“ESTRATEGIA PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DE ...

CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y

ESTUDIOS SOBRE MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO

“ESTRATEGIA PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA PLANTA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE NEZAHUALCÓYOTL,

ESTADO DE MÉXICO”

TESIS

PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRÍA EN

GESTIÓN Y AUDITORÍAS AMBIENTALES

PRESENTA ALFREDO MARTÍNEZ CRUZ

DIRECTORA DE TESIS DRA. MARÍA LILIANA MARÍN GARCÍA

MÉXICO D.F., JULIO DEL 2015

“ESTRATEGIA PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.”

SIP-14

ii


CARTA DE CESIÓN DE DERECHOS.

iii


AGRADECIMIENTOS

A Dios por darme vida y ánimo suficiente para seguir adelante, cualesquiera que

sean las circunstancias.

A mi Padre porque sé que está muy satisfecho por mis logros, siendo este uno más

de ellos.

A mi Madre por darme su amor incondicional.

A mi Esposa por entenderme y soportarme en todos en estos 18 años que llevamos

juntos.

A mi Hermana y sobrina por su apoyo y amor.

A todo el personal académico del CIIEMAD por el soporte y por las asesorías que

me brindaron.

A cada uno de los integrantes de mi Comité Tutorial y Comisión Revisora por sus

acertadas observaciones que ayudaron a la elaboración de este trabajo.

A mi Directora del Comité Tutorial: Dra. María Liliana Marín García, que desde la

primera vez que la conocí me dio la confianza y el apoyo para terminar este

proyecto.

Al ODAPAS NEZAHUALCÓYOTL por las facilidades prestadas para la realización

de la presente investigación.

“La confianza en uno mismo en un requisito indispensable para el éxito y el logro de nuestras metas y no depende de nadie más que de uno mismo. Cada uno de nosotros está dotado de las habilidades necesarias para el desarrollo de esa confianza, solo es necesario desarrollarlas iniciando con la aceptación de que contamos con ellas”

iv


ÍNDICE

GLOSARIO DE TÉRMINOS ............................................................................................................x

LISTA DE SIGLAS UTILIZADAS ................................................................................................ xiv

ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................................... xvi

ÍNDICE DE FIGURAS Y FOTOGRAFÍAS .................................................................................. xix

RESUMEN ....................................................................................................................................... xxi

ABSTRACT .................................................................................................................................... xxii

1. - INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1

1.1.- La importancia del agua, situación mundial y en México ...................................... 1

1.2.- Las regiones hidrológico-administrativas en México, situación actual y futura ......................................................................................................................................................... 5

1.3.-Diferentes usos del agua en el Estado de México. ................................................... 6

1.4.- Marco legal de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR´s) y legislación relativa a la gestión de aguas residuales en México .................................. 6

1.5.-Tratamiento de aguas residuales en México y las Plantas de tratamiento ........ 8

1.6.- La PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl, normatividad a cumplir. ............... 10

2.- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................................ 15

2.1.- Estrategia de Investigación .......................................................................................... 16

3.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................ 18

3.1.- Objetivo general .............................................................................................................. 18

3.2.- Objetivos específicos ..................................................................................................... 18

4.- JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................... 19

4.1.- Conciencia del problema hídrico, caso PTAR Nezahualcóyotl .......................... 19

5.- HIPÓTESIS ................................................................................................................................ 20

6.- MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................................... 21

6.1.-Marco histórico de las aguas residuales ................................................................... 21

6.2.- Las aguas residuales: origen, clasificación y caracterización ........................... 22

6.3.- Instalaciones y procesos en las PTAR´s .................................................................. 25

6.4.- Las alternativas aeróbicas y anaeróbicas en los tratamientos secundarios .. 27

6.5.-El proceso de lodos activados ..................................................................................... 28

6.6.-El proceso de lodos activados en México ................................................................. 29

6.7.- El proceso de lodos activados a nivel mundial ...................................................... 31

6.8.- El proceso de lodos activados en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl 31

6.9.- Eficiencia en los sistemas de tratamiento de aguas residuales ........................ 33

6.10.- Ventajas y desventajas del proceso de lodos activados ................................... 33

v


6.11.- Medidas de control del proceso de lodos activados. ......................................... 34

7.- MATERIALES, EQUIPOS Y MÉTODOS .............................................................................. 36

7.1.- Materiales y equipos ...................................................................................................... 36

7.1.1.- Equipos en la PTAR ................................................................................................ 36

7.1.2.- Equipos principales en el laboratorio ................................................................ 38

7.1.3.- Zonas de muestreo .................................................................................................. 39

7.2.- Metodología para obtener los parámetros de proceso ......................................... 39

7.2.1.- Proceso de depuración en la PTAR .................................................................... 39

7.2.2.- Principales variables de control del proceso ................................................... 40

7.2.3.- Clasificación de los parámetros de control ...................................................... 40

7.3.- Metodología en el área del laboratorio ...................................................................... 42

7.3.1.- Metodología de muestreo ...................................................................................... 42

7.3.2.- Normatividad vigente para la realización de los análisis físico-químicos en agua residual y agua residual tratada ....................................................................... 43

7.3.3.- Parámetros evaluados ............................................................................................ 43

7.4.- Metodología para la recopilación, interpretación y análisis de la información obtenida ...................................................................................................................................... 45

7.4.1.-Datos de observaciones de sedimentabilidad de lodos activados ............. 45

7.4.2.- Datos para la prueba de lodo sedimentado ...................................................... 46

7.4.3.- Gráfica de volumen sedimentado del lodo contra el tiempo en la prueba de sedimentación ................................................................................................................. 46

7.4.5.- Datos de la prueba de sólidos sedimentables ................................................. 47

7.4.6.- Registro de datos para el cálculo de sólidos y sales disueltas .................. 48

7.5.- Metodología para el control del proceso .................................................................. 48

7.5.1.- Control de la relación F/M ...................................................................................... 49

7.5.2.- Control de sedimentación ..................................................................................... 50

7.5.3.- Control de la aireación ........................................................................................... 51

7.5.4.- Control de la remoción del lodo en el sedimentador ..................................... 51

7.5.5.- Control de sólidos en el proceso ......................................................................... 51

7.5.6.-Control del tiempo de retención de sólidos (TRS). .......................................... 52

7.5.7.-Temperatura y pH ...................................................................................................... 52

7.6.- Metodología en la elaboración del esquema de mantenimiento y del manual básico de operación de la PTAR .......................................................................................... 52

8.- RESULTADOS ......................................................................................................................... 53

8.1.- Diagnostico técnico y operativo de la PTAR ........................................................... 53

8.1.1.- Tratamiento preliminar ........................................................................................... 54

vi


8.1.2.- Reactores ................................................................................................................... 55

8.1.3.- Digestores .................................................................................................................. 55

8.1.4.- Equipos de bombeo de flujo principal y de lodos de recirculación ........... 56

8.1.5.- Sedimentador ............................................................................................................ 56

8.1.6.- Proceso de cloración .............................................................................................. 56

8.1.7.- Área de filtros............................................................................................................ 56

8.1.8.- Espesador y área de filtro prensa ....................................................................... 57

8.1.9.- Depósito de agua tratada ....................................................................................... 57

8.2.- Caracterización de los flujos de proceso ................................................................. 57

8.2.1.- DBO5 de influente y efluente ................................................................................. 58

8.2.2.- DQO de influente y efluente .................................................................................. 58

8.2.3.- Concentración de fósforo en influente y efluente........................................... 59

8.2.4.- Sólidos suspendidor totales en influente y efluente ...................................... 59

8.2.5.- Cloro residual libre en el efluente (CRL) ........................................................... 60

8.2.6.- pH en reactores y lodo recirculado ..................................................................... 61

8.2.7.- Oxígeno disuelto en reactores y lodos recirculados ..................................... 62

8.2.8.- Conductividad electrica en reactores y lodos de recirculación .................. 63

8.2.9.- Temperatura en reactores y lodos recirculados.............................................. 64

8.2.10.- Concentración de nitrógeno total en influente y efluente .......................... 65

8.2.11.-Sedimentación de lodos activados en reactores ........................................... 66

8.3.- Eficiencia de remoción obtenidas de los parámetros evaluados ...................... 73

8.4.- Parámetros de operación en el proceso ................................................................... 74

8.4.1.- Parámetros de operación en el proceso ............................................................ 74

8.4.2.- Calculo del TRH ........................................................................................................ 75

8.4.3.- Calculo del TRS ........................................................................................................ 75

8.5.- Sólidos sedimentables y observaciones visuales de influente y efluente ...... 76

9.- PROPUESTA DE MEJORA Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ......................................... 77

9.1. Segunda caracterización. ............................................................................................... 78

10.- PROPUESTAS DEL MANUAL BÁSICO DEL ÁREA DE LABORATORIO ................ 80

10.1.-Indicaciones generales de seguridad ....................................................................... 80

10.2.- Determinación de temperatura .................................................................................. 80

10.3.-Determinación de pH ..................................................................................................... 81

10.4.- Determinación de demanda bioquímica de oxígeno ........................................... 81

10.5.- Determinación de DQO ................................................................................................ 82

10.6.- Determinaciones de iones y elementos específicos ........................................... 83

vii


10.7. Determinación de sólidos totales (sólidos suspendidos y sólidos suspendidos volátiles) ............................................................................................................ 84

10.7.1.- Determinación de solidos totales (ST) ............................................................. 85

10.7.2.- Determinación de solidos totales volátiles (SVT) ......................................... 86

10.7.3.- Determinación de solidos suspendidos totales (SST) ................................ 86

10.7.4.- Determinación de solidos suspendidos volátiles (SSV). ............................ 86

10.7.5.- Determinación de sales disueltas totales (SDT) ........................................... 87

10.8.- Determinación de oxígeno disuelto ......................................................................... 87

10.9.-Determinación de sólidos sedimentables ............................................................... 88

10.10. -Determinación de cloro residual libre ................................................................... 89

10.11.- Determinación de materia flotante ......................................................................... 89

10.12.- Determinación de conductividad............................................................................ 90

10.13. -Determinación de coliformes .................................................................................. 90

11..-PROPUESTA DEL MANUAL BÁSICO DEL AREA OPERATIVA ................................ 92

11.1.-Observaciones básicas ................................................................................................ 92

11.2.- Rejas de limpieza automática .................................................................................... 93

11.3.-Cárcamo de bombeo de agua cruda ......................................................................... 93

11.4.- Reactores biológicos ................................................................................................... 93

11.5.- Control de oxígeno disuelto (OD) ............................................................................. 93

11.6.- Control de la sedimentación del lodo ...................................................................... 94

11.7.- Relación alimento-masa (F/M) ................................................................................... 95

11.8.- Tiempo de retención de sólidos (TRS) .................................................................... 96

11.9.- Tiempo de retención hidráulica (TRH)..................................................................... 96

11.10.- Control de grasas y aceites ..................................................................................... 96

11.11.- Control de pH. .............................................................................................................. 97

11.12.- Observaciones microscópicas ................................................................................ 97

11.13.-Relacion entre los parámetros F/M y el TRL y la presencia de microorganismos ..................................................................................................................... 98

11.14.- Sedimentador secundario ........................................................................................ 99

11.15.- Control de turbiedad en el agua tratada del sedimentador ............................. 99

11.16.- Control de la calidad en el licor de mezcla .......................................................... 99

11.17.- Digestión aerobia de lodos .................................................................................... 100

11.18.- Espesado de lodos ................................................................................................... 101

11.19.- Deshidratado de lodos ............................................................................................ 101

11.20.- Guía para la solución de fallas en la operación de la PTAR ......................... 102

12.- ESQUEMA DE MANTENIMIENTO ................................................................................... 104

viii


12.1.- Mantenimiento correctivo ......................................................................................... 104

12.2.- Mantenimiento preventivo ........................................................................................ 105

12.2.1.-Mantenimiento preventivo de motores eléctricos........................................ 105

12.2.2.- Revisión y limpieza de motores eléctricos ................................................... 106

12.2.3.- Mantenimiento preventivo de bombas centrifugas de recirculado de lodos ...................................................................................................................................... 106

12.2.4.-Procedimiento para retro-lavado de filtros de arena silica ....................... 107

12.2.5.-Procedimiento para el mantenimiento del compresor ................................ 107

12.2.6.- Mantenimiento de las bombas sumergibles ................................................. 108

12.2.7. Mantenimiento de los sopladores y guía de identificación problemas .. 108

12.3.- Resumen de datos de mantenimiento en la PTAR ............................................. 110

12.3.1.-Guia de solución de problemas en las bombas ........................................... 111

12.3.2.- Propuesta del esquema de mantenimiento anual en la PTAR ................ 112

13.- CONCLUSIONES ................................................................................................................. 115

14.- COMENTARIOS Y RECOMENDACIONES FINALES .................................................. 116

15.- BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 117

ANEXO 1.- DETERMINACIÓN DE COLIFORMES ................................................................ 127

ANEXO 2.- LISTADO DE HERRAMIENTAS BÁSICAS PARA EL MANTENIMIENTO EN LA PTAR ....................................................................................................................................... 130

ANEXO 3.- MANUAL DE CONCEPTOS BÁSICOS PARA LOS OPERADORES ........... 131

ANEXO 4.- DATOS TÉCNICOS DE LOS PRINCIPALES EQUIPOS DE LA PTAR ........ 138

ix


GLOSARIO DE TÉRMINOS Acuífero: formación geológica de material poroso capaz de almacenar una

apreciable cantidad de agua.

Agua renovable: medición de volumen de agua, se calcula como el escurrimiento

superficial virgen anual, más la recarga media de los acuíferos, más las

importaciones de agua, menos las exportaciones de agua.

Agua residual: aguas de composición variada provenientes de las descargas de

usos municipales, industriales, comerciales, agrícolas, pecuarios, domésticos y

similares, así como la mezcla de ellas.

Agua residual municipal: se pueden incluir a la mezcla de aguas residuales

domésticas con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de origen industrial,

siempre que estas cumplan con los requisitos para ser admitidas en los sistemas de

alcantarillado.

Aireación: proceso de transferencia de oxígeno del aire al agua por medios

naturales o artificiales (agitación mecánica o difusión con aire comprimido).

Anaeróbico: condición en el cual no hay presencia de aire u oxígeno libre.

Bacterias: grupo de organismos microscópicos unicelulares con cromosoma

bacteriano único y con división binaria, intervienen en los procesos de estabilización

de la materia orgánica.

Biodegradación: transformación de la materia orgánica en compuestos menos

complejos por acción de microorganismos.

Clarificación: proceso de sedimentación para eliminar los sólidos sedimentables

del agua residual.

Cloro libre: es el cloro presente en forma de ácido hipocloroso (HOCI), ion

hipoclorito (OCI-) y cloro molecular disuelto.

Cloro residual: cloro presente en agua cuando ha sido adicionado durante el

proceso de cloración.

x


Coliformes: bacterias Gram negativas no espatuladas de forma alargada capaces

de fermentar lactosa.

Demanda bioquímica de oxígeno: cantidad de oxígeno que requieren los

microorganismos para la estabilización de la materia orgánica a condiciones de

tiempo y temperatura específicos (5 días a 20 oC).

Demanda química de oxígeno: medida de la cantidad de oxígeno requerido para

la oxidación química de la materia orgánica del agua residual usando como

oxidantes sales inorgánicas de permanganato o bicromato de potasio.

Desinfección: destrucción de microorganismos presentes en las aguas residuales

mediante el uso de un agente desinfectante.

Difusor: placa porosa, tubo u otro artefacto a través del cual se inyecta aire

comprimido u otros gases en burbujas a la masa líquida.

Digestión: descomposición biológica de la materia orgánica del lodo que produce

una mineralización, licuefacción y gasificación parcial.

Digestión aeróbica: descomposición biológica de la materia orgánica del lodo en

presencia de oxígeno.

Disposición final: disposición del efluente o del lodo de una planta de tratamiento.

Edad de lodo: parámetro de diseño y operación propio del proceso de lodo activado

que resulta de la relación de la masa de sólidos volátiles presentes en el tanque de

aireación dividido por la masa de sólidos volátiles removidos del sistema por día.

Efluente: líquido que sale de un proceso de tratamiento.

Evapora-transpiración: pérdida de humedad de una superficie por evaporación

directa junto con la pérdida de agua por transpiración de la vegetación.

Espesador: tratamiento para remover líquido de los lodos y reducir su volumen.

Grado de presión hídrica: indicador para evaluar la sostenibilidad de la extracción

de recursos hídricos en el largo plazo, se calcula dividiendo el volumen autorizado

de extracción de agua y el volumen de agua disponible.

xi


Índice volumétrico de lodo: volumen en mililitros ocupado por un gramo de

sólidos, en peso seco, de la mezcla lodo/agua tras una sedimentación de 30 minutos

en un cilindro graduado de 1,000 ml.

Influente: agua u otro líquido que ingresa a un reservorio, planta de tratamiento o

proceso de tratamiento.

Licor mezclado: mezcla de lodo activado y desecho líquido bajo aireación en el

proceso de lodos activados.

Lodo activado: lodo constituido principalmente de biomasa con alguna cantidad de

sólidos inorgánicos que recircula del fondo de los sedimentados secundarios al

tanque de aireación en el tratamiento de lodos activados.

Lodo activado de exceso: parte del lodo activado que se retira del proceso de

tratamiento de las aguas residuales para su disposición posterior.

Lodo digerido: lodo mineralizado a través de la digestión aeróbica o anaeróbica.

Muestreo: toma de muestras de volumen predeterminado y con la técnica de

preservación correspondiente para el tratamiento que se va a realizar.

Muestra simple: es la que se toma en el punto de descarga, de manera continua,

en día normal de operación que refleje cuantitativa y cualitativamente el o los

procesos más representativos de las actividades que generan la descarga, durante

el tiempo necesario para completar cuando menos un volumen suficiente para que

se lleven a cabo los análisis necesarios para conocer su composición, aforando el

caudal descargado en el sitio y en el momento de muestreo.

Oxígeno disuelto: concentración de oxígeno solubilizado en un líquido.

Parámetro: variable que se utiliza como referencia para determinar la calidad del

agua.

pH: logaritmo de signo negativo de la concentración de iones hidrógeno.

xii


Planta de tratamiento de aguas residuales: infraestructura diseñada para recibir

aguas residuales y que remueve materiales que degradan la calidad del agua o

pongan en riesgo la salud pública cuando descarguen a cuerpos o cauces

receptores, infraestructura y procesos que permiten la depuración de aguas

residuales.

Proceso de lodos activados: tratamiento de aguas residuales en el cual se somete

a aireación una mezcla (licor mezclado) de lodo activado y agua residual. El licor

mezclado es sometido a sedimentación para su posterior recirculación o disposición

del lodo activado.

Reuso de aguas residuales: utilización de agua residual debidamente tratada para

un propósito específico.

Sedimentación secundaria: proceso de separación de la biomasa en suspensión

producida en el tratamiento biológico.

Tratamiento biológico: procesos de tratamiento que intensifica la acción de los

microorganismos para estabilizar la materia orgánica presente.

Tratamiento de aguas residuales: purificación o remoción de sustancias

objetables de las aguas residuales.

Tratamiento de lodos: procesos de estabilización, acondicionamiento y

deshidratación de lodos.

xiii


LISTA DE SIGLAS UTILIZADAS

A: ausente -en referencia a un contaminante-.

AC: antes de Cristo.

CAEM: Comisión de Aguas del Estado de México.

CONAGUA: Comisión Nacional del Agua.

CONAPO: Consejo Nacional de Población.

DBO5: demanda bioquímica de oxígeno a 5 días.

DL: dentro de límite.

DOF: Diario Oficial de la Federación.

DQO: demanda química de oxígeno.

FL: fuera de límite.

F/M: relación alimento-microorganismos, la “f” se deriva de la palabra food.

hm3: hectómetro cubico, equivale a 1, 000,000 de m3.

HP: caballos de potencia.

INEGI: Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática.

IVL: índice volumétrico de lodos.

Km3: kilometro cubico de agua, equivale a 1,000 hm3.

l: litros.

LAN: Ley de Agua Nacionales.

LMP: límite máximo permisible.

lps: litros por segundo.

MGD: millones de galones por día.

NE: no establecido en norma.

ND: no determinado.

NMP: número más probable.

NOM: Norma Oficial Mexicana.

OD: oxígeno disuelto.

P: presente -en referencia a un contaminante-.

pH: potencial hidrogeno.

xiv


PM: promedio mensual.

ppm: partes por millón.

PTAR: planta de tratamiento de aguas residuales.

Qe: flujo de efluente.

Qr: flujo de lodos en recirculación.

Qo: flujo de entrada de agua cruda.

Qw: flujo de lodos de desecho.

SEMARNAT: Secretaria del Medio Ambiente y Recurso Naturales.

So: concentración de materia orgánica en el influente.

SST: sólidos suspendidos totales.

SSV: sólidos suspendidos volátiles.

SSVLM: sólidos suspendido suspendidos volátiles en el licor mezclado.

SSLM: sólidos suspendidos en el licor mezclado.

TMRC: tiempo medio de retención celular.

TRH: tiempo de retención hidráulica.

TRS: tiempo de retención de sólidos.

V: volumen del reactor.

VRS: valor recomendado para el sistema.

X: concentración de sólidos totales en el licor mezclado.

Xe: concentración de materia orgánica del efluente.

Xr: concentración de materia orgánica en lodo recirculado.

Xs: concentración de sólidos suspendidos en el licor mezclado.

Xv: concentración de sólidos suspendidos volátiles.

Ω: Ohms, unidad de la resistencia eléctrica en el sistema internacional.

xv


ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Cobertura en % de la población rural y urbana en México con servicios

de agua potable y alcantarillado, periodo de los años 1990 a 2010 ........................ 4

Tabla 2. Grado de presión en % sobre el recurso hídrico por regiones hidrológico-administrativas, año 2012 ....................................................................................... 5 Tabla 3. Descargas municipales de aguas residuales en México, en hm3/año y m3/s, año 2012 ........................................................................................................ 8

Tabla 4. Estadísticas de PTAR´s municipales en México: número de PTAR´s en operación, capacidad instalada y utilizada en l/s y % de aguas residuales tratadas, años 2011 y 2012. ................................................................................... 8

Tabla 5. Número de PTAR’s en operación por región hidrológico-administrativas, incluyendo capacidad instalada y caudal tratado en m3/s, año 2012 ...................... 9

Tabla 6. Propósitos de los diferentes tipos de tratamiento en PTAR´s ................... 9

Tabla 7. Límites máximos permisibles en mg/l de contaminantes en aguas residuales tratadas para reuso en riego ................................................................ 12

Tabla 8. Grado de estudios del personal de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl ...................................................................................................... 17

Tabla 9. Composición típica de las aguas residuales urbanas en mg/l -a menos que se señale lo contrario- .................................................................................... 24

Tabla 10. Principales flujos en la PTAR en mg/l y su nomenclatura ..................... 32

Tabla 11. Rendimientos en % de remoción de los diferentes tipos de tratamiento en PTAR´s ............................................................................................................. 33

Tabla 12. % de eficiencia como remoción de contaminantes en el proceso de lodos activados ...................................................................................................... 33

Tabla 13. Ventajas y desventajas en el proceso de lodos activados .................... 34

Tabla 14. Listado de los equipos principales en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl ...................................................................................................... 38

Tabla 15. Normas Oficiales Mexicanas de referencia para determinaciones físico-químicas en aguas residuales ............................................................................... 43

Tabla 16. Ejemplos representativos de los 3 tipos diferentes de sedimentación, en ml/l, reactor de lodos activados ...................................................................... 47

Tabla 17. Valores recomendados de parámetros de operación en el sistema de lodos activados, en las unidades indicadas .......................................................... 48

xvi


Tabla 18. Resultados en las unidades indicadas de análisis en influente y efluente ................................................................................................................. 53

Tabla 19. DBO5 en mg/l de influente y efluente, primera caracterización ............. 58

Tabla 20. DQO en mg/l de influente y efluente, primera caracterización .............. 58

Tabla 21. Concentración de fósforo en mg/l en influente y efluente, primera caracterización ...................................................................................................... 59

Tabla 22. Sólidos suspendidos totales en mg/l en influente y efluente, primera caracterización ...................................................................................................... 60

Tabla 23. Cloro residual libre en mg/l en efluente, primera caracterización .......... 60

Tabla 24. pH en reactores y lodo recirculado, primera caracterización ................ 61

Tabla 25. Concentración de oxígeno disuelto en mg/l en reactores, primera caracterización ...................................................................................................... 62

Tabla 26. Conductividad eléctrica en μS/cm, lodos de recirculación y reactores, primera caracterización ......................................................................................... 64

Tabla 27. Temperatura en oC en lodos recirculados y reactores, primera caracterización ...................................................................................................... 65

Tabla 28. Concentración de nitrógeno en mg/l en influente y efluente, primera caracterización ...................................................................................................... 66

Tabla 29. Sedimentación en reactor 1 en ml/l, primera caracterización ................ 66







Tabla 36. % de remoción de contaminantes en el agua residual tratada en la PTAR, primera caracterización .............................................................................. 74

Tabla 37. Relación F/M en dia-1, primera caracterización ..................................... 75

Tabla 38. Tiempo de residencia hidráulico en días, primera caracterización ........ 75

Tabla 39. Tiempo de retención de sólidos en días, primera caracterización ........ 75

xvii


Tabla 40. Sólidos sedimentables en ml/l en influente y efluente, primera caracterización ...................................................................................................... 76

Tabla 41. Propuestas de mejora y sus resultados en su implementación ............ 77

Tabla 42. % de remoción de contaminantes en influente y efluente, segunda caracterización ...................................................................................................... 78

Tabla 43. Valores de parámetros en reactores, unidades indicadas, segunda caracterización ...................................................................................................... 78

