUNAS EN SERIE
CRIBADO
LAGUNA PRIMARIA
(ANAEROBIA)
LAGUNA
SECUNDARIA
(FACULTATIVA)
LAGUNAS DE
PULIMENTO 1 Y 2
EFLUENTE
INFLUENTE
Tratamiento por lagunas de estabilización.
3-12
TREN DE TRATAMIENTO: REACTOR UASB + WETLAND FWS
Gas
DBO5 200 mg/L
DQO 400 mg/L
SST 100 mg/L
8
Col. Fec. 3 x10
DBO5
DQO
SST
Col.Fec.
DBO5 mg/L
DQO mg/L
SST mg/L
DBO5
DQO
SST
Col.Fec.
DBO 30 mg/L
DQO 60mg/L
SST 26 mg/L
Col. Fec. 120 NMP/100 ml
Pretratamiento
Desarenador
Criba.
Ef DBO5= 3%
Ef SST = 3%
Ef DBO5= 67%
Ef. DQO= 67%
Ef SST = 58 %
Col. Fec. 20%
Reactor Anaerobio (UASB)
EfDBO5= 48%
Ef SST = 80 %
Col. Fec. = 50%
WETLAND FWS
EfCol Fec..= 99.99996%
EfDBO5 = 5%
Ef DQO = 5%
Desinfección
Derivación
De flujo
Eficiencias del proceso de Tratamiento Reactor Anaerobio UASB con WETLAND ARTIFICIAL tipo flujo de agua libre superficial
(FWS). Fuente consultada: Handbook of Wastewater Treatment Processes. Pollution Engineering and Technology/19. 1981.
Natural Systems for Waste Management and Treatment. McGraw-Hill, Inc. 1995.
3-13
TREN DE TRATAMIENTO DE LODOS ACTIVADOS CONVENCIONAL.
Esquema de tratamiento de lodos activados.
LODOS
INFLUENTE
FILTRO BANDA
CANAL
PARSHALL
DIGESTOR
AEROBIO
BOMBEO
ESPESADOR
PRETRATAMIENTO
(REJILLAS Y
DESARENADOR)
SEDIMENTADOR
PRIMARIO
BOMBEO DE
LODOS A
TRATAMIENTO
TANQUE DE
AIREACION
SEDIMENTADOR
SECUNDARIO
BOMBEO DE
RECIRCULACIÓN
CLORO
3-14
TANQUE DE
CONTACTO CON
CLORO
EFLUENTE
ISO DESARROLLOS E INGENIERÍA, S.A. DE C.V.
TORRES ADALID 707 – 202 COL. DEL VALLE, DEL. BENITO JUÁREZ, MÉXICO 03100, D.F.
TELS. 56 69 12 82, 56 87 60 03; FAX 55 36 17 20. e-mail [email protected]
3.3.
Selección de alternativas.
1.- El sistema de tratamiento mas económico es a base de lagunas de estabilización y el
área con que se cuenta es adecuada (7.0)
2.- Sin embargo, las eficiencias de remoción de contaminantes de las lagunas depende
mucho de la temperatura del lugar
3.- En ciudad Mier se presentan bajas temperaturas en los meses de invierno lo que
afectará el buen desempeño de las lagunas Situación que no ocurre en los otros dos
procesos analizados
4.- El sistema de lodos Activados sería el mas adecuado para estos climas, sin embargo
resulta ser el mas caro.
5.- Un proceso que en la actualidad esta siendo preferido por los gobiernos municipales
y estatales sobre las lagunas son los Wetlands por sus bondades semejantes a las
lagunas.
Sin embargo, el proceso de lagunas de estabilización es el mas difundido en la frontera
norte y se tiene mayor experiencia en la operación y mantenimiento en este proceso, por
lo tanto se selecciona el sistema de lagunas de estabilización para el tratamiento de las
aguas residuales de la Cd. de Mier, Tam.
Bondades del proceso seleccionado.
9 Bajo costos de operación y mantenimiento del orden de 30 a 60 centavos por
metro cúbico de agua tratada.
9 Los tiempos de retención hidráulica del sistema lagunar son altos por lo que hace
resistente a cambios bruscos de temperatura, manteniendo la eficiencia de
diseño.
9 No requiere de personal especializado para su correcta operación y
mantenimiento.
9 Flexibilidad de operación al contar con un sistema de varias lagunas.
9 Cumple sin problemas no solo la NOM 001 SEMARNAT 1996, sino también la
NOM 003 SEMARNAT 1997, al sacar un efluente tratado menor a 14 mg/l de
DBO.
9 Mínimos costos de energía eléctrica.
INFORME FINAL
PROYECTO EJECUTIVO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES PARA CD. MIER, TAM.
3-15
ISO DESARROLLOS E INGENIERÍA, S.A. DE C.V.
TORRES ADALID 707 – 202 COL. DEL VALLE, DEL. BENITO JUÁREZ, MÉXICO 03100, D.F.
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9 Posibilidad real de reuso de agua tratada en el área aledaña.
9 Posibilidad de criar peces en la segunda laguna de pulimento por la buena
calidad que se obtiene (otros países como Perú han desarrollado esta práctica).
INFORME FINAL
PROYECTO EJECUTIVO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES PARA CD. MIER, TAM.
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