Tabla 44. Parámetros y condiciones de operación en las unidades indicadas, segunda caracterización ....................................................................................... 79

Tabla 45. Comparación de parámetros de las dos caracterizaciones en las unidades indicadas ................................................................................................ 79

Tabla 46. Relación de manuales de espectrofotómetros para las determinaciones de iones específicos ................................................................... 84

Tabla 47. Guía para el control de espuma en los reactores ............................... 102

Tabla 48. Guía para la solución de fallas en la PTAR ........................................ 103

Tabla 49. Guía de identificación de problemas en los sopladores ...................... 109

Tabla 50. Guía de solución de problemas en las bombas .................................. 111

Tabla 51. Esquema de mantenimiento anual en la PTAR. Parte 1 ..................... 112



Tabla 52. Número más probable (NMP) para determinación de coliformes ....... 129

Tabla 53. Lista de herramientas indispensables en una PTAR .......................... 130

Tabla 54. Equipos principales en una PTAR, incluyendo sus características y funciones principales ........................................................................................ 137

Tabla 55. Datos técnicos de los principales equipos en la PTAR. Parte 1 .......... 138



xviii


ÍNDICE DE FIGURAS Y FOTOGRAFÍAS

Figura 1. Distribución de agua en el mundo, datos en 1012 hm3............................. 1

Figura 2. Círculo de agua renovable en México, valores en hm3 ........................... 2 Figura 3. Proyección de población mundial, en millones de habitantes, por nivel de desarrollo de países en zonas rurales y urbanas ............................................... 2 Figura 4. % de uso de agua por sectores en México, año 2013 ............................. 3 Figura 5. Valores de % de presión en recursos hídricos a nivel mundial ............... 4

Figura 6. Principales instituciones, entidades y dependencias que se coordinan con la CONAGUA ................................................................................................... 6

Figura 7. % de uso, por flujo tratado, de los diferentes procesos utilizados en el tratamiento de aguas residuales municipales en México, datos 2012 ................... 10

Figura 8. Ubicación geográfica del Municipio de Nezahualcóyotl, Estado de México ................................................................................................................... 10

Figura 9. Croquis de ubicación de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl ..... 11

Figura 10. Diagrama de flujo del tren de aguas en la PTAR ................................ 13

Figura 11. Diagrama de flujo del tren de lodos en la PTAR .................................. 14

Fotografía 1. Residencia con baño en Mohenjo-Daro, Pakistán .......................... 21

Fotografía 2. Acueducto romano .......................................................................... 21

Figura 12. Esquema de una planta de tratamiento de aguas residuales típica .... 25

Figura 13. Línea de agua y fangos en una PTAR ................................................. 25

Figura 14. Tratamientos de aguas residuales urbanas ........................................ 26

Figura 15. Tratamiento en la línea de lodos en PTAR´s ....................................... 27

Figura 16. Balance de la materia orgánica en procesos aeróbicos y anaeróbicos en PTAR´s ........................................................................................ 28

Figura 17. Esquema típico general de una PTAR de lodos activados con recirculación .......................................................................................................... 30

Figura 18. Vista aérea de las 158 hectáreas donde se construye la PTAR Atotonilco, Hidalgo. ............................................................................................... 31

Figura 19. Diagrama de flujo simplificado del proceso de lodos activados en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl, incluyéndose flujos y concentraciones principales ............................................................................................................. 32

xix


Figura 20. Croquis de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl......................... 38

Figura 21. Grafica representativa de sedimentabilidad en ml/l, licor mezclado en el proceso de lodos activados ............................................................................... 47

Figura 22. Gráfica DBO5 en mg/l en influente y efluente, primera caracterización ..................................................................................................... 58

Figura 23. Gráfica DQO en mg/l en influente y efluente, primera caracterización 58

Figura 24. Grafica de concentración de fósforo en mg/l en influente y efluente, primera caracterización ........................................................................................ 59

Figura 25. Gráfica de valores de sólidos suspendidos totales en mg/l en influente y efluente, primera caracterización ....................................................................... 60

Figura 26. Gráfica de concentración de cloro residual libre en mg/l en el efluente, primera caracterización ........................................................................................ 60

Figura 27. Gráfica de pH en reactores y lodo recirculado, primera caracterización ..................................................................................................... 61

Figura 28. Grafica de concentración de oxígeno disuelto en mg/l en reactores y lodo recirculado, primera caracterización .......................................................... 62

Figura 29. Grafica de conductividad eléctrica en μS/cm en reactores y lodo recirculado, primera caracterización ..................................................................... 64

Figura 30. Gráfica de temperatura en oC en reactores y lodo recirculado, primera caracterización ..................................................................................................... 65

Figura 31. Concentración de nitrógeno en mg/l en influente y efluente, primera caracterización ..................................................................................................... 66

Figura 32. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 1, primera caracterización .. 67







Fotografía 3. Lodo activado visto al microscopio ................................................. 97

Figura 39. Relación entre las características microscópicas del lodo activado y los parámetros F/M y TRS .................................................................................. 98

xx


RESUMEN El desarrollo de una estrategia, desde el punto de vista de proceso, involucra definir

el mejor método para satisfacer un requerimiento de producción. En el caso de una

planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) el producto obtenido es agua

residual tratada y el requerimiento de producción involucra el cumplimiento de la

normatividad vigente (principalmente la NOM-003-SEMARNAT-1997 que establece

los límites máximos permisibles de contaminantes para aguas residuales tratadas

que se reúsen en servicios al público) teniendo en cuenta las limitaciones de

gestión, costos y de equipos disponibles. A través de la presente investigación se

desarrolla una estrategia que busca el mejoramiento de las condiciones de

operación en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl. Se realizó una evaluación

de sus condiciones de operación a través de análisis físico-químicos de los flujos,

obteniéndose un historial de análisis periódicos realizándose un comparativo con

las condiciones de diseño y verificando su eficiencia. Se evaluó el funcionamiento

de los equipos y se realizaron propuestas de mejora, incluyéndose condiciones de

operación. Adicionalmente, se abordó el factor humano del proceso elaborando un

esquema de mantenimiento y un manual básico de operación con la intensión de

mejorar la capacidad del personal. El resultado final es el planteamiento de una

estrategia de optimización en la operación de la PTAR.

xxi


ABSTRACT The development of a strategy, from the point of view of process involves defining

the best method to satisfy a requirement of production. In the case of a plant

wastewater treatment plant (WWTP) the product obtained is treated wastewater and

the requirement of production involves compliance with current regulations (mainly

NOM-003-SEMARNAT-1997, which establishes the maximum limits allowable

pollutant for treated wastewater that is reused in services to the public) taking into

account the limitations of management, costs and available equipment. Through

this research a strategy to improve operating conditions in the municipality of

Nezahualcóyotl WWTP is developed. An assessment of operating conditions was

performed by physicochemical analysis of flows, obtaining a history of performing

comparative analysis newspapers with the design conditions and verifying their

efficiency. The operation of the equipment was assessed and proposals for

improvement were made, including operating conditions. Additionally, the human

factor in the process developing a maintenance schedule and a basic manual

operation with the intention of improving staff capacity was discussed. The result is

the proposal of a strategy of optimizing the operation of the WWTP.

xxii


1. - INTRODUCCIÓN

1.1.- La importancia del agua, situación mundial y en México El agua no es otra cosa que dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, así de

simple pero a la vez así de complicado. Se trata de uno de los elementos más

esenciales para la salud, tanto del planeta como de los animales que lo habitan, y

que resulta fundamental en la supervivencia del ser humano. El agua forma parte

del 70% del peso del cuerpo humano y una persona que no beba agua puede morir

en pocos días. La sociedad consume agua en sus actividades diarias, generándose

diferentes tipos de consumo: agrícola, industrial y doméstico; de ahí la importancia

de su conservación.

A primera vista podría pensarse que el

agua es la única cosa que sobra en este

planeta pues ¾ partes de la superficie

son de agua, pero hay que resaltar que

mayormente es agua salada. La

disponibilidad de agua promedio anual

en el mundo es de aproximadamente

1,386 billones de hm3, de los cuales el

97.5% es agua salada y solo el 2.5% -

unos 35 billones de hm3- es agua dulce.

De esta agua dulce casi el 70% no está

disponible para el consumo humano

porque se encuentra en glaciares, hielo

y nieve (figura 1). Del agua

técnicamente disponible para consumo

humano solo una pequeña porción se

encuentra en lagos, ríos, humedales y

depósitos subterráneos poco profundos (CONAGUA, 2013a, p.24). Adicionalmente,

mucha de esta agua teóricamente utilizable se encuentra lejos de las zonas

pobladas, lo que dificulta su utilización. Ejemplo de esta situación es el

abastecimiento de agua potable en la zona de la Ciudad de México, consumiendo

1


un caudal de 32 m3/s, de los cuales el 67% se obtiene de fuentes subterráneas, 30%

proviene del sistema Cutzamala, que transporta agua originada de los Estados de

México y Michoacán -a 124 Km de la Ciudad- y el 3% restante se obtiene de

manantiales locales (Transparencia D.F., 2014).

Anualmente México recibe

1,489 hm3 de agua en forma

de precipitaciones. De esta

agua se estima que el 71.6%

se evapotranspira y regresa a

la atmósfera, el 22.2% escurre

por los ríos o arroyos, y el

6.2% restante se infiltra al

subsuelo de forma natural y

recarga los acuíferos. El país

cuenta anualmente con 471.5

hm3 de agua dulce renovable -que es de hecho la cantidad máxima de agua que es

factible explotar anualmente- (CONAGUA, 2013a, p.24). La figura 2 muestra los

componentes y valores que conforman este círculo de agua renovable en México.

A nivel mundial el

comportamiento del

crecimiento de la población

rural y urbana presentan

variaciones características:

los niveles de población rural

disminuyen y los de población

urbana aumentan; sin

embargo, estas tendencias son mucho más pronunciadas en los países en

desarrollo que en los países desarrollados. De acuerdo con proyecciones estimadas

al año 2050 se espera que estas tendencias se mantengan e incluso aumenten

(figura 3).

2


Este incremento en los niveles

de población urbana generará

una mayor demanda en el

consumo del agua y un

incremento en los valores de

presión de los recursos

hídricos. En México la

concentración y el crecimiento

acelerado de la población en

localidades urbanas ha

implicado fuertes presiones

sobre el medio ambiente. Se

estima, de acuerdo con datos de la CONAGUA, que en México en las doce zonas

metropolitanas con una población mayor a un millón de habitantes se concentra el

37.7% de la población -esto es 44.1 millones de habitantes- (CONAGUA, 2013a,

p.14). En el último siglo la población mundial se multiplico 3 veces, en tanto que las

extracciones de agua crecieron 6 veces; lo anterior se ha traducido en el incremento

de presión sobre los recursos hídricos del mundo, ocupando México el lugar número

8 en países con mayor extracción total de agua con 80.6 Km3/año (CONAGUA,

2013a, p. 54). Esta agua extraída se utiliza de diferentes formas: un 76.6% para uso

agrícola, un 8.9% para uso industrial y un 14.5% para abastecimiento público (figura

4).

México se encuentra en el lugar 58 de los 155 países evaluados respecto al mayor

grado de presión sobre los recursos hídricos (figura 5). El grado de presión sobre

recursos hídricos es un indicador que sirve para evaluar la sostenibilidad de la

extracción de este recurso en el largo plazo y se calcula dividiendo el volumen

concesionado de extracción de agua -lo que se extrae- entre el volumen de agua

disponible. Partiendo de esta definición un valor de uno -o 100%- en este indicador

3


reflejaría que se está

extrayendo exactamente el

valor de agua disponible, por

lo que entre mayor sea este

índice mayor el agua extraída,

generándose una mayor

presión sobre los recursos

hídricos. En México el valor

actual de este indicador es de

17.5%, pero las proyecciones

son que se alcancen valores

cada vez mayores

(CONAGUA, 2008, p.14).

En el tema de cobertura de los servicios de agua potable y alcantarillado en México

se ha pasado de niveles de 89% y 79% respectivamente en el año 1990, a niveles

superiores del 95% en el año 2010 (tabla 1), confirmándose el aumento en la

infraestructura de estos servicios.

Tabla 1. Cobertura en % de la población rural y urbana en México con servicios de agua potable y

alcantarillado, periodo de los años 1990 a 2010

POBLACIÓN CENSO 1990 (%)

CONTEO 1995 (%)

CENSO 2000 (%)

CONTEO 2005 (%)

CENSO 2010 (%)

12-mar-90 05-nov-95 14-mar-00 17-oct-05 25-jun-10

Agua potable

Urbana 89.36 92.94 94.6 95.03 95.59 Rural 51.22 61.39 67.95 70.61 75.69 Total 78.39 84.58 87.8 89.2 90.94

Alcantarillado

Urbana 79.01 87.79 89.62 94.47 96.28 Rural 18.09 29.71 36.71 57.48 67.74 Total 61.48 72.4 76.18 85.62 89.61

Fuente: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf. p. 79.

4

http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf


1.2.- Las regiones hidrológico-administrativas en México, situación actual y futura Para propósitos administrativos las aguas nacionales en las cuencas del país se

encuentran organizadas en 37 regiones hidrológicas, que a su vez se agrupan en

13 regiones hidrológico-administrativas. En algunas regiones, como las de la

Península del Norte, Lerma-Santiago-Pacifico y Aguas del Valle de México, el valor

de agua renovable per cápita es preocupantemente bajo (tabla 2).

Tabla 2. Grado de presión en % sobre el recurso hídrico por regiones hidrológico-administrativas, año

2012.

No Región hidrológico-administrativa

Volumen total de agua concesionado (hm)

Agua renovable 2011-2018 (hm/año)

Grado de

presión (%)

Clasificación del grado de

presión

I Península de Baja California 3,895 4,999 77.9 Alto II Noroeste 6,989 8,325 83.9 Alto III Pacifico Norte 10,460 25,939 40.3 Alto IV Balsas 10,652 22,899 46.3 Alto V Pacifico Sur 1,508 32,351 4.7 Sin estrés VI Río Bravo 9,397 12,757 73.7 Alto VII Cuencas Centrales del Norte 3,734 8,065 46.3 Alto

VIII Lerma-Santiago-Pacifico 15,047 35,754 42.1 Alto

IX Golfo Norte 5,630 28,115 20 Bajo X Golfo Centro 5,076 95,124 5.3 Sin estrés XI Frontera Sur 2,273 163,845 1.4 Sin estrés XII Península de Yucatán 3,353 29,856 11.2 Bajo XIII Aguas del Valle de México 4,720 3,469 136.1 Muy alto

Total nacional 82,734 471,498 17.5 Bajo

Fuente: www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf p. 59.

En el siglo XXI se buscará el desarrollo de una sustentabilidad hídrica, por lo que

se incrementará significativamente el tratamiento de aguas residuales,

impulsándose su reúso (CONAGUA, 2013a, p. 151). Un aspecto importante a

considerar en los escenarios futuros es el incremento de la población y su

concentración en zonas urbanas. Se espera que en el año 2030 la población se

incremente en 20 millones de personas y que el 75% de la población total se asiente

en localidades urbanas. Algunas de las regiones hidrológico-administrativas para

las que se espera mayor crecimiento poblacional son al mismo tiempo aquellas en

5



donde ya existe un grado de presión mayor, como es el caso de la región XIII, región

a la que pertenece el Estado de México (CONAGUA, 2013a, p. 129).

1.3.-Diferentes usos del agua en el Estado de México. De acuerdo con datos oficiales en el Estado de México se tiene un volumen

concesionado de agua de 2,658.6 hm3, de los cuales el 43% es para uso agrícola,

el 50.4% es para uso público y el 6.6% es para uso industrial (CONAGUA, 2013a,

p.51). De acuerdo con estos datos el mayor % es en las áreas de uso público y uso

agrícola, por lo que si se piensa en una explotación sostenible se tiene que pasar

necesariamente por el uso de plantas de tratamiento de aguas residuales y

alternativas para el reúso de las aguas residuales tratadas.

1.4.- Marco legal de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR´s) y legislación relativa a la gestión de aguas residuales en México La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), Organismo administrativo, normativo,

técnico, consultivo y descentralizado de la Secretaria de Medio Ambiente y

Recursos Naturales (SEMARNAT), tiene como misión administrar y preservar las

aguas nacionales y sus bienes inherentes con la corresponsabilidad de los tres

órdenes de gobierno y la sociedad en general (CONAGUA, 2013a, p. 94). La

CONAGUA trabaja en conjunto con diversas instancias en el ámbito federal, estatal,

usuarios, empresas, instituciones del sector privado y social, así como

organizaciones internacionales (figura 6).

Figura 6. Principales instituciones, entidades y dependencias que se coordina con la CONAGUA. Fuente: http://www.conagua.gob.mc/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.PDF p. 95.

6

http://www.conagua.gob.mc/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.PDF


La justificación legal para que el Municipio de Nezahualcóyotl pueda operar una

PTAR jurídicamente está definida en el Artículo 115 párrafo III de la Constitución

Política de los Estados Unidos Mexicanos, que a la letra dice: “…Los Municipios

tendrán a su cargo las funciones y servicios públicos siguientes: a) Agua potable,

drenaje, alcantarillado y disposición de sus aguas residuales…” (DOF, 2014, p.

105), de lo que desprende que es responsabilidad de los municipios prestar esos

servicios, sujetos a la observancia de leyes tanto federales como estatales

(CONAGUA, 2013a, p. 95).

La Ley de Aguas Nacionales (LAN) establece que la explotación, uso y

aprovechamiento de las aguas nacionales se realizará mediante títulos de

concesión o asignación otorgados por el Ejecutivo Federal a través de la

CONAGUA. De manera similar, para las descargas de aguas residuales es

necesario contar con un permiso de descarga expedido por la CONAGUA

(CONAGUA, 2013a, p. 96). A nivel estatal, la Ley de Aguas para el Estado de

México le atribuye a la CAEM (Comisión de Aguas del Estado de México) la función

de prestar asistencia a los municipios para el tratamiento de aguas residuales y su

reúso mediante la firma de contratos o convenios (CAEM, 2014).

La CONAGUA ha expedido Normas que establecen las disposiciones,

especificaciones y métodos de prueba que permiten garantizar que los productos y

servicios ofertados por los organismos operadores de agua potable, alcantarillado y

saneamiento, cumplan con el objetivo de aprovechar y preservar el agua en

cantidad y calidad. Dentro de estas normas que involucran la operación y

funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales -PTAR´s- se

incluyen: NOM -003-SEMARNAT-1997, que establece los límites máximos

permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reúsen en

servicios al público (DOF, 1998); NOM-001-SEMARNAT-1996, que establece los

límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas

residuales en aguas y bienes nacionales (DOF; 1997)y la NOM-004-SEMARNAT-2002, de protección ambiental -lodos y biosólidos- con especificaciones y límites

7


máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final

(DOF,2003).

1.5.-Tratamiento de aguas residuales en México y las Plantas de tratamiento Resulta de vital importancia hacer compatibles las actividades humanas con el

cuidado al medio ambiente; sin embargo, a medida que los núcleos de las

poblaciones aumentan se incrementan los problemas ambientales. A nivel municipal

uno de estos problemas es precisamente la contaminación del agua, contaminación

originada por el uso doméstico e industrial. La operación de PTAR´s forma parte

importante en el desarrollo de este cuidado ambiental pero para que estos sistemas

funcionen se requiere de su correcta operación y de un mantenimiento eficiente. De

acuerdo con datos oficiales (CONAGUA, 2013a, p. 86) de las aguas residuales

generadas en centros urbanos anualmente en el país solo reciben tratamiento 99.8

m3/s de los 229.7 m3/s generados, esto es apenas el 43%- (tabla 3). Tabla 3. Descargas municipales de aguas residuales en México, en hm3/año y m3/s, año 2012.

CENTROS URBANOS Descargas municipales miles hm3/ año m3 /s Aguas residuales 7.24 229.7 Se recolectan en alcantarillado 6.63 210.2 Se tratan 3.15 99.8

Tabla 3. Descargas municipales de aguas residuales en México, en hm3/año y m3/s, año 2012 Fuente: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf p.86.

En la tabla 4 se registran las estadísticas del número de PTAR´s municipales a nivel

nacional en los años 2011 y 2012, observándose un incremento en su número,

pasando de 2,289 a 2,342, aumentándose en consecuencia la capacidad de

tratamiento (SEMARNAT, 2012, p. 75).

Tabla 4. Estadísticas de PTAR´s municipales en México: número de PTAR´s en operación, capacidad instalada y utilizada en l/s y % de aguas residuales tratadas, años 2011y 2012.

Estadística Número de PTAR´s registradas en operación

Capacidad instalada (l/s)

Capacidad utilizada (l/s)

% de aguas residuales tratadas (1)

Año 2011 2,289 137,082.13 97,640.22 46.5 Año 2012 2,342 140,142.08 99,750.23 47.5

(1) Porcentaje en relación con las aguas residuales recolectadas en alcantarillado del país.

Fuente: SEMARNAT, 2012, p. 75.

8



Tabla 5. Número de PTAR´s en operación por regiones hidrológico-administrativas, incluyendo capacidad instalada y caudal tratado en m3/s, año 2012.

No Región hidrológico-administrativa

Número de plantas en operación

Capacidad instalada

(m3 /s)

Caudal tratado (m3/s)

I Península de Baja California 62 9.2 6.4 II Noroeste 101 5.2 3.3 III Pacifico Norte 342 10.1 7.8 IV Balsas 207 9.8 7.3 V Pacifico Sur 87 4.6 3.5 VI Río Bravo 227 33.4 22.1 VII Cuencas Centrales del Norte 138 6.1 4.8

VIII Lerma-Santiago-Pacifico 588 29.7 23

IX Golfo Norte 117 5.7 4.3 X Golfo Centro 145 7.3 5.6 XI Frontera Sur 119 3.7 2.6 XII Península de Yucatán 89 3.1 2 XIII Aguas del Valle de México 120 12.2 7.1

Total nacional 2342 140.1 99.8

Fuente: http://www.conagua.mx.CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf p. 87.

De acuerdo con datos del año 2012 las PTAR´s municipales se encuentran

distribuidas en las 13 regiones hidrológico-administrativas, tal y como como se

registra en la tabla 5. En la región XIII, Aguas del Valle de México, existen 120

PTAR´s en operación con una capacidad instalada de 12.2 m3/s y con un caudal

tratado de 7.0 m3/s; una de esas PTAR´s es la PTAR que tiene a su cargo el

Municipio de Nezahualcóyotl (CONAGUA, 2013a, p.87). A fin de cumplir el objetivo

de remoción de contaminantes las PTAR´s desarrollan diversos tipos de

tratamientos, cada uno de ellos con un propósito definido. En la tabla 6 se incluye

un resumen de estos tratamientos y sus propósitos.

Tabla 6. Propósitos de los diferentes tipos de tratamiento en PTAR´s.

Fuente: Elaboración propia.

De las PTAR´s en operación a nivel nacional el 55% del caudal se trata en

instalaciones de lodos activados, estableciéndose este proceso como el más usado

en México -esto debido a que este tipo de tratamiento resulta ser adecuado para el

TIPO DE TRATAMIENTO PROPOSITO

Primario. Ajustar pH, remover material orgánico e inorgánico en suspensión. Secundario. Remover material orgánico coloidal y disuelto. Terciario. Remover materiales disueltos, gases, sustancias orgánicas naturales y sintéticas, iones, bacterias y virus.

9

http://www.conagua.mx.conagua07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf


tratamiento de descargas de origen municipal-. En la figura 7 se incluye la

distribución porcentual, por flujo tratado, de las diferentes opciones de tratamiento

en México a datos del año 2013.

Figura 7.% de uso, por flujo tratado, de los diferentes procesos utilizados en el tratamiento de aguas residuales municipales en Mexico, datos 2013. Fuente: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf

p.88.

1.6.- La PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl, normatividad a cumplir. El Municipio de Nezahualcóyotl

(figura 8) se encuentra ubicado

en la zona oriente del Estado de

México, con una extensión

territorial de 63.44 Km2 (Gobierno

del Estado de México, 2014).

El Municipio de Nezahualcóyotl

tiene a su cargo la operación de

la planta de tratamiento de aguas

residuales Ing. Jorge Ayanegui

Suárez; ubicada en Avenida

Bordo de Xochiaca, esquina Calle

7, Colonia Estado de México (figura 9). Resulta de vital importancia el

aprovechamiento eficiente de la PTAR, haciendo un uso adecuado de su

10



infraestructura; sin embargo, el

logro de esta meta no solo

depende del uso y condiciones

de los equipos sino que además

influyen las condiciones de

operación.

El influente que procesa la

PTAR se obtiene directamente

del Canal de aguas negras Rio

Churubusco, el cual transporta

aguas residuales de origen

urbano provenientes del D.F. El reúso que se le da al efluente de la PTAR es para

el riego de áreas verdes del mismo Municipio, usándose para ello una red de

tuberías de más de 30 km. Para que el efluente obtenido pueda tener el reúso

propuesto se debe cumplir con los límites máximos permisibles de contaminantes,

establecidos en las normas ambientales vigentes, mencionadas ya en la sección 1.4

:NOM-001-SEMARNAT-1996, NOM-003-SEMARNAT-1997 y la NOM-004-

SEMARNAT-2002. Los valores de los límites máximos permisibles para el reuso

propuesto están registrados en la tabla 7.

La PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl tiene el siguiente tren de tratamiento:

•Proceso primario: filtración inicial de las aguas crudas -influente- en rejillas para

eliminar el material flotante y material grueso (que flote o que se encuentre

suspendido en el agua); material que pudiera afectar el desarrollo del proceso de

depuración y a los equipos de la PTAR, sobre todo a las bombas.

•Proceso secundario: proceso de depuración biológica a través de 7 reactores de

forma rectangular usando el proceso de lodos activados.

11


Tabla 7. Límites máximos permisibles en mg/l en parámetros de contaminación en aguas residuales tratadas para reuso en riego.

LMP: Límite máximo permisible PM: Promedio mensual SST: Sólidos suspendidos totales NMP: Número más probable

DBO5: Demanda bioquímica de oxígeno *: Referencia: NOM-003-SEMARNAT-1997 (DOF, 1997). **: Referencia: NOM-001-SEMARNAT-1996 (DOF, 1998).


•Sedimentación secundaria: los sólidos más pesados que el agua precipitan,

produciéndose su separación del líquido. En la PTAR se usa un sedimentador de

forma circular.

•Filtración del efluente: se usan filtros de arena y filtros de disco para separar las

partículas en suspensión del agua residual tratada.

• Desinfección: se usa solución de hipoclorito de sodio al 13%, dosificándose al

efluente, buscándose eliminar -o al menos disminuir- la cantidad de

microorganismos presentes.

•Tratamiento de los lodos excedentes del proceso: los lodos son sometidos a un

proceso de digestión aeróbico -reduciendo la presencia de patógenos, eliminando

olores desagradables y reduciendo su potencial de putrefacción-. Se usan 2 tanques

rectangulares y la aireación se realiza por aspas mecánicas. Posteriormente los

lodos pasan a un espesador circular, en donde por gravedad se elimina humedad.

Finalmente, se deshidratan mecánicamente en un filtro prensa. El destino final de

los lodos obtenidos en este tratamiento es su recolección y traslado al relleno

sanitario del mismo Municipio. En las figuras 10 y 11 se muestran los diagramas de

flujo de los trenes de tratamiento de agua y de lodos respectivamente.

PARÁMETRO LMP (PM) PARÁMETRO LMP (PM) Fósforo total (mg/l) 20 ** Arsénico (mg/l) 0.2 **

Grasas y Aceites (mg/l) 15 * Cadmio (mg/l) 0.2 ** DBO5 (mg/l) 30 * Cianuro (mg/l) 2.0 ** SST (mg/l) 30 * Cobre (mg/l) 4.0 **

Temperatura (0C) y pH 40oC y 5 a 10 ** Cromo (mg/l) 1.0 ** Materia flotante Ausente ** Mercurio (mg/l) 0.01 **

Sólidos sedimentables (ml/l)

1 ** Níquel (mg/l) 2 **

Nitrógeno total (mg/l) 40 ** Zinc (mg/l) 10** Plomo (mg/l) 0.5 ** Coliformes

NMP/100ml 1,000 *

12


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14


2.- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA El Municipio de Nezahualcóyotl tiene una población de 1, 110,565 habitantes

(INEGI, 2010, párr. 3), con una problemática ambiental generada por el consumo

de agua potable y la consecuente generación de aguas residuales. Las aguas

residuales que genera el Municipio son desalojadas por el Canal de la Compañía -

ubicado en la zona limítrofe del Municipio con el Municipio de Chimalhuacán-.

Resulta importante destacar que el agua que trata la PTAR no proviene de las

descargas generadas del Municipio sino que proviene de los flujos originados en el

DF en su zona oriente, específicamente del Canal Rio Churubusco.

Administrativa y operacionalmente la PTAR depende del Municipio de

Nezahualcóyotl, detectándose deficiencias internas que influyen directamente en la

operación de la planta, siendo precisamente estas deficiencias el origen de la

presente investigación. A nivel general dentro de estas deficiencias se pueden

incluir las siguientes:

•La última remodelación en la PTAR fue en el año 2009, de ahí a la fecha no se ha

dado algún tipo de mantenimiento preventivo.

•Falta de un programa de mantenimiento preventivo y correctivo, así como de las

fichas técnicas de los equipos y de los manuales de operación y de mantenimiento.

•Deficiencias en los equipos, incluyéndose:

-Descompostura de dos de las tres bombas sumergibles, marca Naboni, con

capacidad de 35 lps y potencia de 10 HP (se usan en el bombeo de agua cruda).

Debido a esto el flujo inicial de tratamiento en la PTAR era de solo 35 lps, cuando

el flujo de diseño es de 100 lps. El hecho de que no se depure la cantidad de agua

de diseño genera dos situaciones: primero, un sobre dimensionamiento en la PTAR

ya que la capacidad de los equipos -reactores, digestores y sedimentador- está

sobrada, elevando los costos de operación sin procesar el flujo de diseño; y

segundo, al depurarse un volumen inferior de agua residual al diseñado provoca

que no se cuente con la suficiente agua residual tratada para cubrir las necesidades

de riego en el Municipio.

15


-Descompostura de una de las dos bombas de recirculación de lodos y al ser

precisamente la recirculación de lodos un parámetro importante en el control del

proceso se afectan las condiciones de operación.

-Descompostura del sistema motriz del sedimentador secundario.

•Finalmente, existen deficiencias en la capacidad operativa del personal. De los 31

empleados de la PTAR -10 del área de laboratorio y 21 del área de operación- 21

de ellos tiene como nivel máximo de estudios secundaria -67%- (tabla 8) y del

personal operativo solo 2 de ellos alguna vez han tomado un curso relacionado a la

operación de plantas de tratamiento de aguas residuales. Es recomendable elevar

la capacidad operativa del personal, por lo que se propone la elaboración de un

manual dirigido a los operadores, incluyéndose conocimientos básicos de

problemática del agua, hidrometría, fundamentos de caracterización y tratamiento

de aguas (incluido en el anexo 3 de este trabajo). Se propone la redacción de un

manual básico de operación de las áreas de laboratorio y operativa, además de la

propuesta de un esquema de mantenimiento preventivo y correctivo (incluidos en la

secciones 10,11, y 12 de esta investigación).

Tabla 8. Grado de estudios del personal de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl.

Grado de estudios del personal de la PTAR Sin estudios Primaria Secundaria Bachillerato TSU Licenciatura

1 10 10 7 2 1


En lo que respecta al influente no existen problemas de flujo de alimentación y las

afectaciones por lluvias, aunque existen, son mínimas. Si bien es cierto que los

equipos de tratamiento están a cielo abierto en caso de lluvias se puede controlar

adecuadamente las condiciones del proceso. Con relación a la determinación de la

eficiencia del proceso esta se definió de dos formas: la primera en función al caudal

tratado y la segunda cómo % de remoción de contaminantes del efluente en

comparación con el influente.

2.1.- Estrategia de Investigación Haciendo uso de los equipos disponibles se realizaron análisis periódicos de las

condiciones del influente y efluente (análisis físico-químicos, evaluando parámetros

16


característicos -DBO5, DQO, iones específicos, sólidos suspendidos y

sedimentables-). En el apartado 7.1.2 se muestra un listado de los principales

equipos del laboratorio. Se puso especial atención a la calibración de los aparatos

del laboratorio así como a la recolección de las muestras a fin de que, los primeros

estuvieran debidamente calibrados y las segundas fueran representativas de los

flujos del proceso. Se tomaron muestras simples en los puntos de muestreo en

forma manual siguiéndose los lineamientos de la NOM-AA-003-1980 -que define los

lineamientos generales y recomendaciones para muestrear las descargas de aguas

residuales-. En el apartado 7.1.3 se muestra el listado de los puntos de muestreo.

Se utilizaron los análisis periódicos para que a través de su interpretación se

pudieran generar propuestas de mejora en las condiciones de operación y a través

de estas mejoras se aumentara la eficiencia en la PTAR. La evaluación de la

eficiencia de la PTAR se realizó de dos formas: determinando el porcentaje de

remoción de los contaminantes en el efluente -en comparación al influente- y a

través del flujo de agua residual tratada. Para las determinaciones de iones

específicos y DQO se usaron espectrofotómetros marca HANNA Instrument,

permitiendo lecturas rápidas. La determinación de DBO5 se realizó empleando un

respirómetro marca HACH Bodterk. Para realizar las pruebas de sedimentación se

utilizaron muestras de licor mezclado de los reactores, influente y efluente.

Adicionalmente, se elaboró un esquema de mantenimiento y un manual básico de

operación - incluyéndose un manual de capacitación para los operadores-

buscándose mejorar la eficiencia del personal.

17


3.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

3.1.- Objetivo general Desarrollar una estrategia para la optimización en la PTAR con la intención de

generar un efluente que cumpla los requisitos de calidad ambiental vigentes,

aprovechando la capacidad real de tratamiento empleando los recursos humanos y

materiales disponibles.

3.2.- Objetivos específicos 1.-Verificar en campo que las condiciones de diseño de la PTAR se estén o no

aplicando actualmente.

2.-Elaborar el diagnostico técnico y operativo de los principales equipos de la PTAR.

3.-Planear una estructura de eficientización de los equipos de la PTAR, incluyendo

condiciones de operación.

3.-Evaluar las condiciones de operación que se logren a partir de la implementación

de la propuesta de mejora.

4.-Elaborar un manual básico de operación para el personal de la PTAR, buscando

elevar su capacidad operativa.

5.-Desarrollar un esquema de mantenimiento -correctivo y preventivo- de los

equipos en la PTAR.

18


4.- JUSTIFICACIÓN

4.1.- Conciencia del problema hídrico, caso PTAR Nezahualcóyotl En la sociedad actual son muy pocas las personas que tienen plena conciencia del

uso del agua en sus actividades diarias y del destino que esta tiene. Se asume la

idea errónea de que el agua es un recurso “inagotable” y que el uso de la red

sanitaria elimina “mágicamente” el agua ya utilizada. Es innegable la importancia

que tiene el agua, pero no debe de olvidarse que sin un saneamiento adecuado las

condiciones de salud en las comunidades se verían afectadas. Esto es fácil de

confirmar con base en observaciones en hospitales de personas enfermas por la

mala calidad del agua, con patologías originadas por el consumo de agua con

características de no potabilidad y por el manejo inadecuado de aguas sanitarias

(Haro, Nubes & Calderón, 2012).

Con base en lo anterior resulta de vital importancia aprovechar al máximo la

operación de la PTAR que actualmente tiene a su cargo el Municipio de

Nezahualcóyotl. Esto se logrará trabajando de acuerdo con las condiciones de

diseño y con un funcionamiento óptimo de los equipos disponibles, sin olvidar el

factor humano que aportan los operadores, buscando elevar su capacidad

operativa. Desde el punto de vista académico y metodológico la importancia de esta

investigación radica en que, aunque la PTAR en estudio es relativamente pequeña,

los resultados obtenidos podrán relacionarse con PTAR´s de mayor tamaño a fin de

generar una pauta a seguir para mejorar los procesos de depuración.

19


5.- HIPÓTESIS Las modificaciones de las condiciones actuales en la operación de la PTAR, a

condiciones más cercanas a las de diseño, llevarán a un mejor resultado del

efluente, tanto a nivel de cantidad como de calidad.

El desarrollo e implementación de los manuales básicos en las áreas de laboratorio

y de operación, así como el esquema de mantenimiento, asegurará el óptimo

funcionamiento de la PTAR, aumentando la capacidad operativa del personal.

20


6.- MARCO CONCEPTUAL 6.1.-Marco histórico de las aguas residuales

Los seres humanos han almacenado y

distribuido el agua durante siglos, en la

época en que el hombre era cazador y

recolector el agua utilizada para beber era

agua del río y cuando se generaban

asentamientos humanos estos siempre se

ubicaban cerca de lagos o ríos. En Persia

la gente buscaba recursos subterráneos y

el agua pasaba por los agujeros de las

rocas a los pozos. Alrededor del año 3,000 AC en la ciudad de Mohenjo-Daro,

Pakistán, se utilizaban grandes instalaciones de suministro de agua existiendo

servicios de baños públicos con instalaciones de agua caliente (fotografía 1).

Los griegos fueron de los primeros en tener interés en la

calidad del agua y utilizaban embalses de aireación para

la purificación del agua (LENNTECH, 2014a). Los

romanos fueron los mayores arquitectos en

construcciones de redes de distribución de agua que

han existido a lo largo de la historia, un ejemplo de esto

son los acueductos -a través de los cuales el agua era

transportada a grandes distancias- (fotografía 2).

Desde el año 500 al 1,500 D.C. hubo poco desarrollo de los sistemas de tratamiento

de agua. El primer sistema de suministro de agua potable a una ciudad completa

fue construido en Paisley, Escocia, alrededor del año 1804 por John Gibb y tres

años después se comenzó a transportar agua filtrada a la Ciudad de Glasgow

(LENNTECH, 2014a). Se aceptó que la salud pública podía salir beneficiada si se

eliminaban los desechos humanos a través de los desagües para conseguir su

rápida desaparición. A comienzos del siglo XX algunas ciudades e industrias

empezaron a reconocer que el vertido directo de desechos en los ríos provocaba

21


problemas sanitarios, esto llevó a la construcción de instalaciones de depuración o

tratamiento; se introdujo la fosa séptica como mecanismo para el tratamiento de las

aguas residuales domésticas, tanto en las áreas suburbanas como en las rurales.

Durante la segunda década del siglo XX el proceso de lodos activados -desarrollado

en Gran Bretaña por Arden y Lockett en 1914- supuso una mejora significativa, por

lo que empezó a emplearse en muchas localidades de ese país y de todo el mundo

(CENTA, 2008, p.36).

6.2.- Las aguas residuales: origen, clasificación y caracterización Las fuentes de aguas residuales son aguas domésticas o urbanas, aguas residuales

industriales, aguas de usos agrícolas y aguas pluviales. Se consideran aguas

residuales urbanas a los líquidos que han sido utilizados en las actividades diarias

de una ciudad (actividades domésticas, comerciales, industriales y de servicios).

Comúnmente las aguas residuales suelen clasificarse como municipales o

industriales; las aguas residuales municipales son los residuos líquidos

transportados por el alcantarillado de una ciudad o población y tratados en una

planta de tratamiento municipal y las aguas residuales industriales son las aguas

residuales provenientes de las descargas de las Industrias.

Otra forma de denominar a las aguas residuales es con base en su contenido de

contaminantes (CESPT, 2009, párr. 1):

•Aguas negras: son las aguas residuales provenientes de inodoros, es decir

aquellas que transportan excrementos humanos y orina, ricas en sólidos

suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales.

•Aguas grises: son las aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos

y lavadoras, que aportan sólidos suspendidos, fosfatos, grasas y coliformes fecales,

esto es aguas residuales domésticas, excluyendo las de los inodoros.

•Aguas negras industriales: son la mezcla de las aguas negras de una industria en

combinación con las aguas residuales de sus descargas. Los contaminantes

provenientes de la descarga están en función del proceso industrial y tienen la

mayoría de ellos efectos nocivos a la salud si no existe un control de la descarga.

22


La composición de las aguas residuales se analiza con diversas mediciones físicas,

químicas y biológicas; las mediciones más comunes incluyen la determinación del

contenido en sólidos, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), la demanda

química de oxígeno (DQO) y el pH. Los residuos sólidos comprenden los sólidos

disueltos y en suspensión. Los sólidos disueltos son productos capaces de

atravesar un papel de filtro y los suspendidos son los que no pueden hacerlo. Los

sólidos en suspensión se dividen a su vez en depositables y no depositables,

dependiendo del número de miligramos de sólido que se depositan a partir de 1 litro

de agua residual en una hora. Todos estos sólidos pueden dividirse en volátiles y

fijos, siendo los volátiles por lo general productos orgánicos y los fijos materia

inorgánica o mineral (Vázquez, 2004).

La concentración de materia orgánica se mide con los análisis de DBO5 y DQO. Se

considera a la DBO5 como la cantidad de oxígeno empleado por los

microorganismos a lo largo de un periodo de cinco días para descomponer la

materia orgánica de las aguas residuales a una temperatura de 20 °C. De modo

similar la DQO es la cantidad de oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica

por medio de bicromato en una solución ácida y convertirla en dióxido de carbono y

agua. El valor de la DQO es siempre superior al de la DBO5 debido a que muchas

sustancias orgánicas pueden oxidarse químicamente pero no biológicamente. La

DBO5 suele emplearse para comprobar la carga orgánica de las aguas residuales

municipales, tanto en aguas residuales tratadas y sin tratar. La DQO se usa para

comprobar la carga orgánica de aguas residuales que, o no son biodegradables o

contienen compuestos que inhiben la actividad de los microorganismos. El pH mide

la acidez de una muestra de aguas residuales.

El contenido típico en materia orgánica de las aguas residuales municipales es un

50% de carbohidratos, un 40% de proteínas y un 10% de grasas con un pH entre

6.5 a 8.0 (Vázquez, 2004). La composición típica de las descargas residenciales

urbanas se muestra en la tabla 9, clasificándose en tres tipos de contaminación:

fuerte, media y ligera.

23


Tabla 9. Composición típica de las aguas residuales urbanas, en mg/l -a menos que se señale lo contrario-.

Parámetro Contaminación Fuerte

Contaminación Media

Contaminación Ligera

Sólidos en suspensión volátiles (mg/l) 400 250 70 Sólidos en suspensión fijos (mg/l) 100 50 30 Sólidos sedimentables (ml/l) 250 180 40 Sólidos sedimentables volátiles (mg/l) 100 72 16 Sólidos sedimentables fijos (mg/l) 150 108 24 Sólidos disueltos (mg/l) 500 200 100 Sólidos disueltos volátiles (mg/l) 300 100 50 Sólidos disueltos fijos (mg/l) 200 100 50 DBO5 (mg/l) 300 200 100 DQO (mg/l) 800 450 160 Oxígeno disuelto (mg/l) 0 0.1 0.02 Nitrógeno total (mg/l) 86 50 25 Nitrógeno orgánico (mg/l) 35 20 10 Amoniaco libre (mg/l) 50 30 15 Nitritos (mg/l) 0.1 0.05 0 Nitratos (mg/l) 0.4 0.2 0.1 Fósforo total (mg/l) 17 7 2 Cloruros (mg/l) 175 100 15 pH 3.9 6.9 6.9 COT Carbono orgánico total (mg/l) 15 8 4 Carbono orgánico (mg/l) 5 3 1 Alcalinidad como Carbonato (mg/l) 200 100 50

Fuente: Hernández Muñoz, Hernández Lehmann & Galán, 2009.

Un área metropolitana estándar vierte un volumen de agua residual entre el 60 y el

80% de sus requerimientos diarios totales, el resto se usa para lavar coches y regar

jardines. Las aguas residuales son conducidas a una PTAR, en donde se realiza la

remoción de los contaminantes a través de métodos biológicos o físico-químicos.

La salida (efluente) del sistema de tratamiento es conocida como aguas residuales

tratadas (CESPT, 2009). En la figura 12 se muestra una PTAR típica, incluyéndose

las diferentes opciones de tratamiento.

24


Figura 12. Esquema de una planta de tratamiento de aguas residuales típica. Fuente: Chilan, 2002, diapositiva 23.

6.3.- Instalaciones y procesos en las PTAR´s Las instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas constan de tres

elementos principales: recogida y conducción de las aguas residuales hasta la

PTAR, tratamiento de las aguas residuales y la evacuación de los productos

resultantes del tratamiento -efluente y lodos-. En la PTAR de distinguen 2 líneas de

flujo: la de agua y la de lodos o fangos. La línea de agua incluye los procesos de

reducción de contaminantes, mientras que la de lodos incluye el manejo de los lodos

producidos. Estas líneas de flujo están representadas en la figura 13.

Figura 13. Líneas de agua y fangos en una PTAR. Fuente: WIKIBOOKS, Ingeniería de aguas residuales industriales, 2014, p.19.

25


En la figura 14 se muestran los distintos tratamientos en las aguas residuales

urbanas, ordenados secuencialmente de izquierda a derecha.

Figura 14. Tratamientos de aguas residuales urbanas. Fuente: CENTA, 2008, p. 27.

El pretratamiento incluye: el desbaste -eliminación de sólidos pequeños y medianos

usando rejas-, el tamizado -reducción de sólidos en suspensión empleando ranuras

de paso, el desarenado -usando canales desarenadores- y el desengrasado -

empleando equipos estáticos o aireados- (CENTA, 2008).

En el tratamiento primario la sedimentación o decantación primaria elimina la mayor

parte posible de sólidos sedimentables, bajo la acción exclusiva de la gravedad. En

el caso de los tratamiento físico-químicos se agregan reactivos químicos

incrementando la reducción de los sólidos en suspensión y coloidales, al

incrementarse el tamaño y densidad de los mismos mediante procesos de

coagulación-floculación.

Los tratamientos secundarios son procesos que incluyen tratamientos biológicos

con sedimentación secundaria u otro proceso en el que se consiga la eliminación

de la materia orgánica.

Los tratamientos terciarios permiten obtener efluentes finales de mejor calidad para

que puedan ser vertidos en zonas donde los requisitos son más exigentes o bien

26


para ser reutilizados. En la desinfección de los efluentes de las aguas residuales el

cloro ha sido y continua siendo el desinfectante típico en el campo de las aguas

residuales (CENTA, 2008).

Con relación a la línea de lodos, en la figura 15 se mencionan sus principales

procesos. El objetivo del tratamiento de lodos es reducir la presencia de patógenos,

eliminar los olores desagradables y reducir su potencial de putrefacción. Los lodos

deshidratados presentan un 20 a 25% de materia seca. En el caso de la PTAR de

Nezahualcóyotl los lodos son trasladados y depositados al relleno sanitario del

mismo Municipio.

Figura 15. Tratamientos en la línea de lodos en PTAR´s. Fuente: CENTA, 2008, p.40.

6.4.- Las alternativas aeróbicas y anaeróbicas en los tratamientos secundarios La remoción de materia orgánica constituye uno de los objetivos del tratamiento de

las aguas residuales, utilizándose en la mayoría de los casos procesos biológicos

aeróbicos y/o anaeróbicos. En el tratamiento aeróbico se llevan a cabo procesos

catabólicos oxidativos que requieren la presencia de un oxidante (oxígeno) en la

materia orgánica y al normalmente no estar presente en las aguas residuales

requiere ser introducido artificialmente. La forma más conveniente de introducir un

oxidante es por la disolución del oxígeno de la atmósfera, utilizando la aireación

mecánica. La mayor parte de la DQO de la materia orgánica es convertida en lodo,

que cuenta con un alto contenido de material vivo que debe ser estabilizado.

27


La digestión anaerobia es un proceso de transformación y no de destrucción de la

materia orgánica. No habiendo presencia de un oxidante en el proceso la capacidad

de transferencia de electrones de la materia orgánica permanece intacta en el

metano producido. En vista de que no hay oxidación se tiene que la DQO teórica

del metano equivale a la mayor parte de la DQO de la materia orgánica digerida (90

a 97%), una mínima parte de la DQO es convertida en lodo -3 a 10%-(IBASA, 2014).

En la figura 16 se representan esquemáticamente ambos procesos. La PTAR del

Municipio de Nezahualcóyotl desarrolla 2 tipos de procesos biológicos aeróbicos:

lodos activados para la depuración del agua residual y la digestión de los lodos

obtenidos en el proceso.

6.5.-El proceso de lodos activados La depuración biológica por lodos activos es un proceso biológico empleado en el

tratamiento de aguas residuales convencional, consiste en el desarrollo de un cultivo

bacteriano disperso en forma de flóculo en un depósito agitado, aireado y

alimentado con el agua residual, que es capaz de metabolizar como nutrientes los

contaminantes biológicos presentes en el agua. La agitación evita sedimentos y

homogeniza la mezcla de los flóculos bacterianos con el agua residual. La aireación

requerida tiene por objeto suministrar el oxígeno necesario tanto para las bacterias

como para el resto de los microorganismos aerobios.

El proceso biológico se realiza con la ayuda de microorganismos -

fundamentalmente bacterias-, que en condiciones aeróbicas actúan sobre la

materia orgánica presente en las aguas residuales. Una parte de la materia orgánica

se oxida por la flora bacteriana, que obtiene de esta forma la energía necesaria para

28


el mantenimiento celular. De forma simultánea otra fracción de materia orgánica se

convierte en nuevo tejido celular -síntesis celular- empleándose para ello la energía

liberada en la fase de oxidación, generándose CO2, H2O, NH3, energía y más

microrganismos. Finalmente, cuando se consume la materia orgánica disponible las

nuevas células empiezan a construir su propio tejido celular con el fin de obtener

energía para su mantenimiento -proceso conocido como respiración endógena- ,

generándose O2, H2O, NH3 y energía. El aporte de oxígeno para el mantenimiento

de las 3 reacciones -oxidación, síntesis y respiración endógena- se efectúa

introduciendo generalmente aire en los recipientes, conocidos con el nombre de

reactores biológicos o simplemente reactores.

Las nuevas bacterias que van apareciendo en los reactores, como consecuencia de

las reacciones de síntesis, tienden a unirse -floculación- formando agregados de

mayor densidad que el líquido circundante y en cuya superficie se van adsorbiendo

la materia en forma coloidal. Para la separación de estos agregados -conocidos como fangos o lodos- el contenido de los reactores biológicos -licor mezclado- se

conduce a una etapa posterior de sedimentación -conocida como sedimentación o

clarificación secundaria-, donde se consigue la separación de los lodos de los

efluentes por la acción de la gravedad. De los lodos decantados una fracción se

purga como lodos en exceso, mientras que otra porción se recircula al reactor

biológico para mantener en él una concentración determinada de microorganismos.

La tecnología de lodos activados, en sus distintas modalidades -convencional,

contacto-estabilización y aireación prolongada- es la más ampliamente aplicada a

nivel mundial para el tratamiento de aguas residuales urbanas (CENTA, 2008).

6.6.-El proceso de lodos activados en México En México están instaladas 698 PTAR´s que usan el proceso de lodos activados

(29.8% del número total), con una capacidad instalada de 80,955.0 lps (57.77% del

total nacional) y una capacidad en operación de 55,280.2 lps -55.42% del caudal

total tratado- (SEMARNAT, 2012, p. 88).

29


Una PTAR que desarrolla el proceso de lodos activados tiene el esquema de

tratamiento descrito en la figura 17, incluyéndose, dependiendo de las

características del influente, el pretratamiento y tratamientos primario, secundario y

el terciario.

Figura 17. Esquema típico general de una PTAR de lodos activados con recirculación. Fuente: SEMARNAT, 2012, p. 254.

Actualmente está en construcción en el Municipio de Atotonilco de Tula, Hidalgo,

una PTAR que tendrá una capacidad operativa de 23 m3/s mediante el proceso

convencional de lodos activados, alimentándose de las aguas negras del Valle de

México (Martínez, 2011, párr. 1). En la figura 18 se incluye una vista aérea del sitio

donde se construye esta planta de tratamiento.

30


Figura 18. Vista aérea de las 158 hectáreas donde se construye la PTAR Atotonilco, Hidalgo. Fuente: Martínez, 2010, párr. 13 Fuente: Martínez, 2010, párr. 13

6.7.- El proceso de lodos activados a nivel mundial La tecnología de lodos activados es una de las más difundidas a nivel mundial para

el tratamiento de efluentes industriales y municipales, como algunos ejemplos

emblemáticos de este tipo de plantas se pueden mencionar (SINIA, 2012, p.2):

•Southside Wastewater Treatment Plant, Dallas, Texas, Estados Unidos de

Norteamérica; esta PTAR fue construida en 1955 con una capacidad inicial de 3

MGD de agua tratada (millones de galones por día), actualmente procesa 16 MGD.

•Luggage Point Wastewater Treatment Plant in Brisbane -Australia- con una

capacidad de tratamiento de 18 MGD.

6.8.- El proceso de lodos activados en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl El tratamiento biológico de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl es un proceso

de lodos activados de tipo aeróbico. El tratamiento general de esta PTAR en

particular está formado por dos etapas:

•1.-Un tratamiento aeróbico de las aguas residuales con un cultivo aeróbico de

microorganismos en suspensión que oxidan la materia orgánica.

•2.-Un conjunto de procesos de degradación biológica -oxidación de la materia

orgánica disuelta- y biosíntesis -producción de nueva biomasa celular- cuya

finalidad es la producción de un clarificado -agua sin materia orgánica en

31


suspensión- con bajos niveles de DBO5, sólidos suspendidos totales (SST) y

turbiedad.

Posteriormente el efluente resultado del tratamiento de lodos activados pasa al

clarificador -o sedimentador secundario-. Se genera como resultado un efluente

clarificado con bajo contenido en sólidos que posteriormente se someterá a un

proceso de cloración y filtración. En el sedimentador se generan además, separados

del volumen principal, dos flujos: uno de purga y otro de recirculación. En la figura

19 se visualiza el esquema del proceso y en las tabla 10 se especifican sus

principales flujos y su nomenclatura.

Tabla 10. Principales flujos en la PTAR en mg/l y su nomenclatura.

CONCENTRACIÓN NOMENCLATURA UNIDAD Materia orgánica del influente So mg/l Sólidos suspendidos volátiles en el licor mezclado (SSVLM) Xv mg/l Sólidos suspendidos en el licor mezclado (SSLM) Xs mg/l Materia orgánica del efluente medida como SSV Xe mg/l Materia orgánica en lodo recirculado medida como SSV Xr mg/l Sólidos totales en el licor mezclado X mg/l Entrada de agua cruda Qo m3/d Lodos en recirculación Qr m3/d Efluente Qe Qe Lodos de desecho Qw m3/d Oxígeno O2 m3/d

SSV: Sólidos suspendidos volátiles. V: Volumen del reactor.


PRETRATAMIENTO SEDIMENTADOR LODOS ACTIVADOS

X, Xs, Xv, V

Qo, So

Qe, Xe

Aire (O2)

Qr, Xr Qw, Xr Figura 19. Diagrama de flujo simplificado del proceso de lodos activados en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl,

incluyéndose flujos y concentraciones principales. Fuente: Elaboración propia.

32


6.9.- Eficiencia en los sistemas de tratamiento de aguas residuales Los sistemas de tratamiento tienen valores característicos de eficiencia promedio -

con relación a la remoción de contaminantes-, estos datos están registrados en la

tabla 11.

Tabla 11. Rendimientos en % de remoción de los diferentes tipos de tratamiento en PTAR´s.

TRATAMIENTO % DE REMOCIÓN

Sólidos en suspensión DBO5 Coliformes Pretratamiento 5-15 05-10 oct-25

Primario 40-70 25-40 25-70 Secundario 80-90 80-95 90-98

Terciario 90-95 95-98 98-99

Fuente: CENTA, 2008, p.39.

Específicamente el proceso de lodos activados manejado eficientemente desarrolla

los valores de eficiencia indicados en la tabla 12 (SINIA, 2012).

Tabla 12. % de eficiencia como remoción de contaminantes en el proceso de lodos activados.

PARÁMETRO % DE EFICIENCIA DBO5 90-95 SST 85-95

Nitrógeno total 15-30 Fósforo 10-25

Coliformes 60-90

Fuente: SINIA, 2012, p.3.

6.10.- Ventajas y desventajas del proceso de lodos activados El proceso de lodos activados tiene ventajas y desventajas, en la tabla 13 se

registran las principales. Partiendo del conocimiento de estos factores es posible

definir y establecer cuáles son los elementos que influyen más en el buen

funcionamiento de una PTAR en este tipo de proceso.

33


Tabla 13. Ventajas y desventajas en el proceso de lodos activados.

Fuente: SINIA, 2012, p.3.

6.11.- Medidas de control del proceso de lodos activados. El objetivo principal en la operación de cualquier PTAR es mantener a un nivel

adecuado los parámetros de control requeridos en el efluente para cumplir la

normatividad vigente. Para mantener estos niveles y tener una operación efectiva

se deben de procurar, por lo menos, alguna de las siguientes medidas (SEMARNAT,

2007, p. 36): mantener un adecuado número de microorganismos, suministrar el

aire adecuado al tanque de aireación o tratar de no operar la unidad con más carga

orgánica de la considerada en su diseño.

El control del proceso es muy importante para facilitar el manejo adecuado del lodo

producido ya que para establecer un balance efectivo de microorganismos -

biomasa- se podrán hacer cambios en los lodos de retorno (Qr) y/o en los lodos de

desecho (Qw). Para el control del proceso, y saber el tipo de cambios que deben

realizar, se pueden usar uno o más de los siguientes métodos de control

(Torrescano, 2009):

1.-Sólidos constantes.

2.-Relación alimento/microorganismos -F/M-.

3.-Tiempo medio de retención celular -TMRC-.

4.-Prueba de sedimentalidad.

VENTAJAS Alta eficiencia de remoción de carga orgánica comparado con otros procesos. Minimización de olores y ausencia de insectos. Posibilidad de controlar la energía consumida por variaciones de carga orgánica. Puede no incluir sedimentación primaria. Generación de lodos secundarios estabilizados, facilitando su tratamiento. Flexibilidad de operación.

DESVENTAJAS. Dependencia de la temperatura del influente. Riesgo de taponamiento durante los ciclos de operación. Dependencia de las condiciones de pH y de la presencia de elementos tóxicos en el influente. Altos costos de operación, debidos a los procesos de aireación requeridos. Bajo abatimiento bacteriológico.

34


A fin de obtener la información para controlar el proceso es necesario realizar los

siguientes análisis y pruebas a los flujos de tratamiento (SEMARNAT, 2007, p. 35):

•DBO5 y DQO.

•SST y SSV.

•Prueba de sedimentación de lodos.

•Observación física del manto de lodos (sólidos sedimentables).

•Oxígeno disuelto (OD).

Los principales factores que afectan la operación de lodos activados son

(Torrescano, 2009):

1.-Concentración del agua residual tratada, lo que define la materia orgánica

contenida que actuará como fuente de alimento de los microorganismos.

2.-Nutrientes, normalmente están presentes en cantidades suficientes en las aguas

residuales de origen municipal (nitrógeno y fósforo).

3.-Tiempo de retención, es el tiempo que las bacterias están en contacto con el agua

residual, es un factor importante tanto para el diseño como para la operación de la

PTAR.

4.-El pH debe mantenerse en un rango apropiado en el reactor biológico para que

el sistema funciones correctamente. Las bacterias pueden sobrevivir en el proceso

de lodos activados en un rango de pH de 6.5 a 8.

35


7.- MATERIALES, EQUIPOS Y MÉTODOS El proceso de desarrollo de la estrategia para la optimización de las condiciones de

operación de la PTAR se dividió en 6 etapas. La primera etapa consistió en definir

claramente los materiales y equipos disponibles, así como los puntos de muestreo.

En la segunda etapa se incluyó la metodología para obtener las variables del

proceso. En la tercera etapa se desarrolló la metodología para la realización de los

análisis físico-químicos de muestras. En la cuarta etapa se explica la metodología

para la recopilación, interpretación y análisis de la información obtenida. En la quinta

etapa se incluyó la metodología para el control del proceso. Finalmente, en la última

parte se desarrolló la metodología encaminada a la elaboración del manual básico

de operación y del esquema de mantenimiento de la PTAR.

7.1.- Materiales y equipos

7.1.1.- Equipos en la PTAR •Cárcamo de agua cruda alimentado por gravedad con 3 bombas sumergibles,

marca Naboni con capacidad de 35 lps y potencia de 10 HP.

•Compuerta tipo Miller de 24 pulgadas para el control de gasto de entrada.

•Canal Parshall de acero inoxidable de placa de ¼ de pulgada con 9 pulgadas de

ancho con capacidad para medir flujos de 2.6 a 256 lps.

•Sensor de flujo marca GLI tipo ultrasónico y análogo.

•Sensor para medición de oxígeno disuelto marca Hatch galvánico con rango de

medición de 0-40 ppm.

•Difusores de burbuja media K04 AIR FLEX CAP AFH colocados dentro de los

reactores biológicos, 1114 piezas con flujo de diseño de 5 a 26 m3/hr.

•3 sopladores centrífugos marca Houston con capacidad de hasta 3007 m3/hr y

potencia de 100 HP cada uno de ellos.

•7 reactores biológicos de concreto armado, cada uno con dimensiones de

7.9X8.0X4.0 m, con un volumen individual de 252.8 m3 sumando un volumen total

de 1,769.6 m3.

36


•Un sedimentador secundario de forma circular con 22 m de diámetro con una carga

hidráulica de diseño de 22.7 m/día y 3 m de alto.

•2 digestores de lodos en forma rectangular de 4.7X 9.0 m.

•Un espesador de lodos de 6 m de diámetro y 3.7 m de alto.

•4 filtros de anillo o disco marca Galaxi y 14 filtros de arena marca AGF.

•Un filtro prensa tipo banda para la deshidratación de los lodos.

•Una bomba marca ITT Goolds de 4 HP con un flujo de hasta 3.5 m3/hr para el

bombeo de lodos espesados hacia el filtro prensa.

•3 bombas en el área de filtros Marca WDM 30 HP con capacidad de 35 lps cada

una (bombas centrifugas horizontales).

•Un sistema de aireación superficial formado por 2 piezas en los digestores de lodos

marca SETAR con capacidad de 13.50 Kg/O2/hr con diámetro de 1.25 m con un

motor eléctrico de 25 HP.

•2 bombas marca MOYNO para el traslado de los lodos digeridos al espesador de

2 HP cada una.

•Una bomba dosificadora del poli-electrolito de 0.5 HP marca Gudfos.

•2 bombas dosificadoras de hipoclorito marca Wallace & Tirnan con capacidad

máxima de 5 GPH con ¼ HP.

•Un sistema motriz del clarificador marca RAISA con velocidad de salida de 11.25

rpm y potencia de 1.5 HP.

•3 bombas centrifugas horizontales de 25 HP para el traslado del agua residual

tratada.

•Cárcamo de recirculación de lodos con 3 bombas marca Nabohi de 5 HP con

capacidad de 20 lps.

En la figura 20 se anexa el croquis de la PTAR, incluyéndose en la tabla 14 el listado

de sus principales equipos.

37


Figura 20. Croquis de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl. Fuente: ODAPAS Neza

Tabla 14. Listado de los equipos principales en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl.

EQUIPOS PRINCIPALES EN LA PTAR 1.- Entrada de aguas negras. 8.- Filtros de arena, 14 unidades. 2.- Cárcamo de agua cruda. 9.- Almacenamiento de agua tratada (1560 m3). 3.- Reactores biológicos, 7 unidades. 10.- Salida a red de agua tratada. 4.- Caseta de sopladores, 3 unidades. 11.- Cárcamo de recirculación. 5.- Sedimentador. 12.- Digestores de lodos. 6.- Caseta de cloración. 13.- Espesador de lodos. 7.- Filtros de anillos, 4 unidades. 14.- Caseta de deshidratación de lodos.


7.1.2.- Equipos principales en el laboratorio •Una mufla eléctrica Termoline Furnace 1300.

•Una balanza analítica de precisión de 0.1 mg.

•Una bomba de vacío.

•Una estufa eléctrica.

•Fotómetros portátiles marca HANNA para determinaciones de pH, temperatura,

conductividad eléctrica, sólidos totales disueltos, cloro libre y cloro residual.

38


•Un horno marca Labline para preparación de muestras para determinación de

DBO5.

•Un respirómetro marca HACH Bodterk para determinación de DBO5.

•Fotómetros multiparametricos marca HANNA para determinaciones de iones

específicos.

7.1.3.- Zonas de muestreo Las zonas donde se obtuvieron las muestras en la PTAR fueron las siguientes:

•La muestra de agua cruda se tomó directamente de la alimentación al reactor 1,

después de pasar las rejas de desbaste.

•La muestra de agua residual tratada se obtuvo de una toma de muestreo colocada

en la tubería, justo antes de la salida a red.

•Las muestras de licor mezclado se obtuvieron del interior de cada uno de los 7

reactores biológicos.

•La muestra de agua del sedimentador se tomó directamente del agua clarificada

en el efluente del sedimentador.

•Las muestras de lodo recirculado se obtuvo de la alimentación de lodo recirculado

que entra en el sistema en el reactor 1.

•Las muestras de lodos digeridos se tomaron directamente del interior de cada uno

de los dos digestores.

7.2.- Metodología para obtener los parámetros de proceso

7.2.1.- Proceso de depuración en la PTAR El proceso de depuración en la PTAR inicia con la recepción del agua cruda en un

cárcamo en donde se bombea el agua cruda al reactor 1, iniciando el proceso de

depuración biológica. Posteriormente el efluente tratado pasa al sedimentador para

separar los lodos. Después el agua clarificada es desinfectada y filtrada. El proceso

incluye la línea del tratamiento de lodos: digestión, espesado y deshidratación. El

esquema del diagrama de flujo se incluye en la figura 19, enumerándose los flujos

39


principales y concentraciones de control del proceso en las tablas 10 y 11

respectivamente.

7.2.2.- Principales variables de control del proceso La PTAR desarrolla el proceso de depuración con lodos activados convencionales

con flujo hidráulico continuo incluyéndose una recirculación de lodos a los reactores

biológicos. Dentro de las principales variables de control se incluyen: el tiempo de

residencia de sólidos (TRS), el tiempo de residencia hidráulico (TRH) y los sólidos

suspendidos en el licor mezclado (SSLM).

7.2.3.- Clasificación de los parámetros de control Los parámetros de control en el proceso de lodos activados se pueden clasificar en

parámetros de criterio de carga, parámetros internos de proceso y en parámetros

ambientales, describiéndose a continuación.

7.2.3.1.- Parámetros de criterios de carga En estos parámetros incluyen la relación alimento/microorganismos, el tiempo de

retención de sólidos y el tiempo de retención hidráulico. Estos parámetros están

relacionados directamente con las decisiones de control del proceso: regular

adecuadamente el caudal de recirculación y la purga de fangos (Torrescano, 2014).

Los detalles de este control de proceso se incluyen en la sección 7.5 -metodología

para el control de proceso-.

7.2.3.1.1.- Relación alimento/ microorganismos (F/M) El valor de F -food- se medirá en función del DBO5 del influente y M -

microorganismos- se medirá con los sólidos suspendidos volátiles en el licor

mezclado dentro del reactor (Torrescano, 2014). En la sección 11.7 del manual

propuesto del área operativa se detalla la determinación de este parámetro.

7.2.3.1.2.- Tiempo de retención de sólidos (TRS) El TRS es el tiempo en que las bacterias están en contacto con el agua residual

considerando el sistema de lodos activados con recirculación y estableciendo que

solo hay oxidación de materia orgánica en los reactores. En la sección 11.8 del

manual propuesto del área operativa se detalla la determinación de este parámetro.

40


7.2.3.1.3.- Tiempo de retención hidráulica (TRH) Se define el TRH como el tiempo que el flujo alimentado en el reactor permanece

en el mismo; estableciendo que la oxidación de la materia orgánica se da

principalmente en el reactor y no en el sedimentador, el cálculo del TRH incluye

únicamente el volumen del reactor. En la sección 11.9 del manual propuesto del

área operativa se detalla la determinación de este parámetro.

7.2.3.2.-Parámetros internos del proceso Son los parámetros que están relacionados directamente con el control del proceso

y que influyen directamente en la efectividad del mismo, entre ellos: oxígeno

disuelto, los sólidos suspendidos y los sólidos suspendidos volátiles en el licor

mezclado.

7.2.3.2.1.-Oxígeno disuelto (OD) Esta determinación se realizó en el licor mezclado de cada uno de los reactores. En

la sección 10.8 de la propuesta del manual del área de laboratorio se incluyen los

detalles de esta determinación.

7.2.3.2.2.- Sólidos suspendidos (SSLM) y sólidos suspendidos volátiles en el licor mezclado (SSVLM) Estas determinaciones se aplicaron a muestras del licor mezclado de los reactores.

El principio de este método es la medición cuantitativa de los sólidos y sales

disueltas, así como la cantidad de materia orgánica contenidos en aguas naturales

y residuales, mediante la evaporación y calcinación de la muestra filtrada o no, en

su caso, a temperaturas específicas, en donde los residuos son pesados y sirven

de base para el cálculo del contenido de estos. Los SSVLM se usan como una

unidad de medida de sólidos biológicos, representan una aproximación de la masa

biológica activa -aunque estrictamente hablando no es una medida exacta ya que

no todo SSV son microorganismos activos- (Zarate, 1993). En la sección 10.7 de la

propuesta del manual del área de laboratorio se incluyen los detalles de estas

determinaciones.

41


7.2.3.3.- Parámetros ambientales Son los parámetros que dependen directamente de las condiciones del ambiente

modificando las condiciones y eficiencia del proceso, se incluyen a la temperatura y

el pH.

7.2.3.3.1.- Temperatura Esta determinación se realizó al influente y al efluente. En la sección 10.2 de la

propuesta del manual del área de laboratorio se incluyen los detalles de esta

determinación.

7.2.3.3.2.- pH Esta determinación se realizó al influente y al efluente. Para las mediciones del pH

se usaron equipos marca Hanna debidamente calibrados. En la sección 10.3 de la

propuesta de manual del área de laboratorio se incluyen los detalles de esta

determinación.

7.3.- Metodología en el área del laboratorio Dentro de la metodología en el área de laboratorio se definieron claramente 3

etapas: la metodología de muestreo, la normatividad vigente para cada

determinación y los parámetros evaluados, incluyendo la metodología específica

para cada una de las determinaciones.

7.3.1.- Metodología de muestreo Todos los muestreos que se realizaron se apegaron a la normatividad ambiental

vigente en la materia: la NOM-AA-003-1980 (ITESM, 2003), que define los

lineamientos generales y recomendaciones para muestrear las descargas de aguas

residuales, con el fin de determinar sus características físicas y químicas. Las

muestras recolectadas fueron del tipo simples, es decir muestras individuales,

tomadas en un corto período de forma que el tiempo empleado en su extracción sea

el transcurrido para obtener el volumen necesario. En la sección 7.1.3 ya se

mencionaron los puntos de muestreo.

42


7.3.2.- Normatividad vigente para la realización de los análisis físico-químicos en agua residual y agua residual tratada Para realizar los análisis físico-químicos de las muestras de agua residual y de agua

residual tratada las determinaciones deben cumplir con las normas oficiales

mexicanas vigentes en cada parámetro. La tabla 15 incluye el listado de estas

normas. Tabla 15. Normas Oficiales Mexicanas de referencia para determinaciones físico-químicas en aguas

residuales.


7.3.3.- Parámetros evaluados En la PTAR, debido a limitaciones de material y equipo, solo se realizaron las

siguientes determinaciones: DBO5, DQO, solidos sedimentables, materia flotante,

cloro residual libre, conductividad, nitrógeno y fósforo total, temperatura, pH,

oxígeno disuelto y sólido y sales disueltas (sólidos totales).

7.3.3.1- Determinación de demanda bioquímica de oxígeno El método consiste en llenar, con una dilución adecuada de la muestra, un frasco

hermético de tamaño especifico e incubarlo a 20 oC durante 5 días. Se determinó

DBO5 en influente y efluente. En la sección 10.4 de la propuesta de manual del área

del laboratorio se incluyen los detalles de esta determinación.

7.3.3.2.- Determinación de DQO Se utilizó un espectrofotómetro marca Hach con bloque digestor capaz de alcanzar

y mantener la temperatura a 148oC. Se determinó DQO en influente y efluente. En

PARÁMETRO NOM. DE REFERENCIA PARÁMETRO NOM. DE REFERENCIA Temperatura NMX-AA-007-SCFI-2013. Nitrógeno total NMX-AA-026-SCFI-2010 pH NMX-AA-008-SCFI-2001. Cloro residual libre NMX-AA-108-SCFI-2001 Conductividad NMX-AA-093-SCFI-2000. Oxígeno disuelto NMX-AA-012-SCFI-2001 Nitratos NMX-AA-099-SCFI-2006 DQO NMX-AA-030-SCFI-2001 Nitritos NMX-AA-099-SCFI-2006 DBO5 NMX-AA-028-SCFI-2001 Fósforo total NMX-AA-029-SCFI-2001 Sólidos y sales disueltas NMX-AA-034-SCFI-2001 Cromo Hexavalente NMX-AA-044-SFCI-2001 Sólidos sedimentables MNX-AA-004-SCFI-2013 Cobre NMX-AA-066-SCFI-1981 Material flotante NMX-AA-006-SCFI-2000 Nitrógeno amoniacal NMX-AA-026-SCFI-2010 Cadmio NMX-AA-060-1981 Níquel NMX-AA-026-SCFI-2010 Mercurio NMX-AA-064-1981 Zinc NMX-AA-078-SCFI-1982 Cianuros NMX-AA-058-1SCFI-2001 Cianuros NMX-AA-078-SCFI-2001 Arsénico NMX-AA-046-1981

43


la sección 10.5 de la propuesta de manual del área de laboratorio se incluyen los

detalles de esta determinación.

7.3.3.3.- Determinación de sólidos sedimentables. Se entiende como materia sedimentable a la cantidad de sólidos que en un tiempo

determinado se depositan en el fondo de un recipiente en condiciones estáticas. Se

determinaron los sólidos sedimentables en influente y efluente. En la sección 10.9

de la propuesta de manual del área de laboratorio se incluyen los detalles de esta

determinación.

7.3.3.4.- Determinación de material flotante Se determinó la materia flotante en el agua residual y en el agua residual tratada.

El método se basa en la observación de la materia flotante en las muestras de agua

residual mediante la separación de esta en una malla de aproximadamente 3 mm

de abertura. En la sección 10.11 de la propuesta de manual del área de laboratorio

se incluyen los detalles de esta determinación.

7.3.3.5.- Determinación de cloro residual libre. Se usó un medidor portátil -fotómetro marca Hanna-. Esta determinación se realizó

al agua residual tratada. En la sección 10.10 de la propuesta de manual del área de

laboratorio se incluyen los detalles de esta determinación.

7.3.3.6.- Determinación de conductividad Se determinó conductividad electrolítica en muestras de agua residual y agua

residual tratada. En la sección 10.12 de la propuesta de manual del área de


7.3.3.7.- Determinaciones de nitrógeno y fósforo total Estas determinaciones se realizaron al influente y al efluente usándose fotómetros

marca Hanna Instrument. En la sección 10.6 de la propuesta de manual del área de

laboratorio se incluyen los detalles de estas determinaciones.

7.3.3.8.- Determinación de temperatura

44


Este parámetro forma parte de los parámetros ambientales mencionados ya en la

sección 7.2.3.3 y en la sección 10.2 de la propuesta de manual del área de


7.3.3.9.- Determinación de pH Este parámetro forma parte de los parámetros ambientales mencionados ya en la

sección 7.2.3.3 y en la sección en la sección 10.3 de la propuesta de manual del

área de laboratorio se incluyen los detalles de esta determinación.

7.3.3.10.- Determinación de oxígeno disuelto Este parámetro forma parte de los parámetros internos mencionados ya en la



7.3.3.11.- Determinación de sales disueltas (sólidos totales) Este parámetro forma parte de los parámetros internos mencionados ya en la



7.4.- Metodología para la recopilación, interpretación y análisis de la información obtenida

7.4.1.-Datos de observaciones de sedimentabilidad de lodos activados Se utilizaron los formatos 1 y 2 para recopilar las observaciones de sedimentación

al momento de realizar la prueba del volumen del lodo sedimentado en el

laboratorio, se usaron probetas de 1 lt, tomándose muestras directamente de los

tanques de oxidación.

REACTOR COLOR

DEL LODO

TAMAÑO DE FLÓCULOS SEDIMENTACIÓN EN ASPECTO DEL SOBRENADANTE

Pequeño Mediano Grande Partículas Lecho Claro Turbio Reactores del 1 al 7

Lodo en recirculación Formato 1. Fuente: Elaboración propia.

REACTOR

ASPECTOS EN LA SUPERFICIE DEL SOBRENADANTE ASPECTO DEL LODO SEDIMENTADO

TIEMPO EN EL QUE EL LODO

SUBE A LA SUPERFICIE EN

LA PROBETA Cúmulos flotando

Ceniza en lodo

Flóculo en alfiler Homogéneo Esponjoso Compacto Con borde

visible

Reactores del 1 al 7 Lodos recirculación

Formato 2. Fuente: Elaboración propia.

45


7.4.2.- Datos para la prueba de lodo sedimentado Los detalles de esta determinación se encuentran en la sección 10.9 de la propuesta

del manual del área de laboratorio. Al realizar la prueba del volumen del lodo

sedimentado se llenaron los formatos 3 y 4, vaciando en ellos los datos obtenidos

en la sedimentación observando su variación en función del tiempo.

REACTOR TIEMPO (min)

00 05 10 15 20 25 30 Tanques del 1 al 7 Lodos de recirculación

Formato 3 y Formato 4. Fuente: Elaboración propia.

7.4.3.- Gráfica de volumen sedimentado del lodo contra el tiempo en la prueba de sedimentación Con los datos ya registrados del volumen de sedimentación y tiempos se elaboró

una gráfica global en la que se incluyen los datos de los 7 reactores biológicos. Con

el análisis de esta grafica se realizaron propuestas directamente sobre el proceso

de tratamiento para determinar si el retiro de lodos en el proceso es el indicado, o

si bien es necesario modificarlo, disminuyendo o aumentando el lodo de retiro. En

la tabla 16 se describe un ejemplo con los 3 tipos de sedimentación representativa:

rápida, lenta y adecuada; incluyéndose en la figura 21 la representación gráfica de

estos ejemplos.

REACTOR TIEMPO (min)

40 60 90 120 150 180 240 Tanques del 1 al 7 Lodos de recirculación

46


Tabla 16. Ejemplos representativos de los 3 tipos diferentes de sedimentación, en ml/l, reactor de lodos activados.

TIEMPO DE SEDIMENTACIÓN

(min)

EJEMPLOS DE SEDIMENTACIÓN REPRESENTATIVOS (ml/l)

Sedimentación lenta

Sedimentación adecuada

Sedimentación rápida

0 1000 1000 1000 10 900 720 500 20 840 580 320 30 780 440 200 40 720 400 120 60 640 320 100

Fuente: Torrescano, 2009. pp.19. Disponible en:

http://seia.guanajuato.gob.mx/document/AquaForum/AF52/AF5204_ParametrosOperacion.pdf

Figura 21. Grafica representativa de sedimentabilidad en ml/l en el licor mezclado en el proceso de lodos activados. Fuente: Elaboración propia.

Un proceso con una sedimentación adecuada registra en una curva característica:

el valor del volumen de lodo sedimentado después de 30 min se mantiene alrededor

de 480 ml/l, y a los 60 minutos debe estar arriba de los 300 ml/l. Una gráfica por

arriba de la sedimentación adecuada implica que hay una sedimentación muy lenta,

mientras que una gráfica por debajo de la sedimentación adecuada implica una

sedimentación muy rápida (Torrescano, 2009).

7.4.5.- Datos de la prueba de sólidos sedimentables La prueba de sólidos sedimentables -en cono Imhoff- genero datos que se vaciaron

en el formato 5, adicionalmente se incluye el registro de algunos parámetros básicos

en los lodos como temperatura, pH, conductividad y cloro residual libre.

47



Muestreo No: ________ Hora y fecha de muestreo: _________________________

SITIO DE MUESTREO

Va (l)

Ts (min)

Vs (ml/l) pH T

( oC) Ce

(µS/ cm) CRL

(mg/l) OBSERVACIONES

Influente 60 Clarificador 60

Efluente 60

Vs: Volumen de sólidos sedimentables. Ts: Tiempo de sedimentación (60 min). Ce: Conductividad eléctrica Va: Volumen de muestra analizada. CRL: Cloro residual libre. T: Temperatura La muestra del clarificador se tomará del efluente del sedimentador.

Formato 5. Fuente. Elaboración propia.

7.4.6.- Registro de datos para el cálculo de sólidos y sales disueltas Para la determinación de sólidos totales, sólidos volátiles totales, sólidos

suspendidos totales y sólidos disueltos totales en los reactores biológicos, en

influente y efluente, se vaciaron los datos correspondientes en el formato 6 para

facilitar los cálculos respectivos. En la sección 10.7 se detallan estos cálculos.

REACTORES PESO DE MUESTRA (mg)

G G1 G2 G3 G4 G5 Reactores 1 al 7 Lodos de recirculación

G, G1, G2, G3 y G4 con referencia a la NOM-AA-034-SCFI-2001. Formato 6. Fuente: Elaboración propia.

7.5.- Metodología para el control del proceso La PTAR desarrolla el proceso de depuración con lodos activados convencionales

con flujo hidráulico continuo, incluyéndose una recirculación de lodos a los reactores

biológicos. El control del proceso involucra la observación de ciertas variables

características, sin olvidar que los procesos de tratamiento biológico involucran un

número de ecuaciones empíricas de parámetros y criterios de operación (Cashion

& Kernath, 1993 y Echeverria & Seco, 1991). En la tabla 17 se resumen valores

sugeridos de estos parámetros de control. Tabla 17. Valores recomendados de parámetros de operación en el sistema de lodos activados en las

unidades indicadas.

PROCESO DE LODOS ACTIVADOS REGIMEN TRS

(Días) Relación F/M

Kg DBO5/Kg SSVLM)

SSLM (mg/l)

TRH (Hr)

Tipo Convencional. Continuo 5-15 0.2- 0.5 1500-3000 04-08

TRS: Tiempo de retención de sólidos (Hr). SSLM: Sólidos suspendidos en el licor mezclado (mg/l). TRH: Tiempo de retención hidráulico (Días). Relación F/M: Relación alimento/microorganismos.

Fuente: Zarate, 1995, p.2. Disponible en: http://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020112237/1020112237.PDF

48

http://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020112237/1020112237.PDF


El objetivo principal, en la operación de la PTAR es mantener a un nivel adecuado

los parámetros requeridos en el efluente del sistema de tratamiento para poder

cumplir con la normalidad vigente. Buscando este objetivo se tienen plenamente

identificados los parámetros de operación en el proceso de lodos activados así

como algunos métodos de control (Vázquez, 2010), explicándose a continuación:

7.5.1.- Control de la relación F/M Para una buena operación de la PTAR se deberá procurar mantener una adecuada

cantidad de alimento con relación a los microorganismos presentes, poco o

demasiado alimento causará problemas en el sedimentador. Los rangos típicos para

el proceso de lodos activados de la relación F/M son de 0.2 a 0.5 y debe de ajustarse

durante la operación. El método de control de la relación F/M es obligatorio para

evaluar el proceso de tratamiento; podría ser el mejor método si la PTAR recibiera

un residuo con variaciones mínimas o predecibles. El control de esta relación

presenta dos casos típicos (Torrescano, 2014):

-Si la relación de F/M obtiene valores menores a 0.2 significaría que hay un exceso

de microorganismos en el tanque (un alto valor de SSVLM), lo que puede deberse

una aireación deficiente, creando condiciones para la aparición de microorganismos

filamentosos produciéndose un lodo difícil de sedimentar. Esta condición nos indica

que el oxígeno disuelto mínimo en el tanque está siendo fácil de mantener y que la

sedimentación es rápida, con alta compactación y un sobrenadante turbio con finas

partículas de materia. Visualmente se vería una densa y algunas veces grasosa

capa de espuma de color canela café cubriendo el tanque de aireación. Para

resolver esto se debe de disminuir la cantidad de SSVLM aumentando el lodo de

desecho.

-En el caso opuesto si el valor de F/M es mayor a 0.5 significaría que no se tienen

suficientes microorganismos en el tanque de oxidación, por lo que no habría

amortiguamiento para recibir cargas repentinas incrementándose el DBO5 en el

efluente final. Esta condición nos indica que el oxígeno disuelto en el aireador es

muy bajo, visualmente se observaría un lodo café y de sedimentación lenta. En este

49


caso se debe de aumentar la cantidad de SSVLM, esto se lograra disminuyendo el

lodo de desecho y aumentando la oxigenación en el aireador.

7.5.2.- Control de sedimentación El examen y pruebas de las características de sedimentación en el sedimentador

secundario es el mejor indicador para mostrar que el proceso está trabajando

correctamente. La prueba de sedimentación es un indicador para juzgar la calidad

del lodo, la información de esta prueba advierte la necesidad de hacer cambios en

el sistema. Cuando se hace la prueba de sedimentación se observa el flóculo y la

formación del manto del lodo, de hecho con la experiencia se puede juzgar la calidad

del lodo de acuerdo con los siguientes signos visuales:

a) Flóculo: granular, compacto, esponjoso o ligero.

b) Sedimentación del flóculo: sedimenta individualmente o forma un manto.

c) Manto del lodo:

•Color del lodo: lodo café y sobrenadante oro claro.

•Debe capturar la mayor parte del material al sedimentar.

•Sedimentación ligera.

•Manto rasgado o bien uniforme.

Existe una proporción directa entre los SSLM con la formación y el rompimiento del

floc -flóculos- formados durante el proceso biológico. Cambios en la concentración

de este parámetro pueden mejorar o deteriorar el funcionamiento del sedimentador,

altas concentraciones podrían causar una mayor cantidad de partículas dispersas

en el sedimentador y en el efluente. El funcionamiento del sedimentador es

dependiente de la cantidad de partículas dispersas que entran, un lodo activado

bien preparado podría ser capaz de sedimentar en un sedimentador común, pero

flóculos mal preparados no podrían sedimentar (Tuntoolavest, 1983).

50


7.5.3.- Control de la aireación El valor adecuado de OD en los tanques de aireación en una PTAR con el proceso

de lodos activados convencionales se encuentra entre 1.5 a 4 mg/l, un valor optimo

es de 2 mg/l para favorecer el tipo de microorganismos mejores en el proceso de

depuración. Un valor menor a 1 mg/l implicaría que comenzarían a aparecer

organismos filamentosos con consecuencias negativas sobre el proceso: mala

sedimentación en el clarificador, un valor elevado de SSV en el efluente y

generación de sustancias intermedias generando malos olores. Un valor mayor a 4

mg/l implicaría que el movimiento de masa puede romper los flóculos en el reactor,

además de aumentar innecesariamente el consumo energético por el proceso de

aireación en exceso La concentración mínima en los tanques de aireación debe

estar dentro del rango de 1 a 2 mg/l a fin de que los microrganismos puedan

desarrollar su función de depuración (Quiroga, 2014).

7.5.4.- Control de la remoción del lodo en el sedimentador El control del proceso consiste en saber qué hacer y cuando hacerlo, por ejemplo,

si queremos establecer y mantener un balance efectivo de microorganismos se

pueden hacer cambios en el retorno de lodos o en el lodo de desecho (Torrescano,

2004; SEMARNAT, 2007). Este control de proceso se logra regulando

adecuadamente el caudal de recirculación y la purga de fangos. La cantidad de

fangos que hay que mantener en la unidad respecto al caudal entrante para que no

existan grandes variaciones de la concentración de microorganismos dentro del

reactor oscila entre 10 al 30% del flujo de entrada y su concentración es de 3 a 4

veces superior que la que llega al sedimentador; es importante verificar la

profundidad y características del manto de lodos en el sedimentador para verificar

su correcto funcionamiento -ver sección 7.5.2- (Quiroga, 2014).

7.5.5.- Control de sólidos en el proceso Cada PTAR tiene una concentración de sólidos suspendidos volátiles con la que

mejor funciona y esto es cuando el efluente es claro y con bajas cantidades de SSV,

DBO5 y DQO. Para tener el nivel adecuado de sólidos en el sistema se deberá

mantener la cantidad de lodos necesaria por lo que se de conocer la cantidad de

51


SSVLM. Se propone contar con un programa de toma de muestras que contemple

el monitoreo de tres o más puntos diferentes, a la misma hora, cada día, en los

reactores biológicos para que las muestras representen todo el licor mezclado del

tanque.

7.5.6.-Control del tiempo de retención de sólidos (TRS). Se deberá determinar el valor del TRS con el que mejor trabaja la PTAR y tratar de

mantener ese valor. Una forma de revisar la efectividad del TRS es probar,

operando diferentes TRS, y revisar la calidad del efluente. Si este resulta de buena

calidad disminuiremos el TRS gradualmente hasta encontrar el más óptimo. Un

corto tiempo de retención no removerá correctamente la DBO y el efluente tendrá

mucha materia orgánica (Zarate, 1995).

7.5.7.-Temperatura y pH Dos factores adicionales a considerar en el control del proceso son la temperatura

y el pH. Se ha comprobado que la velocidad de reacción de los microorganismos

aumenta con la temperatura, doblándose cada 10 oC hasta alcanzar la temperatura

limite. En la práctica el proceso convencional de lodos activados no se ve afectado

en gran medida por la variación de temperatura (Metcalf & Eddy, 1985). En el caso

del pH es un factor clave para el crecimiento de microorganismos, la mayoría de los

microorganismos no tolera niveles por encima de 9.5 o menores a 4, se considera

un rango óptimo en el proceso convencional de lodos activados entre 6.5 a 7.5

(Zarate, 1995).

7.6.- Metodología en la elaboración del esquema de mantenimiento y del manual básico de operación de la PTAR Para la elaboración del esquema de mantenimiento de la PTAR se consultarán las

especificaciones técnicas y recomendaciones de los fabricantes de los equipos para

poder así plantear realmente un esquema efectivo. Con relación al manual básico

de operación, independientemente de la consulta bibliográfica -que aunque es

importante no es suficiente- se consultó directamente a los operadores de la planta,

ya que algunos de ellos por su experiencia han generado conocimientos empíricos

que bien pueden ser aplicados.

52


8.- RESULTADOS Se realizaron análisis del influente y efluente obteniéndose los resultados

registrados en la tabla 18 (periodo enero-junio del 2014).

Tabla. 18. Resultados en las unidades indicadas de análisis de influente y efluente

LMP: Límite máximo permisible. T: Temperatura. P: Fósforo. N: Nitrógeno. SST: Sólidos suspendidos totales. DQO: Demanda Química de oxígeno.

DBO5: Demanda bioquímica de oxígeno. Ce: Conductividad eléctrica. CRL: Cloro residual libre. S. SED: Sólidos sedimentables.

NE: No establecido. *: Referencia: NOM-003-SEMARNAT-1997 (DOF, 1997). **: Referencia: NOM-001-SEMARNAT-1996 (DOF, 1998). Fuente: Elaboración propia.

8.1.- Diagnostico técnico y operativo de la PTAR Operacionalmente hablando el flujo de influente no es problema para el

abastecimiento en la PTAR ya que al alimentarse directamente del Canal Rio

Churubusco se tiene garantizado el abastecimiento. De acuerdo con los resultados

obtenidos y relacionándolos a la tabla 9 se puede establecer que el influente de la

PTAR alcanza la categoría de contaminación fuerte en los parámetros de SST y

53


DBO5, no así en los parámetros restantes en donde se catalogaría como

contaminación media. Tomando los valores promedio de DBO5 y DQO del influente

se obtiene la relación DBO/DQO, para valorar la biodegradabilidad del influente,

obteniéndose: 340/713= 0.47. Al ser un dato mayor a 0.4 se concluye que el

influente es muy biodegradable (Betancourt & Salas, 2006). De acuerdo con los

resultados obtenidos en el efluente se observa que el agua residual tratada cumple

con la normatividad en los parámetros evaluados cumpliendo las características

para ser usada en riego.

Al realizar el diagnóstico de la PTAR se evaluó su funcionamiento y estado físico

en sus principales áreas, generándose los siguientes resultados:

8.1.1.- Tratamiento preliminar El hecho de que la PTAR de Nezahualcóyotl reciba aguas directamente del Canal

Rio Churubusco genera tres efectos directos sobre la operación de la PTAR, todos

benéficos:

1.- Se provoca un efecto de dilución de contaminantes de forma que aquellas

sustancias que pudieran ser problema en el sistema de tratamiento (grasas y

metales pesados) son diluidas en aguas que no los contienen, de esta forma se

eliminan los posibles problemas causados en el proceso de tratamiento,

amortiguándose su efecto y favoreciéndose el proceso de depuración.

2.- No existe el problema de que la operación de la PTAR se vea afectada por las

lluvias torrenciales que representarían un aumento brusco en el aumento del caudal,

se recibe un flujo controlado a través de la compuerta Miller.

3.-Las variaciones en el caudal del influente que recibe la PTAR son prácticamente

nulas, evitándose de esta forma una sobrecarga del proceso.

El sistema de regulación de caudal de agua cruda -la compuerta Miller- se encuentra

bien estructuralmente y funciona correctamente. El cárcamo de agua cruda se

encuentra en buen estado y sin fisuras, la tubería se encuentra en buenas

condiciones incluyendo la tubería de alivio. El sistema automático de recoja de la

rejilla funciona correctamente a una inclinación de 60o y la distancia entre la primer

54


reja y el colector de llegada es menor a 1 metro, lo que favorece una alta velocidad

que pudiera generar taponamientos (SINAT, 2014). Las rejillas se encuentran en

buen estado estructuralmente.

El Canal Parshall se encuentra en buen estado aunque la lectura del flujo de entrada

se realiza a través del medidor digital. Tomando en cuenta el ancho de la garganta

del Canal Parshall de 6 pulgadas y su longitud de 2.23 m se podría determinar el

flujo de entrada con la siguiente expresión (Pedroza, 2001):

𝑄𝑄 = 0.006937 ∗ 𝐻𝐻𝐻𝐻1.58

En donde el flujo (Q) se obtendría en lps y el valor de la profundidad del flujo en el

canal (Ha) se mediría en mm.

8.1.2.- Reactores Se cuenta con 7 reactores rectangulares de concreto armado de 7.9 m de largo, 8.0

m de ancho y 4 m de alto, sumando un volumen total de 1,770 m3, estructuralmente

se encuentran en buenas condiciones. Las escaleras, pasillos y pasarelas metálicas

se encuentran en buen estado. Los dos medidores automáticos de oxígeno disuelto

que se encuentran en los reactores no funcionan por lo que las determinaciones se

realizan con oxímetros portátiles. El sistema de aireación de los reactores está

formado por 1,114 difusores de ¾ de pulgada de entrada con diámetro de 5

pulgadas, fueron cambiados en el mes de julio de 2014 por difusores nuevos de la

misma dimensión y capacidad de aireación, con lo que se mejoró el sistema de

aireación.

8.1.3.- Digestores Los 2 digestores se encuentran bien estructuralmente, las pasarelas de las

estructuras y muros se encuentran en buen estado y las tuberías se encuentran en

buenas condiciones. En los digestores realizan correctamente su función, situación

que se confirma con la presencia de lodos de color negro y olor a tierra (LENNTECH,

2014b).

55


8.1.4.- Equipos de bombeo de flujo principal y de lodos de recirculación A finales del julio de 2014 se encontraban descompuestas dos de las tres bombas

-con capacidad de 35 lps cada una de ellas- en el cárcamo de bombeo de agua

cruda. Esta situación se corrigió con la reparación de las dos bombas lográndose

tener en funcionamiento las tres bombas; sin embargo, se decidió mantener una de

las tres bombas como reserva y que las otras dos trabajaran normalmente,

lográndose con esto incrementar el flujo de tratamiento en la PTAR de 35 a 70 lps. En el mes de marzo de 2014 se reparó también una de las dos bombas de

recirculación de lodos, lográndose el funcionamiento correcto de ambas bombas.

8.1.5.- Sedimentador Sus estructuras y escaleras se encuentran en buenas condiciones. El sistema motriz

del sedimentador no funciona por lo que el sistema de rastras no puede ser usado

para el retiro del material flotante de la superficie de sedimentador, aunque esta

situación no afecta demasiado el proceso de depuración no es lo óptimo, ya que

podría formarse una manto de lodos en la superficie del sedimentador generándose

condiciones anaeróbicas que provocarían olores fétidos.

8.1.6.- Proceso de cloración Para el proceso de cloración se emplea solución de hipoclorito de sodio al 13% y el

tanque de contacto está formado por una estructura de concreto en forma de

serpentín con dimensiones de 5.29 m de largo, 4.22 m de ancho y 3.17 m de

profundidad con un volumen útil de 52 m3 y un tiempo de retención de 8 min. La

estructura del tanque de contacto funciona correctamente y las tuberías no tienen

fugas. Para el almacenamiento de la solución de hipoclorito se usa un tanque de

5,000 lt de tipo atmosférico de material plástico -tinaco rotoplas-. Las 2 bombas

dosificadoras funcionan correctamente -a 3 gph-, usándose únicamente una y

teniendo la otra en reserva.

8.1.7.- Área de filtros Las tuberías del área de filtros se encuentran en buenas condiciones. Los 4 filtros

de disco funcionan correctamente. De los 14 filtros de arena 2 tiene fisuras en su

estructura externa con fugas visibles.

56


8.1.8.- Espesador y área de filtro prensa El sistema motriz de la rastra que separa el lodo digerido del agua sobrenadante

funciona correctamente y las tuberías se encuentran en buen estado.

El filtro prensa funciona correctamente, el sistema de agua para diluir el electrolito

no tiene fugas, la bomba para diluir el poli-electrolito funciona correctamente y el

sistema de disolución del poli-electrolito funciona correctamente. El tanque de acero

inoxidable de 1.3 m de diámetro y 1.40 m de alto para la dilución del electrolito no

presenta fugas y se encuentra en buenas condiciones. La tolva de depósito para los

lodos deshidratados -3 m3- se encuentra en buenas condiciones y el mecanismo de

apertura para vaciarla funciona bien.

8.1.9.- Depósito de agua tratada El depósito de concreto armado con capacidad de 1,560 m3 no presenta ninguna

fisura. Las tuberías hacia el cárcamo de bombeo de agua residual tratada están en

buenas condiciones. El sistema de bombeo de agua tratada funciona

correctamente.

8.2.- Caracterización de los flujos de proceso Durante el periodo de enero a junio del 2014 (primera caracterización) se tomaron

manualmente muestras simples, una vez por semana, en los puntos de muestreo

señalados en la sección 7.1.3, obteniéndose los resultados expuestos en la tabla 19

(con un volumen de influente de 35 lps), detallándose a continuación el

comportamiento de cada parámetro (tablas 20 a 37) y graficando los resultados

obtenidos del influente y efluente (figuras 22 a 38).

57


8.2.1.- DBO5 de influente y efluente

Tabla 19. DBO5 en mg/l de influente y efluente, primera

caracterización


La carga organica del influente no muestra grandes variaciones en el periodo

evaluado (tabla 19 y figura 22).En los meses de enero y febrero se obtuvo la menor

depuración del influente, situación que podría atribuirse a las bajas temperaturas

del influente que no favorecen el crecimiento de los microorganismos,afectando la

eficiencia del proceso de depuración (en la sección 7.5.7 de la metodologia del

control del proceso se explica el efecto de la temperatura en el proceso).

8.2.2.- DQO de influente y efluente Tabla 20. DQO en mg/l de

influente y efluente, primera caracterización.

Mes DQO

Influente (mg/l)

DQO Efluente (mg/l)

Enero 710 81 Febrero 737 94 Marzo 746 56 Abril 683 62 Mayo 723 72 Junio 713 71


Mes DBO5

Influente (mg/l)

DBO5 Efluente (mg/l)

Enero 345 36 Febrero 394 28 Marzo 315 22 Abril 360 26 Mayo 320 15 Junio 310 12 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio

DBO

5(m

g/l)

MES

DBO5 INFLUENTE Y EFLUENTE

DBO5 Influente (mg/l)DBO5 Efluente (mg/l)

Figura 22. Gráfica DBO5 en mg/l en influente y efluente, primeracaracterización.

0

100

200

300

400

500

600

700

800


DQO

(mg/

l)

MES

DQO INFLUENTE Y EFLUENTE

DQO Influente(mg/l)

Figura 23. Gráfica DQO en mg/l en influente y efluente, primeracaracterización.

58


Los valores de DQO del influente no varian mucho en el perido evaluado (tabla 20

y figura 23). Los valores de DQO del efluente aumentaron en el periodo de enero y

febrero a diferencia de los meses de marzo a junio, situación que puede explicarse

por las bajas temperaturas que disminuyen la eficiencia del proceso de depuración.

8.2.3.- Concentración de fósforo en influente y efluente. Tabla 21. Concentración de

fósforo en mg/l en influente y efluente, primera

caracterización.

Mes P (mg/l)

Influente Efluente

Enero 10 2 Febrero 8 3 Marzo 7 2 Abril 9 2 Mayo 11 3 Junio 7 2

Fuente: Elaboración propia

Las concentraciones de fósforo obtenidas en el influente variarón de 7 a 11 mg/l

(tabla 21 y figura 24), clasificandose al efluente -tomando como referencia la tabla

9- como contaminación media. El proceso de depuración desarrollado es efectivo

en la eliminación de fósforo del efluente obteniendose valores promedio de 2 mg/l.

8.2.4.- Sólidos suspendidor totales en influente y efluente En el periodo evaluado los valores de sólidos suspendidos totales en el efluente son

mayores a 300 mg/l (tabla 22 y figura 25). En el efluente el proceso de depuración

desarrollado logra alcanzar valores menores a 30 mg/l, excepto en 2 meses: enero y mayo.

0

2

4

6

8

10

12


P (m

g/l)

MES

FÓSFORO (P) INFLUENTE Y EFLUENTE

Influente Efluente

Figura 24. Gráfica concentración de fósforo en mg/l,primera caracterización. Fuente: Elaboración propia.

59


Tabla 22. Solidos suspendidos totales en mg/l

en influente y efluente, primera caracterización.

Mes SST (mg/l)

Influente Efluente Enero 398 32

Febrero 321 28 Marzo 345 25 Abril 368 26 Mayo 320 32 Junio 390 24


8.2.5.- Cloro residual libre en el efluente (CRL)

Tabla 23. Cloro residual libre en

mg/l en efluente, primera

caracterización.

Mes CRL

Efluente (mg/l)

Enero 0.17 Febrero 0.13 Marzo 0.19 Abril 0.2 Mayo 0.17 Junio 0.15


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

E N E R O F E B R E R O M A R Z O A B R I L M A Y O J U N I O

SST

(MG

/L)

MES

SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES INFLUENTE Y EFLUENTE

Influente Elfuente

Figura 25. Gráfica de sólidos suspendidos totales en mg/l en influente y efluente,primera caracterización. Fuente: Elaboracion propia.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25


DBO

5 (m

g/l)

MES

CLORO RESIDUAL LIBRE EFLUENTE

Figura 26. Gráfica de cloro residual libre en mg/l en efluente, primera caracterización. Fuente: Elaboracion propia.

60


Lo que se busca con la cloración del agua residual tratada es evitar el crecimiento

de bacterias y hongos en el sistema de riego (Smart, 2014).Aunque no existe

normatividad vigente en México en esta área de acuerdo con datos bibliográficos se

recomiendan valores entre 0.5 a 5 mg/l (Lenntech, 2014c). El promedio de CRL en

el efluente en el periodo evaluado fue de 0.16 mg/l (tabla 23 y figura 26).

8.2.6.- pH en reactores y lodo recirculado Tabla 24. pH en reactores y lodo recirculado, primera caracterización.

Mes PH

Lodos de recirculación

Reactor 1

Reactor 2

Reactor 3

Reactor 4

Reactor 5

Reactor 6

Reactor 7

Enero 7.9 7.9 7.8 7.8 7.8 7.8 7.9 7.9 Febrero 8 7.9 7.9 7.9 7.8 8 8 8.2 Marzo 7.8 7.9 7.8 7.8 7.7 7.7 7.8 7.9 Abril 8 8 8 7.9 8 8 8 8.1 Mayo 8 8.1 8 8 8 8 8 8.1 Junio 8 8.1 8 8 7.9 8.2 8.2 8.3


Figura 27. Gráfica de pH en reactores y lodo recirculado, primera caracterización. Fuente: Elaboración propia.

61


Los valores de pH en los reactores nos indican un carácter ligeramente basico (>7)

con un promedio de 7.95 (tabla 24 y figura 27).Las bacterias en el proceso de lodos

activados pueden sobrevivir en un rango de pH entre 5.0 a 10.0; sin embargo, el

rango óptimo es de 6.5 a 8.5 (Torrescano, 2009).

8.2.7.- Oxígeno disuelto en reactores y lodos recirculados

Tabla 25. Concentración de oxígeno disuelto en mg/l en reactores, primera caracterización

Mes Concentración de oxígeno disuelto (mg/l)

Tanque 1

Tanque 2

Tanque 3

Tanque 4

Tanque 5

Tanque 6

Tanque 7

Enero 0.127 0.23 0.49 0.98 1.89 2.63 4.02 Febrero 0.05 0.26 0.11 1.99 3.66 3.24 4.5 Marzo 0.2 0.31 0.43 0.75 1.67 2.4 3.36 Abril 0.04 0.47 0.79 0.76 1.14 2.74 3.25 Mayo 0.4 0.37 0.35 0.71 3.27 2.35 3.38 Junio 0.16 1 1.71 2.33 3.39 3.57 4.16


Figura 28. Gráfica de concentración de oxígeno disuelto en mg/l en reactores y lodo recirculado, primera

caracterización. Fuente: Elaboración propia.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

1 2 3 4 5 6 7

OXÍ

GEN

O D

ISU

ELTO

(MG

/L)

MES

CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO EN REACTORES

Tanque 1 Tanque 2 Tanque 3 Tanque 4

Tanque 5 Tanque 6 Tanque 7

62


Los valores recomendados de oxígeno disuelto (OD) se encuentran entre 1.5 a 2

mg/l para evitar generar zonas anaerobias dentro de los floc biológicos, evitándose

la generación de gases que disminuirían la densidad del floc haciendo que flotará

sin incorporar la masa del líquido (Guía Ambiental, 2014). En los resultados

obtenidos se observan concentraciones de OD muy irregulares e bajos, en

promedio 1.5 mg/l (tabla 25 y figura 28), sobre todo en los primeros 3 reactores. Si

bien es cierto que esta situación podría deberse a una mayor carga orgánica en

estos reactores, al estar más próximos a la descarga de agua cruda; aun así esta

situación no justifica los bajos valores de oxígeno disuelto en estos reactores. Los

difusores de aire se cambiaron en junio del 2014 y al usarse difusores de burbuja

media los taponamientos debidos a formación de sarro e impurezas no fueron un

problema. Con este cambio se mejoraron los niveles de OD en 5 de los 7

reactores y los niveles bajos de OD en los otros 2 reactores pueden deberse a la

falta de mantenimiento de los sopladores centrífugos provocándose una baja

eficiencia de inyección de aire.

8.2.8.- Conductividad electrica en reactores y lodos de recirculación La conductividad eléctrica (CE) es una expresión numérica de la capacidad de una

solución para transportar una corriente eléctrica. La determinación de CE es de gran

importancia pues da una idea del grado de mineralización del agua residual -a

mayor concentración de sólidos disueltos mayor conductividad-. El valor de la CE

está regulado por máximos permisibles en descargas de aguas residuales al

alcantarillado, en la calidad del agua para usos y actividades agrícolas, para

contacto primario y para el consumo humano (CONAGUA, 2000); aunque no está

regulada para aguas residuales tratadas nos da una idea de la variación sólidos

disueltos. Con los resultados obtenidos, en reactores y lodos recirculados, se obtuvo

un valor de promedio de 1807 μS/cm -con una desviación estandar de 112 μS/cm-,

lo que nos permite inferir una variación poco significativa de sólidos disueltos en los

flujos evaluados (tabla 26 y figura 29).

63


Tabla 26. Conductividad eléctrica en μS/cm en lodos de recirculación y reactores, primera caracterización.

Mes

Conductividad eléctrica en en μS/cm

Lodos de recirculación

Reactor 1

Reactor 2

Reactor 3

Reactor 4

Reactor 5

Reactor 6

Reactor 7

Enero 1604 1628 1624 1630 1623 1608 1607 1613 Febrero 1865 1889 1880 1887 1892 1877 1889 1877 Marzo 1826 1857 1876 1871 1860 1848 1858 1861 Abril 1819 1825 1861 1818 1818 1819 1816 1864 Mayo 1721 1719 1712 1708 1710 1706 1714 1713 Junio 1919 1964 1943 1965 1945 1948 1946 1945

Fuente. Elaboración propia.

Figura 29. Gráfica de Conductuvidad eléctrica en μS/cm en reactores y lodo recirculado, primera caracterización.


8.2.9.- Temperatura en reactores y lodos recirculados La temperatura como parámetro de operación en una PTAR, con relación a los

procesos meramente físicos -pretratamiento-, tiene efectos mínimos únicamente

provocados por la variación de la densidad del agua residual. Con relación a los

rendimientos obtenidos en los reactores biológicos y en la posterior sedimentación

su efecto es más acusado por afectar el crecimiento y desarrollo de los

microorganismos responsables de la depuración biológica (Díaz, 2003). Los valores

obtenidos de temperatura en los rectores y lodos recirculados nos reflejan una

64


disminución en los meses más fríos, enero a marzo, afectando ligeramente el

proceso de depuración al obtenerse precisamente en esos meses los valores más

altos de DBO5 y DQO en el efluente (tabla 27 y figura 30). La PTAR al encontrarse

localizada en una zona de clima templado no se ve afectada de forma alarmante

por este parámetro.

Tabla 27. Temperatura en oC en lodos recirculados y reactores, primera caracterización.

TEMPERATURA (oC)

Mes Reactor 1

Reactor 2

Reactor 3

Reactor 4

Reactor 5

Reactor 6

Reactor 7

Lodos recirculados

Enero 15.7 15.6 15.6 15.6 13.7 15.3 15.6 16.1 Febrero 11.6 11.6 15.9 11.6 11.7 11.6 11.6 11.2 Marzo 15 14 14 14 14.1 14.6 14.1 15.4 Abril 19 18.9 18.9 19 19 19 19.1 19.9 Mayo 20 18.2 18 18 19 18 18.1 17.4 Junio 22 22.8 21.6 21 22.1 21.9 21.9 17.4


Figura 30. Gráfica de temperatura en oC en reactores y lodo recirculado, primera caracterización. Fuente: Elaboración propia.

8.2.10.- Concentración de nitrógeno total en influente y efluente Los valores de concentración de nitrógeno en el influente variaron desde 48 a 39

mg/l (tabla 28 y figura 31). La remoción en el efluente se mantuvo en niveles

inferiores a 30 mg/l. Aunque el proceso de depuración no está diseñado para

65


generar una desnitrificación -con una disminución de los niveles de oxígeno

disuelto- esta se presenta, indicación de bajos niveles de aireación en los reactores.

Tabla 28. Concentración de nitrógeno en mg/l en influente

y efluente, primera caracterización.

Mes N (mg/l)

Influente Efluente Enero 48 29

Febrero 39 26 Marzo 46 22 Abril 43 25 Mayo 39 28 Junio 43 26 Fuente: Elaboración propia.

8.2.11.-Sedimentación de lodos activados en reactores Tabla 29. Sedimentación en reactor 1 en ml/l, primera caracterización.

Fuente: Elaboracion propia.

SEDIMENTACIÓN REACTOR 1 Tiempo

(min) Promedios mensuales

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 5 877.7 943.5 731.6 736 942 808

10 465.2 949 596.8 571 839 661 15 685.2 909 535.6 506 822 569 20 603.7 902 481.4 463 782 488 25 549 847 441.2 444 733 461 30 499.7 806 423.8 426 710 411 40 429.7 728 401.2 357 648 376 60 380.7 624 382.4 348 561 359 90 341.2 583.7 370 299 523 305

120 301.2 485.2 270 279 419 285 150 261.6 440 250 256 414 251 180 248.6 420 200 247 403 272 240 201.5 375 180 225 305 258

20

25

30

35

40

45

50

E N E R O F E B R E R O M A R Z O A B R I L M A Y O J U N I OCCO

NCE

NTR

ACIÓ

N D

E N

ITRÓ

GEN

O (M

G/L)

MES

C O N C E N T R A C I Ó N D E N I T R Ó G E N O E N I N F L U E N T E Y E F L U E N T E

Influente

Figura 31. Gráfica de concentración de nitrógeno en mg/l en influente y efluente, primera caracterización. Fuente: Elaboración propia.

66


Figura 32. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 1, primera caracterización. Fuente: Elaboración propia.

Tabla 30. Sedimentación en ml/l en reactor 2, primera caracterización.

SEDIMENTACIÓN REACTOR 2

Tiempo (min)

Promedios mensuales


0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 5 880.5 971 812.2 724.5 937.2 833.6

10 857.2 944.2 703.2 535.2 901.5 690 15 680 921.7 589.7 450.5 828.7 571.2 20 618.2 885.2 534.2 407.2 782.7 495.6 25 572.2 848.2 489.5 381.7 720.5 478.2 30 514 811.5 474.2 361.2 681 428 40 478.5 740.7 416.5 327.7 608.5 392.4 60 374 635 390.5 298.2 519.2 345.6 90 342 517.7 355.8 268.5 446.8 307

120 304.2 463 286.6 255.7 428.5 290.6 150 285.5 427.7 278.5 247.6 403 279 180 241.5 367.3 270 234 370 272 240 231.5 346.6 240 223 280 257.8

Fuente. Elaboración propia.

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 4 0

SEDI

MEN

TACI

ÓN

(ML/

L)

TIEMPO (MIN)


Enero Febrero Marzo

Abril Mayo Junio

67



Tabla 31.Sedimetación en reactor 3 en ml/l, primera caracterización.

SEDIMENTACIÓN EN EL REACTOR 3 Tiempo


Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 5 853.7 966.7 808.6 799 959 821

10 718.5 946 679.6 610.5 916 696 15 668.7 904.5 550.2 515.5 811 545.8 20 583.7 853.7 477 452 775 472.2 25 526.5 810.5 435 421.5 653 445 30 481.5 758.7 410.2 396 654 403 40 423.2 665.2 360.4 335.7 609 372.2 60 354.2 553.5 322.2 311.5 551 321.8 90 311.7 479.2 292.4 286.2 442 279.8

120 290.2 392 290 256.5 407 274.6 150 275.5 388.7 232.3 254.5 372 262 180 269.5 377.7 205 247 364 249.4 240 225 362.6 180 237.6 300 242.8


200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 4 0

SEDI

MEN

TACI

ÓN

(ML/

L)

TÍEMPO (MIN)


Enero Febrero Marzo

Abril Mayo Junio

68


Figura 34. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 3, primera caracterización.


Tabla 32. Sedimentación en rector 4 en ml/l, primera caracterización.



Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 5 883 967 848.6 814 956 836

10 739 939.5 660.6 605 897.5 646 15 654 908.2 542.6 506 831.5 529 20 573 860.2 480.2 449 716.5 476 25 520 811.7 456.2 426 709 441 30 470 776.2 400.4 396 646 408 40 405 701.7 352.2 348 558.5 369 60 347 590.2 301.4 299 480.5 332 90 303 488.5 281.6 277 407 287

120 279 404.2 270.2 261 364.7 269 150 262 380.7 257.2 256 349.5 259 180 255 349.2 245.2 246 333.7 245 240 226 297 243 200 316.2 242


200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 4 0

SEDI

MEN

TACI

ÓN

(ML/

L)

TIEMPO (MIN)


Enero Febrero Marzo

Abril Mayo Junio

69



Tabla 33. Sedimentación en reactor 5 en ml/l, primera caracterización.



Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 5 843.3 971.75 852 817 962.3 836.4

10 748 947.5 688 612 920.8 670.4 15 658.3 915.75 575.6 522 842 534.4 20 588.3 871.75 501.8 430 785.5 477.4 25 534.3 825.75 460 412 739.5 440.6 30 485.3 785.5 428.4 386 691.3 409 40 390.3 707.25 377.8 346 614.8 374.8 60 350.3 597.5 330.2 304 519.8 330.4 90 304.3 495.5 289.4 273 437 293.8

120 275.8 424.25 273.2 259 391.5 272.6 150 263.3 396.25 264 254 359.8 258.6 180 262.5 348.25 263.8 246 340.3 243.4 240 261 319.67 252.5 226 298.3 236.2


200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 4 0

SEDI

MEN

TACI

ÓN

(ML/

L)

TIEMPO (SEG)


Enero Febrero

Marzo Abril

Mayo Junio

70





SEDIMENTACIÓN REACTOR 6 Tiempo

(min) Promedios mensuales (ml/l)

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 5 888.7 973.7 803.8 738 958.5 824

10 767 954.5 691.2 598.2 905 675 15 650 907 566.6 526.2 844.7 537 20 588 863.7 488.4 464 771.2 472 25 534.2 822 445.6 424.5 720 431 30 460.2 800.7 407 399.5 684 399 40 423.5 669.2 369.2 353 604.7 386 60 377.2 587.5 312.6 302 524.7 326 90 313.7 484.7 279.6 276.7 432.5 290

120 287 421 266.8 258.5 397 266 150 261.5 369.5 247.8 250 362 253 180 262.7 340.5 245.8 242.5 338.7 245 240 224 315.6 231.5 227.2 316.5 235


200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 4 0

SEDI

MEN

TACI

IÓN

(ML)

TIEMPO (MIN)


Enero Febrero

Marzo Abril

Mayo Junio

71


Figura 37. Grafica sedimentación en ml/l en reactor 6, primera caracterización.




Tiempo(min) Promedios mensuales

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 0 1000 1000 1000 1000 1000 1000 5 921 971.75 835.2 800 965.5 835.4

10 835 955 728.4 693 928.8 663.4 15 746.8 929 644.6 601.3 904.5 574.6 20 698.8 899.5 593.6 540 855.8 541.2 25 643 878.25 557 519.3 828.8 492.4 30 615 843 529.2 518 802 463.8 40 542.8 801 473.2 420.8 742.5 420.8 60 441.5 736.75 409.8 352 662.5 348.8 90 381.3 634.75 341 308.5 558.8 316.4

120 318.8 531.25 302.2 296 486.8 288.4 150 279.5 449.75 276.6 265.8 436.8 282.8 180 282.3 400.25 264.6 246.3 374.3 254.8 240 265.3 364 255.5 239.5 333.5 242.4


200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 4 0

SEDI

MEN

TACI

ÓN

(ML/

L)

TIEMPO (MIN)


Enero Febrero Marzo

Abril Mayo Junio

72



Fuente: Elaboración propia. Partiendo de los resultados obtenidos (tablas 29 a 35 y figuras 32 a 38) se observa

en los 7 reactores un comportamiento muy similar:

-En los meses de febrero y mayo se presenta una sedimentación muy rapida del

licor mezclado.

-De acuerdo con la curva de sedimentación el mes en el que se presenta la

sedimentación más adecuada fue abril,. En los meses restantes -excepto febrero y

mayo- la sedimentación no fue tan optima, aunque no puede considerarse como

una sedimentación lenta que afecte en gran medida el proceso de depuración..

8.3.- Eficiencia de remoción obtenidas de los parámetros evaluados En el periodo evaluado de enero a junio de 2013 -primera caracterización- se

obtuvieron los resultados de eficiencia de remoción registrados en la tabla 36.

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 4 0

SEDI

MEN

TACI

ÓN

(ML/

L)

TIEMPO (MIN)


Enero Febrero

Marzo Abril

Mayo Junio

73


Tabla 36. % de remoción de contaminantes en el agua residual tratada en la PTAR, primera caracterización.

Mes DQO (mg/l) DBO5 (mg/l) SST (mg/l)

Influente Efluente % Remoción Influente Efluente %

Remoción Influente Efluente % Remoción

Enero 710 81 88.6 345 36 89.6 398 32 91.9 Febrero 737 94 87.2 394 28 92.9 321 28 91.3 Marzo 746 56 92.5 315 22 93 345 25 92.8 Abril 683 62 90.9 360 26 92.8 368 26 92.9 Mayo 723 72 90 320 15 95.3 320 32 90 Junio 713 71 90 310 12 96.1 390 24 93.8

Promedio 718.6 72.6 89.9 340.6 23.2 93.2 357 27.8 92.2

Mes Fósforo (mg/l) Nitrógeno (mg/l)

Influente Efluente % Remoción Influente Efluente %

Remoción Enero 10 2 80 48 29 39.6

Febrero 8 3 62.5 39 26 33.3 Marzo 7 2 71.4 46 22 52.2 Abril 9 2 77.8 43 25 41.9 Mayo 11 3 72.7 39 28 28.2 Junio 7 2 71.4 43 26 39.5

Promedio 8.6 2.3 73.3 43 26 39.5 Fuente: Elaboración propia.

Los valores más bajos de % de remoción son en el nitrógeno y fósforo;sin embargo,

los valores obtenidos en el efluente, en ambos parametros, se encuentran dentro

de normatividad (tabla 7). En los parámetros restantes los valores de remoción se

encuentran por arriba del 90%.

8.4.- Parámetros de operación en el proceso Con los datos generados en las caracterizaciones realizadas en la PTAR es posible

calcular la relación F/M, el TRH, el TRS, tal y como se describe a continuación.

8.4.1.- Parámetros de operación en el proceso Se tomaron los valores promedio mensuales de sólidos suspendidos volátiles

(SSVLM), obteniéndose el promedio de los 7 reactores para generar un valor

representativo mensual. En el periodo evaluado se mantuvo un flujo de tratamiento-

Qo- de 35 lps (3024 m3/día) y con los valores obtenidos de DBO5 en el influente

(tabla 19) se calculó la relación F/M del proceso empleando la fórmula 7 (sección

11.7), obteniéndose los datos de la tabla 37.

74


Tabla 37. Relación F/M en día-1, primera caracterización.

Mes So (mg/l) V (m3) Qo (m3/día) SSVLM (Kg) F/M (dia-1) Enero 345 1770 3024 2052 0.29

Febrero 394 1770 3024 1893 0.36 Marzo 315 1770 3024 2120 0.25 Abril 360 1770 3024 1945 0.32 Mayo 320 1770 3024 1997 0.27 Junio 310 1770 3024 2034 0.26


Comparando los valores obtenidos de este parámetro con los valores bibliográficos

(Tabla 18, sección 7.5) se observa que se encuentran dentro de lo normal. El valor

promedio de la relación F/M en el periodo fue de 0.29 dia-1, cuando lo recomendado

está en el rango de 0.2 a 0.5 dia-1.

8.4.2.- Calculo del TRH En el periodo evaluado se calculó el tiempo de residencia hidráulico (TRH) con la

fórmula 10 (sección 11.9), obteniéndose los valores de la tabla 38. El valor obtenido

de 0.59 día, comparándolo con el recomendado en bibliografía (tabla 18, sección

7.5) es mayor al recomendado de 0,16 a 0.33 días.

Tabla 38. Tiempo de residencia hidráulico en días, primera caracterización.


8.4.3.- Calculo del TRS En el periodo evaluado, enero a junio de 2014, se calculó el valor del tiempo de

retención de sólidos -TRS- utilizando los valores definidos en la fórmula 9 (sección

11.8), obteniéndose los datos de la tabla 39.

Tabla 39. Tiempo de retención de sólidos en días, primera caracterización.


V (m3) Qo (m3/día) TRH (día) 1770 3024 0.59

Mes V (m3)

Xv (mg/l)

Qw (m3/día)

Xr (mg/l)

Qe (m3/día)

Xe (mg/l)

TRS (día)

Enero 1770 2620 305 3580 2719 32 3.93 Febrero 1770 2740 302 3560 2722 28 4.21 Marzo 1770 2890 298 3490 2726 25 4.62 Abril 1770 2679 310 3550 2714 26 4.05 Mayo 1770 2619 299 3568 2725 32 4.02 Junio 1770 2788 290 3400 2734 24 4.69

75


Los valores obtenidos del tiempo de retención de sólidos (TRS), comparados a los

valores recomendados por bibliografía (Tabla 18, sección 7.5), se encuentran

ligeramente bajos -se recomiendan valores entre 5 a 15 días y el valor promedio

que se obtuvo fue de 4.25 días.

8.5.- Sólidos sedimentables y observaciones visuales de influente y efluente Durante el periodo evaluado -primera caracterización- se determinaron los sólidos

sedimentables en el influente y efluente, generándose los datos registrados en la

tabla 40.

Tabla 40. Sólidos sedimentables en ml/l en influente y efluente, primera caracterización.

Mes Sólidos sedimentables (ml/l)

Influente Efluente Enero 1.1 0

Febrero 1.7 0 Marzo 1.4 0 Abril 1.2 0 Mayo 1.5 0 Junio 1.1 0


Además se realizaron las observaciones físicas en los flujos mencionados,

encontrándose:

-Influente, sin presencia de material flotante, agua turbia y grisácea de olor fétido

con valores promedio de solidos sedimentables de 1.3 ml/l;

-Efluente, sin presencia de material flotante, agua turbia y tonalidad amarilla con

olor a tierra mojada sin presencia de sólidos sedimentables.

76


9.- PROPUESTA DE MEJORA Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Se propusieron medidas para optimizar el funcionamiento de la PTAR, buscándose

su implementación. En la tabla 41 se registran los datos generados de esta

propuesta.

Tabla 41. Propuestas de mejora y sus resultados en su implementación.

SITUACION PROPUESTA RESULTADO Baja capacidad de tratamiento. Reparación de las 2 bombas del

cárcamo de agua cruda. Se realizó la reparación en junio de 2014, aumentando la capacidad de procesamiento en la planta de 35 lps a 70 lps. La tercera bomba disponible quedo como reserva.

Poca capacidad de recirculado de lodos disminuyendo capacidad operativa.

Reparación de la bomba de lodos de recirculación que no funcionaba.

Se realizó la reparación en octubre de 2014, quedando una bomba como reserva.

Formación de lodos y espuma en la superficie del sedimentador.

Reparación del sistema motriz del sedimentador secundario.

No se ha realizado.

Niveles bajos de oxígeno disuelto en los reactores biológicos.

Cambio de los difusores en los reactores.

Se realizó el cambio de los difusores en junio de 2014.

Necesidad de evitar taponamientos en el canal de entrada.

Modificar la distancia entre la reja de entrada y el colector de llegada a por lo menos 1.5 m.

No se ha realizado.

Necesidad de evaluar parámetros en la operación de la PTAR.

Compra de fotómetros adicionales para determinaciones de iones específicos: nitratos, nitritos, cromo, cianuro y cadmio, buscando mejorar el control del proceso.

No se ha realizado.

Acondicionar el laboratorio para poder determinar coliformes.

No se ha realizado.

Necesidad de observación microscópica en los lodos activados.

Adquirir un microscopio óptico para observaciones de flóculos.

Se realizó en marzo de 2014.

Necesidad de mantener los equipos trabajando correctamente.

Implementación de un programa de mantenimiento preventivo y correctivo en la planta.

Ya se presentó el programa elaborado a la Dirección General del Organismo, se está a la espera de su aprobación para implementarlo.

Mantenimiento mayor al transformador.

No se ha realizado.

Adquisición de por lo menos un kit completo de herramienta, propuesto en el anexo 2, para el personal.

No se ha realizado.

Necesidad de instalaciones limpias y presentables.

Implementar un programa permanente de limpieza en pasillos y andadores.

Se realizó a partir de enero de 2014.

Colocar un poli pasto eléctrico para el vaciado de basura de los contenedores de la sección de rejillas.

No se ha realizado.

Aplicación de pintura en barandales y andadores.

Se realizó en febrero de 2015.


77


9.1. Segunda caracterización. Gracias a que se repararon las bombas del cárcamo de agua cruda en junio del

2014 se logró incrementar el flujo de tratamiento a 70 lps, empleándose

simultáneamente 2 de las 3 bombas. Con este nuevo flujo de tratamiento (segunda

caracterización) se generaron los resultados registrados en las tabla 42 y 43, en el

periodo de agosto de 2014, empleando muestras simples tomadas manualmente

una vez por semana.

Tabla 42. % de remoción de contaminantes en influente y efluente, segunda caracterización.

PARÁMETRO (mg/l) INFLUENTE EFLUENTE %

REMOCIÓN DQO 769 86 88.8 DBO5 368 28 92.4

SST 312 18 94.2 P 13 4 69.2 N 38 23 39.5


Tabla 43. Valores de parámetros en reactores en las unidades indicadas, segunda caracterización.

Reactor 1

Reactor 2

Reactor 3

Reactor 4

Reactor 5

Reactor 6

Reactor 7

pH 7.8 8.1 8.1 7.8 8.0 7.9 8.1 Temperatura (Co) 23 21 22 21 22 22 10 Oxígeno disuelto (mg/l) 1.6 2.1 2.8 2.6 3.5 2.4 2.2 Conductividad eléctrica (µS/ cm) 1856 1956 1841 1995 1899 1988 1947


Los resultados obtenidos de pH, temperatura y conductividad eléctrica no variaron sustancialmente en comparación a la primera caracterización. En donde

sí se obtuvieron resultados diferentes fue en la concentración de OD en los

reactores, alcanzándose valores superiores a 2 mg/l en 6 de los 7 reactores, esta

situación puede deberse al cambio de difusores que se realizó. En el reactor que no

se alcanzó esta condición fue en el 1, sin embargo debe recordarse que es en ese

reactor donde llega el agua cruda, existiendo mayor carga orgánica, lo que puede

provocar una disminución en el valor de OD.

78


Se calcularon los parámetros de operación para el nuevo flujo de tratamiento -de

acuerdo con la metodología desarrollada en la sección 7.2- obteniéndose los

resultados registrados en la tabla 44.

Tabla 44. Parámetros y condiciones de operación en las unidades indicadas, segunda caracterización.

Segunda caracterización

Parámetro V (m3) Xv (mg/l)

Qw (m3/Día)

Xr (mg/l)

Qe (m3/Día)

Xe (mg/l)

TRS (Día)

Resultado 1770 4100 510 3100 5538 18 4.32

Parámetro So (mg/l) V (m3) Qo

(m3/Día) SSVLM

(Kg) F/M

(Dia-1) TRH (Día)

Resultado 312 1770 6048 2047 0.49 0.29 Fuente: Elaboración propia.

Comparando los resultados obtenidos en la primera caracterización -con un flujo

de tratamiento de 35 lps- con la segunda caracterización -a 70 lps- se generan los

datos registrados en la tabla 45.

Tabla 45. Comparación de parámetros de las dos caracterizaciones en las unidades indicadas.

PARÁMETRO UNIDADES PRIMERA CARACTERIZACIÓN SEGUNDA CARACTERIZACIÓN

INFLUENTE EFLUENTE INFLUENTE EFLUENTE DQO mg/l 718.6 72.6 769 86 DBO5 mg/l 340.6 23.2 368 28 SST mg/l 357 27.8 312 27

Nitrógeno mg/l 43 26 38 23 Fósforo mg/l 8.6 2.3 13 4

CRL mg/l ND 0.16 ND 0.14 Qo m3/d 3024 6048 Qw m3/d 300.66 510 Qe m3/d 2723.33 5538

F/M día-1 0.29 0.49 TRH día 0.59 0.29 TRS día 4.25 4.32

ND: No determinado CRL: Cloro residual libre.


79


10.- PROPUESTAS DEL MANUAL BÁSICO DEL ÁREA DE LABORATORIO El manual que se propone incluye indicaciones generales de seguridad y las

determinaciones más representativas del laboratorio: temperatura, pH, DBO5, DQO,

iones específicos, solidos totales, -en sus diferentes modalidades-, oxígeno

disuelto, solidos sedimentables, coliformes y cloro residual libre.

10.1.-Indicaciones generales de seguridad Antes de trabajar en el laboratorio el personal debe de familiarizarse con algunas

medidas generales de seguridad: no comer , no tomar, no fumar, no guardar comida

en los refrigeradores, no bloquear los accesos a las salidas y los controles de los

equipos, mantener el laboratorio limpio y ordenado a toda hora, limpiar de inmediato

la cristalería usada y el agua y químicos derramados, evitar el contacto de los

químicos con la piel -asumir que todas las sustancias desconocidas son tóxicas-,

usar guantes de protección y pinzas al tomar soluciones o trastes calientes usar pro

pipeta al manejar químicos o muestras de agua residual -no aspirar con la boca-, no

dejar prendido el equipo eléctrico por la noche a menos que cuente con un control

confiable de temperatura, usar el equipo de protección personal, usar lentes de

seguridad para evitar salpicaduras, usar las batas de laboratorio a toda hora, usar

guantes gruesos y largos al codo al manejar productos químicos peligrosos, usar

zapatos de seguridad y ubicar el botiquín de primeros auxilios y los extinguidores.

10.2.- Determinación de temperatura Alcance. Este método de prueba es aplicable a todas las muestras recolectadas en

la PTAR, para su determinación se tomó como referencia la norma NMX-AA-007-

SCFI-2013 (CONAGUA, 2013c).

Fundamento. Propiedades de la materia para dilatarse o contraerse con los

cambios de temperatura y las propiedades eléctricas y físicas de los materiales con

los que se realiza la medición.

Materiales y herramientas. Equipos marca Hanna con sensor de termistor con

precisión de lectura de 0.2 oC en el intervalo comprendido de 0oC A 80oC.

80


Procedimiento. Siempre que sea posible se debe realizar la medición directamente

en el cuerpo de agua, se debe tomar en un volumen suficiente de muestra para que

el instrumento quede debidamente inmerso y enjuagar con agua destilada o des

ionizada el instrumento de medición. Las lecturas se obtienen directamente de la

escala del aparato en oC con aproximación al décimo de grado. Esperar el tiempo

suficiente para obtener mediciones constantes.

10.3.-Determinación de pH Alcance. Se aplicara a todas las muestras simples recolectadas en la PTAR, para

su determinación se siguieron las recomendaciones de la norma correspondiente -

NMX-AA-008-SCFI-2001- (CONAGUA, 2011).

Fundamento. Esta prueba se basa en la determinación de la actividad de iones

hidrógeno empleando un instrumento potenciométrico con sensibilidad para

reproducir pH de 0.05 o 0.005 unidades, usando un electrodo indicador al ion

hidrógeno -un electrodo de vidrio- y un electrodo de referencia apropiado detectando

en el aparato el potencial en mili volts (mV) y en unidades de pH.

Materiales y herramientas. Potenciómetro digital marca Hanna.

Procedimiento. Preparar el electrodo y conectarlo al medidor digital, encender el

medidor y seleccionar la opción de medir pH, enjuagar el electrodo con agua

destilada antes de cualquier medición, introducir el electrodo en la muestra, oprimir

el botón de “lectura”, agitar el electrodo suavemente para agilizar la lectura de pH y

esperar a que la lectura en la pantalla se estabilice. Registrar la lectura con

aproximación a decima.

10.4.- Determinación de demanda bioquímica de oxígeno En esta determinación el resultado se expresa en mg/l y para la determinación de

este parámetro de toma como referencia la norma ambiental vigente NMX-AA-028-

SCFI-2001(CONAGUA, 2001a).

Alcance. Se determina en agua residual y al agua residual tratada.

Fundamento. El método consiste en llenar, con una dilución adecuada de la

muestra, un frasco hermético de tamaño especifico e incubarlo a 20 oC durante 5

81


días. Se mide el oxígeno disuelto antes y después de la incubación y la DBO5 se

calcula mediante la diferencia entre el oxígeno disuelto inicial y el final (Hach, 2014).

Materiales y herramientas. Respirómetro BODTrakTM II, consta

fundamentalmente de una unidad modular que está provista de un cable de

alimentación eléctrica. Se usarán además balanza analítica, botellas Wintler de 300

ml, pipetas y probetas.

Procedimiento. Preparación del agua de disolución, colocar el volumen requerido

de agua en un frasco y añadir por cada litro de agua un ml de cada una de las

siguientes disoluciones: sulfato de magnesio, cloruro de calcio, cloruro férrico y

amortiguadores de fosfatos. Saturar con oxígeno agitando vigorosamente durante

10 minutos. Aplicar la técnica de dilución correspondiente: 0.25% al 4% para el

influente y de 5 al 30% para el efluente. Incubar la muestra a 20 oC durante 5 días

manteniendo el sello hidráulico. El equipo muestra en forma digital el resultado del

oxígeno disuelto antes y después de la incubación y la DBO5 se calcula mediante la

diferencia entre el oxígeno disuelto inicial y el final (Hach, 2014a). Registrar el

resultado de DBO5 de la muestra al quinto día en mg/l (recalcular el valor si se usó

dilución en la muestra).

10.5.- Determinación de DQO La determinación se realiza empleando un espectrofotómetro marca Hach, un

termómetro integrado, vasos de precipitado, micro pipeta automática de punta

desechable y un agitador magnético (Nadal, Mengual & Marco, 2010). Para la

determinación de este parámetro de tomó como referencia la norma ambiental

vigente NMX-AA-030-SCFI-2001 (CONAGUA, 2001b).

Alcance. Se determina al agua residual y al agua residual tratada.

Fundamentos. Se entiende por demanda química de oxígeno la cantidad de

materia orgánica e inorgánica, en un cuerpo de agua, susceptible a ser oxidada por

un oxidante fuerte -ácido crómico y sulfúrico a ebullición-.

Materiales y herramientas. Se utiliza: un espectrofotómetro marca Hanna C214, -

con bloque digestor capaz de alcanzar y mantener la temperatura a 148 oC-, tubos

82


de reacción preparados -cubetas test-, termómetro, vasos de precipitados, micro

pipeta automática con puntas desechables y un agitador magnético.

Procedimiento. La marcha a detalle de esta determinación se encuentra en el

manual del espectrofotómetro C-214 registrado en la tabla 47. En el

espectrofotómetro se toman los valores de DQO en mg/l y si es necesario se corrige

el resultado en caso de dilución de la muestra.

10.6.- Determinaciones de iones y elementos específicos Alcance. Se determina al agua residual y al agua residual tratada.

Fundamento. El principio de determinación es la “fotometría”, que es un método

óptico basado en el principio por el cual muchas sustancias, combinadas con

reactivos adecuados, dan lugar a la formación de un color determinado cuya

intensidad es proporcional a la concentración de la sustancia a medir. Cuando una

sustancia se expone a un haz de luz inicial una parte de la radiación es absorbida

por las moléculas de la sustancia que a su vez emite una radiación de intensidad

inferior.

Materiales y herramientas. Fotómetro Multiparamétrico marca Hanna Instruments.

Procedimiento. A diferencia de los espectrofotómetros convencionales y

electrodos de ion selectivo el equipo que se usará no presenta los típicos problemas,

tales como largos tiempos de preparación y de respuesta, reactivos costosos o la

necesidad de compensar la temperatura, las mediciones se visualizan directamente

en pantalla (Hanna, 2014a). La marcha a detalle de estas determinaciones se

encuentra directamente en los manuales de los espectrofotómetros registrados en

la tabla 46.

83


Tabla 46. Relación de manuales de espectrofotómetros para determinaciones de iones específicos.


10.7. Determinación de sólidos totales (sólidos suspendidos y sólidos suspendidos volátiles) Las determinaciones se realizarán tomando como referencia la norma ambiental

vigente: la NMX-AA-034-SCFI-2001 (CONAGUA, 2001c). Se determinarán sólidos

suspendidos totales y sólidos suspendidos volátiles en muestras de influente y

efluente.

Alcance.se determinará a las muestras de agua residual y residual tratada.

Principio. El principio de este método se basa en la medición cuantitativa de los

sólidos y sales disueltas así como la cantidad de materia orgánica contenidos en

aguas naturales y residuales, mediante la evaporación y calcinación de la muestra

filtrada o no, en su caso, a temperaturas específicas, en donde los residuos son

pesados y sirven de base para el cálculo del contenido de estos (CONAGUA, 2001).

Materiales y herramienta. Bomba de vacío, estufa eléctrica para operar de 103°C

a 105°C, balanza analítica con precisión de 0.1 mg, mufla eléctrica para operar a

500°C ± 50°C, cápsulas de evaporación adecuadas al volumen de la muestra,

desecador provisto con un desecante que contenga un indicador colorido de

humedad, crisol Gooch de poro fino con adaptador de hule para el equipo de

filtración, matraz Kitazato de 1 a 2 litros de capacidad, filtro de fibra de vidrio de

tamaño adecuado al crisol Gooch utilizado con una porosidad de 2 μm o menor y

pinzas para crisol.

ESPECTROFOTOMETRO DETERMINACIÓN PÁGINA DEL MANUAL

REFERENCIA

C-214 Nitrógeno total 37 Hanna, 2014b HI-83200 Fósforo total 29 Hanna, 2014c HI-83200 Nitratos 89 Hanna, 2014c HI-83200 Nitritos 91 Hanna, 2014c HI-83200 Cromo 42 Hanna, 2014c HI-83200 Cianuro 55 Hanna, 2014c HI-4103 Cadmio 10 Hanna, 2014d C-214 DQO 50 Hanna, 2014b

HI-83200 Cloro residual libre 33 Hanna, 2014c

84


Procedimiento. Preparación de cápsulas de porcelana: las cápsulas se introducen

a la mufla a una temperatura de 550°C ± 50°C durante 20 min como mínimo.

Después de este tiempo transferirlas a la estufa a 103°C - 105°C aproximadamente

20 min. Sacar y enfriar a temperatura ambiente dentro de un desecador. Pesar las

cápsulas y registrar los datos. Repetir el ciclo hasta alcanzar el peso constante, el

cual se obtendrá hasta que no haya una variación en el peso mayor a 0.5 mg.

Registrar como peso G.

Preparación de crisoles Gooch: introducir el filtro de fibra de vidrio en el crisol con

la cara rugosa hacia arriba, mojar el filtro con agua para asegurar que se adhiera al

fondo del crisol. Los crisoles se introducen a la mufla a una temperatura de 550°C

± 50°C, durante 20 min como mínimo. Después de este tiempo transferirlos a la

estufa a 103°C - 105°C aproximadamente 20 min. Sacar y enfriar a temperatura

ambiente dentro de un desecador. Pesar los crisoles y repetir el ciclo hasta alcanzar

el peso constante, el cual se obtiene hasta que no haya una variación en el peso

mayor a 0.5 mg. Registrar como G3.

Preparación de la muestra: sacar las muestras del sistema de refrigeración y permitir

que alcancen la temperatura ambiente. Agitar las muestras para asegurar la

homogeneización de la muestra.

10.7.1.- Determinación de solidos totales (ST) En función de la cantidad de sólidos probables tomar una cantidad de muestra que

contenga como mínimo 25 mg/l de sólidos totales, generalmente 100 ml de muestra

es un volumen adecuado. Transferir la muestra a la cápsula de porcelana que

previamente ha sido puesta a peso constante. Llevar a sequedad la muestra en la

estufa a 103°C-105°C. Enfriar en desecador hasta temperatura ambiente y

determinar su peso hasta alcanzar peso constante. Registrar como peso G1.

Calcular el contenido de sólidos totales de las muestras con formula (1):

𝐒𝐒𝐒𝐒 = 𝐆𝐆𝐆𝐆−𝐆𝐆𝐕𝐕𝐕𝐕

𝐆𝐆𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 ….. (1) En donde:

ST: Sólidos totales (mg/l) G: Peso de la capsula vacía (mg) G1: Peso de la capsula con el residuo después de la evaporación (mg) V: Volumen de la muestra (ml)

85


10.7.2.- Determinación de solidos totales volátiles (SVT) Introducir la cápsula conteniendo el residuo de ST a la mufla a 550°C ± 50°C durante

15 min a 20 min, transferir la cápsula a la estufa a 103°C - 105°C aproximadamente

20 min, sacar la cápsula, enfriar a temperatura ambiente en desecador y determinar

su peso hasta alcanzar peso constante. Registrar como peso G2. Calcular el

contenido de sólidos totales volátiles de las muestras con la fórmula (2):

𝐒𝐒𝐕𝐕𝐒𝐒 = 𝐆𝐆𝐆𝐆−𝐆𝐆𝐆𝐆𝐕𝐕𝐕𝐕

𝐆𝐆𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 ….. (2) En donde:

SVT: Concentración de material orgánica, medida como sólidos volátiles totales (mg/l)

G1: Peso de la capsula con el residuo después de la evaporación (mg)

G2: Peso de la capsula con el residuo después de la calcinación (mg) Vm: Volumen de la muestra (ml)

10.7.3.- Determinación de solidos suspendidos totales (SST) Medir con una probeta, un volumen adecuado de la cantidad seleccionada de

muestra previamente homogeneizada la cual depende de la concentración

esperada de sólidos suspendidos. Filtrar la muestra a través del crisol Gooch

preparado anteriormente aplicando vacío, lavar el disco tres veces con 10 ml de

agua, dejando que el agua drene totalmente en cada lavado. Suspender el vacío y

secar el crisol en la estufa a una temperatura de 103°C a 105°C durante 1 h

aproximadamente. Sacar el crisol, dejar enfriar en un desecador a temperatura

ambiente y determinar su peso hasta alcanzar peso constante registrar como peso

G4. Calcular el contenido de sólidos suspendidos totales de las muestras con la

fórmula (3):

𝐒𝐒𝐒𝐒𝐒𝐒 = 𝐆𝐆𝐆𝐆−𝐆𝐆𝐆𝐆𝐕𝐕𝐕𝐕

𝐆𝐆𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 ….. (3) En donde:

SST: Sólidos suspendidos totales (mg/l) G3: Peso del crisol con el disco a peso constante (mg) G4: Peso del crisol con el disco y el residuo seco (mg) Vm: Volumen de la muestra (ml)

10.7.4.- Determinación de solidos suspendidos volátiles (SSV). Introducir el crisol que contiene el residuo de SST y el disco a la mufla, a una

temperatura de 550°C± 50°C durante 15 min a 20 min. Sacar el crisol, de la mufla e

introducirlo a la estufa a una temperatura de 103°C - 105°C durante 20 min

aproximadamente. Sacar y enfriar a temperatura ambiente en desecador y

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determinar su peso hasta alcanzar peso constante. Registrar como peso G5.

Calcular el contenido de sólidos suspendidos volátiles de las muestras con la

fórmula (4):

𝐒𝐒𝐒𝐒𝐕𝐕 = 𝐆𝐆𝐆𝐆−𝐆𝐆𝐆𝐆𝐕𝐕𝐕𝐕

𝐆𝐆𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 ….. (4) En donde:

SSV: Sólidos suspendidos volátiles (mg/l) G5: Peso del crisol con el residuo después de la calcinación (mg) G4: Peso del crisol con el disco y el residuo seco (mg) Vm: Volumen de la muestra (ml)

10.7.5.- Determinación de sales disueltas totales (SDT) La determinación de las sales disueltas totales es por diferencia entre los sólidos

totales menos sólidos suspendidos totales usando la fórmula (5):

𝐒𝐒𝐒𝐒𝐒𝐒 = 𝐒𝐒𝐒𝐒 − 𝐒𝐒𝐒𝐒𝐒𝐒 ….. (5) En donde:

SDT: sólidos disueltos totales (mg/l) SST: sólidos suspendidos totales (mg/l) ST: sólidos totales (mg/l) Reportar los resultados de los análisis en mg/l

10.8.- Determinación de oxígeno disuelto Se usará un oxímetro portátil con electrodo polarográfico ajustándolo y tomando la

lectura introduciendo en la muestra anotando la lectura en mg/l. Una vez finalizado

el proceso de lectura se apagará el aparato, se limpiará la sonda y se guardará en

su protector. En esta determinación se tomará como norma de referencia la NOM-

AA-012-2001 (LEGISMEX, 2001).

Fundamento. El análisis de oxígeno disuelto mide la cantidad de oxígeno gaseoso

disuelto en una solución acuosa. El oxígeno se introduce en el agua mediante

difusión desde el aire que rodea la mezcla, por aireación (movimiento rápido) y como

un producto de desecho de la fotosíntesis. Para su determinación se usa el método

óptico basado en el fenómeno físico de la luminiscencia, que se define como la

propiedad de algunos materiales (luminóforos) de emitir luz cuando son excitados

por un estímulo diferente del calor, en este caso el estímulo es la luz-. Si se escoge

una combinación adecuada de luminóforo y longitud de onda de la luz de excitación,

tanto la intensidad de la luminiscencia como el tiempo que esta tarda en

desvanecerse dependerán de la concentración de oxígeno que rodea el material

(Hack, 2003).

87


Alcance. A muestras de licor mezclado y a los lodos en los digestores biológicos.

Materiales y herramientas. Oxímetro portátil con electrodo polarográfico modelo

HI9146, marca Hanna- y disolución electrolítica y de limpieza del electrodo.

Procedimiento. Realizar el ajuste del oxímetro y prepararlo para la lectura,

introducir el electrodo en el licor de mezcla proporcionando suficiente flujo de

muestra través de la superficie de la membrana para evitar una respuesta errática.

Esperar a que la medición se haya estabilizado, anotar el resultado en mg/l y el valor

de la temperatura. Una vez finalizado el proceso de lectura apagar el aparato,

limpiar la sonda y guardarla en su protector de electrodo (Hanna, 2014e).

10.9.-Determinación de sólidos sedimentables Se tomó directamente la lectura del cono Imhoff en ml/l. Para la determinación de

los sólidos sedimentables se tomó como referencia la norma ambiental vigente: la

MNX-AA-004-SCFI-2013 (CONAGUA, 2013b).

Fundamento. Indica la cantidad de sólidos que pueden sedimentarse a partir de un

volumen dado de muestra en un tiempo determinado.

Materiales y/o herramientas. Cono Imhoff de 1 litro graduado en ml, soporte para

el cono y varilla y equipo de protección: guantes de hule, cubre bocas y gafas.

Procedimiento. Colocarse el equipo de protección, con el cono Imhoff tomar una

muestra hasta la marca de un litro, transcurridos 45 minutos se remueven

suavemente las paredes con una varilla para facilitar la sedimentación de los sólidos

adheridos y mantener en reposo 15 minutos más. Registrar el volumen de sólidos

sedimentables en el cono en ml/l.

Observaciones. Se usan muestras simples de los flujos recolectados colectando

un volumen de muestra homogéneo y representativo superior a 1 litro en un frasco

de polietileno o vidrio con tapa de boca ancha, teniendo siempre en cuenta que el

material en suspensión no debe adherirse a las paredes del recipiente.

88


10.10. -Determinación de cloro residual libre Se usó el método colorimétrico con DPD (dietil-p-fenilen diamina). Las lecturas se

mostrarán directamente en una pantalla del equipo tomándose volúmenes de

muestra homogénea llenándose las dos cubetas -así llamadas en el equipo- con 2

ml de muestra y se adicionarán a cada una de ellas los reactivos incluidos para la

determinación. La determinación se realizará tomando como referencia la norma

ambiental vigente: la NMX-AA-108-SCFI-2001 (CONAGUA, 2001d).

Fundamento. El cloro libre reacciona inmediatamente con la ortotolidina mientras

que el cloro combinado reacciona lentamente. En condiciones de tiempo bien

determinadas y siguiendo un orden establecido la adición de la ortotolidina da una

cloración amarilla, la que permite determinar además el cloro total y el cloro residual

libre.

Equipo y procedimiento. Se usa un medidor portátil de cloro libre y total -fotómetro

marca Hanna. Las lecturas se muestran en una pantalla del equipo (en mg/l). Se

toma un volumen de muestra homogénea, se llenan las dos cubetas -así llamadas

en el equipo- con 2 ml de muestra, se adiciona a cada una de ellas los reactivos

incluidos para la determinación. La marcha a detalle de esta determinación se

encuentra directamente en el manual del espectrofotómetro registrado en la tabla

47.

Observaciones. Usar guantes de hule, cubre bocas y gafas.

10.11.- Determinación de materia flotante La determinación se realizará tomando como referencia la norma ambiental vigente:

la NMX-AA-006-SCFI-2010 (CONAGUA, 2010).

Fundamento. Se observa la presencia o no de materia flotante en las muestras de

agua residual y de agua residual tratada mediante la separación de ésta en una

malla de aproximadamente 3 mm de abertura, siendo este método una prueba

cualitativa.

Equipo y procedimiento. - Malla de acero inoxidable con abertura entre 2.8 mm y 3.3 mm.

89


- Recipiente de boca ancha no menor de 7 cm de diámetro con un volumen que se

encuentre entre 3 y 5 litros.

- Agitador de vidrio con gendarme.

- Espátula.

Se vierte aproximadamente 3/4 partes de la muestra a través de la malla, teniendo

cuidado de que la materia flotante que sobrenada quede retenida en dicha malla.

Se arrastra con agitador de vidrio o una espátula hacia la malla toda aquella materia

flotante que quedara sobre la superficie de la muestra que se está vertiendo o

aquella adherida a las paredes del recipiente. Inmediatamente después de filtrar la

muestra se procede al examen de la malla identificando la presencia o ausencia de

materia flotante retenida. Reportar como ausencia de materia flotante si al examinar

la malla no se observa a simple vista ninguna partícula retenida. Reportar como

presencia de materia flotante si al revisar visualmente la malla se encuentran

partículas retenidas.

10.12.- Determinación de conductividad. La determinación se realizará tomando como referencia la norma ambiental vigente:

la NMX-AA-093-SCFI-2000 (CONAGUA, 2000).

Fundamento. Este método se basa en la propiedad que adquiere el agua de

conducir la corriente eléctrica cuando tiene iones disueltos.

Equipo y procedimiento. Se usará un equipo portátil marca Hanna -medidor de

conductividad (conductímetro)-, que consiste en una fuente de corriente alterna, un

puente de Wheatstone, un indicador de valor nulo y una celda de conductividad,

midiendo el índice de corriente alterna y su voltaje a través de la celda,

proporcionando una lectura lineal de la conductividad. La lectura se reportará en

unidades de μS/cm.

10.13. -Determinación de coliformes Alcance. Se aplicará a la muestra del efluente una vez al mes.

Fundamento. Los coliformes son organismos termo-tolerantes de crecimiento

aeróbico, ya sea a 35°C ± 1°C o 37°C ± 1°C, en un medio de cultivo lactosado con

producción de ácido y gas dentro de un periodo de 48 horas. Si bien estos

90


microorganismos no son los que mayores daños causan a la salud su presencia es

indicativa del ingreso de materia fecal en el agua y alerta sobre la presencia

potencial de otros organismos más virulentos como la Salmonella, Shigella,

Campylobacter y Vibrio cholera. (Velázquez, Mólgora & Tomasini, 2014).

Procedimiento. El detalle del procedimiento de la determinación de coliformes se

encuentra en el anexo 1.

91


11..-PROPUESTA DEL MANUAL BÁSICO DEL AREA OPERATIVA Esta propuesta de manual parte de la base de que un operador puede normalmente

determinar si la planta de tratamiento está funcionando adecuadamente, por medio

de una observación visual de ciertos indicadores y el uso de algunas pruebas. Este

manual está dirigido a los operadores de la PTAR, en él se dan indicaciones

reduciéndose al mínimo el uso de tecnicismos. Para aplicar correctamente este

manual es necesario conocer los datos técnicos de los equipos principales en la

planta, estos datos están registrados en el anexo 4. El manual propuesto incluye

desde las observaciones básicas que deben realizarse en la PTAR, pasando por el

control de las áreas de rejas, cárcamo de agua cruda, reactores biológicos, control

del oxígeno disuelto, control de la sedimentación del lodo, control de la relación F/M,

control de grasas y aceites, control de pH, observaciones microscópicas, control del

sedimentador, control de los digestores, control del espesador y el manejo del

deshidratado de lodos. Se incluye una guía para solucionar las fallas más comunes

en la PTAR.

11.1.-Observaciones básicas Las observaciones que se consideran básicas y que deben de realizarse al iniciar

cada turno son:

1.- El funcionamiento de la reja automática.

2.-Verificación de la correcta operación de los sopladores.

3.- Verificación de la operación de las bombas en los cárcamos del sistema.

4.-Verificación del buen funcionamiento del sistema de cloración.

5.- Verificación del nivel de purga de lodos.

Además, se deberá tener cuidado en la limpieza de los tanques para evitar la

acumulación de sólidos en las esquinas o en las zonas de poco flujo. La

acumulación de sólidos provocará condiciones anaeróbicas que interfirieran en las

siguientes etapas del proceso.

92


11.2.- Rejas de limpieza automática Con las rejillas de limpieza automática se supera el problema de la obstrucción en

las rejas; sin embargo, se requiere retirar de las rejillas la basura que el mecanismo

de limpieza no puede quitar por lo que se debe programar una inspección periódica.

11.3.-Cárcamo de bombeo de agua cruda En el cárcamo de bombeo de aguas cruda se deberá tener cuidado en el retiro de

basura acumulada en la canastilla que se encuentra en la llegada de las aguas

negras. Esta operación de debe realizar por lo menos 3 veces al día, colocando la

basura en contenedores para su disposición final. Otro aspecto a considerar es el

manejo de apertura y cierre de las válvulas de compuerta, pues al tener la válvula

totalmente abierta se obliga a trabajar la bomba a su caudal máximo, dicho caudal

debe conocerse por medio del medidor de flujo tipo Parshall instalado en la llegada

a los tanque de aireación (reactores biológicos). Por diseño deben operarse dos

bombas dejando la tercera como reserva.

11.4.- Reactores biológicos Los primeros tres tanques de aireación operarán como lodos activados

convencionales en serie, mientras que las tanques 4, 5, 6, 7 operan en dos trenes

en paralelo. El agua de un tanque de aireación que funciona adecuadamente

aparecerá de color café claro con un poco de espuma o con algún material flotante

en la superficie; si el color es negruzco o gris, puede ser que las bacterias no estén

recibiendo suficiente aire, o bien que haya demasiada carga orgánica o que exista

algún contaminante tóxico. La formación de espuma puede ocurrir cuando se

está arrancando la planta y no hay suficiente lodo o cuando la planta ha sufrido un

paro por demasiado tiempo. Puede romperse la espuma con un chorro de agua no

clorada o con aire.

11.5.- Control de oxígeno disuelto (OD) Los microorganismos en presencia de alimento suficiente requieren de oxígeno para

la biodegradación. El OD es bajo en el caudal de entrada -agua cruda- y en la

recirculación de lodos debido a una relativa sobrecarga de sólidos Al inicio de la

operación y una vez que el cultivo de microorganismos ha sido creado se debe

93


mantener un monitoreo estricto del OD en los reactores biológicos. Cuando el OD

presenta una caída por debajo de sus condiciones óptimas (2 mg/l) el primer

indicador es el crecimiento de organismos filamentosos, afectando la

sedimentabilidad del lodo activado. No obstante mientras el lodo activado pueda

separarse con éxito del efluente en el clarificador secundario el buen tratamiento

aún será posible. Si el OD continua disminuyendo la turbidez del efluente aumentará

y afectará a la calidad del agua tratada. En condiciones severas de falta de oxígeno

el lodo activado puede tornarse gris oscuro o incluso negro con olores

desagradables.

Las observaciones visuales son buenos indicadores, pero la medición del OD y de

la calidad del agua debe ser tomada en cuenta antes de tomar acciones correctivas

en el sistema. Para esto es necesario hacer la medición varias veces al día del

contenido de OD en las cámaras de los reactores biológicos y controlar su valor

entre un rango que tenga como mínimo 2 ppm y máximo 4 ppm mediante el control

de los flujos de aire al sistema. Este procedimiento implica efectuar un perfil de

valores en el OD tomando lecturas en cada cámara justo en la salida de cada una

de ellas a una profundidad de 60 a 70 cm bajo el nivel de operación usando un

equipo portátil de medición. Si el valor del OD es superior a 4 ppm hay que reducir

el volumen de aire aplicado mediante el cierre parcial de la válvula hasta que el valor

del OD alcance un rango entre 2 y 4 ppm. Este control es uno de los más

importantes en la planta para poder mantener su operación correcta y obtener una

buena eficiencia y calidad del tratamiento. Puede parecer muy laborioso el llevar a

cabo este control pero en un corto tiempo el operador de la planta aprende a conocer

los cambios que afectan el proceso de tratamiento y el dominio de ellos se hace

rutinario.

11.6.- Control de la sedimentación del lodo Debe efectuarse el control de la sedimentación cuando menos una vez al día,

observando una muestra de un litro de licor mezclado tomada de cada uno de los

reactores en una probeta graduada. Después de treinta minutos en la probeta debe

de observarse una separación bastante clara entre una fase de agua sobrenadante

y una fase de lodos que se amontonan en el fondo de la probeta. Los lodos activados

94


deben tener forma de copos, ser de color pardo y no desprender ningún mal olor.

Se anotaran los porcentajes de lodos leídos en la probeta cada cinco minutos desde

el instante inicial durante una hora (debe dejarse la probeta inmóvil y a la sombra).

El porcentaje leído al cabo de media hora debe hallarse entre el 20 y el 25%, según

las condiciones de carga de la instalación. Si observando la probeta durante el

primer cuarto de hora se observa la presencia de lodos grises filamentosos, inertes

o nauseabundos o la ausencia de separación entre las fases de agua y lodos, esto

indica que estamos ante la presencia de lodos enfermos o muertos debido a alguna

de las siguientes causas:

• Insuficiencia de oxígeno disuelto en el reactor.

• Muy poca entrada de aguas negras a la planta (escasez de alimento).

• Valor de OD muy alto

Para resolver esta situación se deberá:

-Controlar el tiempo de operación del soplador de aire, programándolo de tal forma

que pueda incrementarse el volumen de aire aplicado a los reactores biológicos.

-Si el gasto de agua que llega a la planta se mantiene muy pequeño por periodos

de varios días se puede agregar urea a la planta en los reactores, a razón de 30

gr/m3 durante dos veces por día, observando el comportamiento de los lodos para

ver su recuperación

11.7.- Relación alimento-masa (F/M) Se utilizaron las fórmulas (6) y (7) para determinar esta relación, teniéndose:

𝐅𝐅𝐌𝐌

= 𝐒𝐒𝐒𝐒 𝐐𝐐𝐒𝐒𝐆𝐆𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 (𝐒𝐒𝐒𝐒)

….. (6)

𝐅𝐅𝐌𝐌

= 𝐒𝐒𝐒𝐒 𝐐𝐐𝐒𝐒𝐕𝐕 𝐗𝐗𝐗𝐗

….. (7) En donde:

So: DBO5 del influente (mg/l)) Qo: Caudal del influente (m3/d) TS: Total de sólidos suspendidos volátiles en el reactor (Kg) V: Volumen del reactor (m3) Xv: Concentración de sólidos suspendidos volátiles en el reactor (mg/l) F/M: Relación alimento-microorganismos (d-1)

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El valor resultante tendrá como unidades 1/día (dia-1). Los valores típicos para la

relación F/M son entre 0.20 a 0.40 dia-1. Además, la concentración de SSVLM en el

tanque de aireación debe estar en el rango de 1,200 a 3,200 mg/l. Para mantener

un valor estable en la relación F/M se requiere controlar los parámetros que están

involucrados en dicha relación, por ejemplo, una alta carga de llegada al sistema

requiere que se incremente la concentración de los lodos activados en el tanque de

aireación por medio del aumento en la tasa de recirculación de lodos o por la

disminución en el gasto de entrada de agua cruda al sistema biológico. La medición

de la relación F/M permite programar las purgas de lodos del sistema.

11.8.- Tiempo de retención de sólidos (TRS) Se usarán las fórmulas (8) y (9) para determinar el tiempo de TRS del sistema

(Zarate, 1995), teniéndose:

𝐒𝐒𝐓𝐓𝐒𝐒 = 𝐊𝐊𝐊𝐊 𝐒𝐒𝐒𝐒𝐕𝐕𝐒𝐒𝐌𝐌 𝐞𝐞𝐞𝐞 𝐞𝐞𝐞𝐞 𝐭𝐭𝐭𝐭𝐞𝐞𝐭𝐭𝐭𝐭𝐞𝐞𝐊𝐊𝐊𝐊 𝐒𝐒𝐒𝐒𝐕𝐕 𝐞𝐞𝐞𝐞 𝐞𝐞𝐞𝐞 𝐞𝐞𝐒𝐒𝐥𝐥𝐒𝐒 𝐥𝐥𝐞𝐞𝐝𝐝𝐞𝐞𝐝𝐝𝐝𝐝𝐭𝐭𝐥𝐥𝐒𝐒 + 𝐊𝐊𝐊𝐊 𝐒𝐒𝐒𝐒𝐕𝐕 𝐞𝐞𝐞𝐞 𝐞𝐞𝐞𝐞 𝐞𝐞𝐞𝐞𝐞𝐞𝐭𝐭𝐞𝐞𝐞𝐞𝐭𝐭𝐞𝐞

….. (8)

𝐒𝐒𝐓𝐓𝐒𝐒 = 𝐕𝐕 𝐗𝐗𝐗𝐗𝐐𝐐𝐐𝐐 𝐗𝐗𝐗𝐗+𝐐𝐐𝐞𝐞 𝐗𝐗𝐞𝐞

….. (9) En donde:

TRS: Tiempo de retención hidráulico (d) Qw: Caudal de lodo desechado (m3/d) V: Volumen del reactor (m3) Qe: Caudal de efluente (m3/d) Xv: Concentración de SSV en el reactor (mg/l) Xe: Concentración de microorganismos medido como SSV en el efluente (mg/l) Xr: Concentración de microorganismos en recirculación medido como SSV (mg/l) Xr: Concentración de microorganismos en recirculación medido como SSV (mg/l)

Para el cálculo del TRC se usa generalmente los SSV; sin embargo, si es necesario,

se puede usar los sólidos suspendidos totales (SST).

11.9.- Tiempo de retención hidráulica (TRH) Se usará la fórmula (10) para la determinación de este parámetro (Zarate, 1995):

𝐒𝐒𝐓𝐓𝐓𝐓 = 𝐕𝐕𝐐𝐐𝐒𝐒

….. (10) En donde:

11.10.- Control de grasas y aceites Existen signos visuales que indican la presencia de grasas y aceites en el influente:

acumulación de una capa con mal olor en la superficie de los reactores y espumas

densas en la superficie que inhiben la vida de los microorganismos. La grasa se

TRH: Tiempo de retención hidráulica (d)

Qo: Caudal del agua a tratar (m3/d)

V: Volumen del reactor (m3)

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acumula en las paredes de las tuberías principales y causa problemas en los

tanques de sedimentación ya que tienden a subir a la superficie. La grasa flotante

también disminuye la eficiencia de difusión de aire, causando un gasto excesivo de

energía en el sistema de difusión de aire de los tanques de aireación y en general

provocan problemas de mantenimiento. Si se observa alguno de estos signos se

debe reportar inmediatamente al encargado de la PTAR para disminuir la entrada

del influente disminuyendo así la entrada de grasas al sistema.

11.11.- Control de pH. Este parámetro nos expresa la condición alcalina (pH>7) o ácida (pH<7) de las

aguas residuales. El rango de concentración aceptable para la existencia de la vida

microbiológica es estrecho y crítico siendo este entre 6 y 9. Las aguas residuales

con una concentración extrema de iones hidrógeno o alto pH son difíciles de tratar

por medios biológicos y si el valor no se ajusta antes de su descarga, se tendrían

penalizaciones por incumplimiento de la normatividad vigente. La medición de este

parámetro se hace comúnmente con un medidor portátil, aunque se emplean varios

tipos de papel y soluciones indicadoras que cambian de color a un pH definido

comparándolos con colores estandarizados. El monitoreo del pH debe hacerse para

cada reactor empleando un medidor portátil sumergiendo unos 30 a 50 cm el sensor

y esperar hasta que se estabilice el valor en la pantalla del aparato.

11.12.- Observaciones microscópicas El observar al microscopio el lodo activado

provee información valiosa acerca de las

condiciones en que se encuentra la población

microbiana en el licor mezclado (fotografía 3).

La información que se puede obtener tiene que

ver con los cambios en el tamaño y densidad

de los flóculos, el crecimiento de organismos

filamentosos, la presencia de bacterias y su

tipo y la abundancia de formas de vida. Cambios en estas características

microbiológicas pueden proporcionar un indicativo de cambios en las características

de las aguas residuales o de un problema operacional.

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11.13.-Relacion entre los parámetros F/M y el TRL y la presencia de microorganismos La relación F/M y al tiempo de retención de sólidos (TRL) afectan la predominancia

de los microorganismos, esto se encuentra esquematizado en la figura 39. La

detección oportuna de filamentosos (nematodos) dará lugar para efectuar acciones

correctivas para minimizar problemas asociados con el excesivo crecimiento de

estos microorganismos. Si se nota la presencia de microorganismos que indiquen

flóculos débiles se debe disminuir la relación F/M disminuyendo el flujo de entrada.

En el caso de microorganismos filamentosos -Bulking- se debe de aumentar el nivel

de OD en los reactores aumentando la circulación de aire o bien aumentar la

recirculación de lodos.

Figura 39.- Relación entre las características microscópicas del lodo activado y los parámetros F/M y TRS. Fuente: Ronazano & Dapena Disponible en: http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/explotacion.pdf

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http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/explotacion.pdf


11.14.- Sedimentador secundario En un sedimentador secundario de una planta que está operando adecuadamente

el líquido deberá aparecer claro a una profundidad de 0.30 a 1.0 m, habrá una cama

de lodo visible bajo este nivel y podrá haber material pequeño sobre la superficie.

Si se presentan partículas finas flotando justo bajo la superficie del efluente puede

estar ligeramente menos aireada de lo adecuado o estará recibiendo material tóxico

en el afluente. Cuando existe un incremento de sólidos suspendidos en el efluente

del clarificador es porque hay un exceso de carga en el clarificador, se debe realizar

la purga de lodos a través de la línea que se encuentra con la tubería de retorno de

lodos para evitar un gran flujo que arrastre mayor cantidad de sólidos al clarificador.

La nata que puede llegar a formarse sobre la superficie del sedimentador deberá

ser retirada por el mecanismo desnatador que viene con el sistema de rastras del

clarificador hacia una caja colectora de natas y enviada al tratamiento de lodos. Los

clarificadores, cuentan con un tiempo de retención establecido para las condiciones

de flujo; sin embargo, es bueno saber que un tiempo de retención elevado (mayor

a 3 horas), no mejora la sedimentación, por el contrario tiende a perjudicarla al

permitir condiciones sépticas. Si se forma espuma en la superficie puede eliminarse

rompiéndola con chorro de agua.

11.15.- Control de turbiedad en el agua tratada del sedimentador Este chequeo con el disco blanco se deberá hacer en el sedimentador secundario,

introduciendo el disco blanco en la superficie del agua en un punto cercano al

vertedor de salida. Esto se hace por el método del disco blanco, el cual debe ser

visible hasta 40 a 50 cm. de profundidad por lo menos, si no fuese así esto quiere

decir que tenemos un desajuste en el valor del oxígeno disuelto y hay que

remediarlo disminuyendo los niveles de aireación cerrando las válvulas de los

sopladores. Se usara un disco blanco hecho de papel ilustración.

11.16.- Control de la calidad en el licor de mezcla El grado de sedimentación de los SSLM es otro factor a considerar para una

adecuada operación del sedimentador secundario. Para medir las características de

sedimentación de los SSLM el Índice Volumétrico de Lodos (IVL) es empleado como

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parámetro de control. El valor de IVL es de 100 a 150 es el recomendado y si la

planta está trabajando correctamente, entonces debemos mantener el IVL al valor

que esté. Diariamente se registraran las lecturas de IVL y se anotara cualquier

cambio. Si el IVL está arriba del valor recomendado nos indica una disminución en

la edad del lodo y presencia de organismos filamentosos, lo que haremos será

incrementar el nivel de sólidos rediciendo la cantidad de lodo que se desecha. Si el

IVL está debajo del valor recomendado observaremos flóculo como pequeños

puntos en el sobrenadante, este flóculo quedara arriba cuando el resto del lodo se

haya sedimentado. En este caso se incrementará la edad del lodo aumentando el

retiro de lodo de desecho. El propósito del retorno o recirculación de lodos activados

es mantener una concentración suficiente de lodo activado en las cámaras del

tanque de aireación a tal grado que la remoción de la carga orgánica se lleve a cabo.

11.17.- Digestión aerobia de lodos La estabilización del exceso de lodos producidos se efectuará en los dos digestores

en donde el lodo es purgado de manera intermitente hacia este tanque desde una

línea ubicada en la descarga de las bombas de recirculación de lodos y por medio

de manipulación de válvulas se introducen los lodos en cualquiera de los dos

tanques digestores. Los lodos correctamente estabilizados no desprenden olor alguno y pueden

drenarse fácilmente. Se presentan a la salida del depósito de estabilización en forma

de un licor homogéneo de color obscuro; sin embargo, es preferible no almacenar

por mucho tiempo los lodos digeridos. La alimentación del tanque digestor con lodos

frescos debe realizarse de la forma más regular posible esforzándose un régimen

continuo, para que la introducción de estos sea en forma ininterrumpida.

Para que se efectúe adecuadamente la digestión de los lodos, se deberá tener un

nivel adecuado de líquido en el tanque para que las aspas del aireador logren

transferir el oxígeno del aire hacia la masa líquida. Dicho nivel está referenciado a

la ventana de salida de cada tanque, el cual no debe ser menor a los 30 cm del

rebose hacia abajo. Se debe operar un solo tanque digestor cuando se tenga una

baja producción de lodos en el sistema de tratamiento biológico, pudiendo usarse

100


ambos tanques cuando se incremente la generación de lodos o se esté operando la

planta de tratamiento a su caudal máximo Un valor adecuado de OD en los

digestores es entre 2 a 4 mg/lt, si con la mediciones se encuentra un valor superior

se puede disminuir el flujo de entrada con la válvula correspondiente.

11.18.- Espesado de lodos Los lodos digeridos pasan al espesador de lodos con la finalidad de aumentar la

concentración de sólidos y poder deshidratarlos con mayor facilidad. Para la

conducción de lodos hacia esta unidad se cuenta con una serie de válvulas en la

descarga de los tanques digestores, el operador notará que prevalece el flujo al

observar que el lodo descarga por la parte central del espesador. Para una buena

concentración de sólidos el equipo deberá funcionar de manera continua. El tiempo

de espesamiento de los lodos debe durar entre 1.5 y 2 horas para evitar que sólidos

sean arrastrados por el vertedor perimetral.

11.19.- Deshidratado de lodos Para reducir el contenido de humedad en los sólidos generados diariamente se ha

instalado un filtro banda, el cual operará de forma continua y además incluye el

acondicionamiento químico con el empleo de polímero para flocular previamente los

lodos y así alimentarlos al filtro. El Acondicionamiento de lodos es un sistema de

dosificación de polímero con un tanque de preparación de 1 m3 con concentración

del 0.1%. La dosificación de polímero se realizará en la proporción de 2 a 8 gr/kg

lodos, se aplicará mediante bombeo hacia el tanque de floculación instalado antes

de la entrada al filtro banda. Un rotámetro indica el caudal de dosificación de

floculante, el cual deberá ajustarse a un gasto de 386 lph por medio de calibración

en la bomba dosificadora. En el tanque de preparación se tiene instalado un agitador

de propela para disolver la mezcla polímero-agua.

Los lodos acondicionados son prensados entre las dos bandas porosas del filtro.

Las bandas están firmemente juntas mientras que son pasadas a través de una

serie de rodillos para exprimir el agua contenida en los lodos. El polímero se agrega

a la corriente de lodos de llegada al filtro momentos antes de entrar al equipo. La

mezcla lodos-polímero es distribuida a través de la banda para permitir que algo del

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agua se drene por gravedad. Posteriormente las bandas se juntan con los biosólidos

entre ellas en los rodillos para ser sometidas a presión y así retirar la mayor cantidad

de agua. Una vez que los lodos prensados salen de la unidad las bandas deben ser

limpiadas con agua presurizada con la finalidad de eliminar cualquier residuo que

pueda obstruir el poro de la banda, para ello se cuenta con una bomba de alta

presión con descarga de agua en la parte inferior y superior del filtro a través de

unas boquillas de aspersión.

11.20.- Guía para la solución de fallas en la operación de la PTAR Se incluyen una guía para el control de la espuma en los reactores (tabla 47) y una

guía para la solución de las fallas más comunes en la PTAR (tabla 48).

Tabla 47. Guía para el control de espuma en los reactores.


CONTROL DE ESPUMA EN LOS REACTORES

Aspecto visual de la espuma Diagnostico Solución

Café y ligera Bajo valor de carga orgánica Incrementar la carga orgánica -influente-

Espumosa y café Presencia de desnitrificación

Disminuir el oxígeno disuelto para favorecer la liberación de nitrógeno El manto de lodo sube en la prueba

de sedimentación

Ondulante, blanca y jabonosa

Exceso de aireación Disminuir la aireación a los reactores Presencia de compuestos orgánicos no biodegradables Disminuir el tiempo y la cantidad de

purga de lodos Presencia de exceso de lodo joven

Negra Bajo nivel de oxígeno disuelto en los reactores

Incrementar la aireación en el sistema y aumentar el tiempo de residencia hidráulico

Delgada, fresca y de color café claro Condición óptima

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Tabla 48. Guía para la solución de fallas en la PTAR.

GUIA PARA LA SOLUCIÓN DE FALLAS EN LA OPERACIÓN DE LA PTAR.

PROBLEMA CAUSA SOLUCIÓN. Se presenta espuma oscura y estable en el reactor, la circulación de aire no puede romperla

Sobrecarga de lodo activado, relación F/M baja

Incrementar el caudal de influente para reducir la concentración de microorganismos.

Espuma blanca jabonosa en gran cantidad en los reactores (más del 25%)

Insuficiente cantidad de microorganismos para la carga orgánica presente

Reducir el caudal de alimentación y/o incrementar la tasa de recirculación de lodos para dar mayor tiempo de retención celular.

La PTAR tiene menos de 6 días de haber arrancado, no hay suficientes microorganismos. condiciones desfavorables para el desarrollo de microorganismos

Verificar la inexistencia de sustancias tóxicas o material inhibidor, el nivel de PH u el oxígeno disuelto

Concentración de lodos baja (menor a 2000 mg/l)

La PTAR tiene menos de 6 días de haber arrancado, no hay suficientes microorganismos.

reducir el caudal de alimentación y/o incrementar la tasa de recirculación de lodos

Crecimiento de organismos filamentosos

Aumentar la cantidad de oxígeno disuelto operando dos sopladores continuamente

El pH es bajo (>6.7), con lodos poco denso visualmente

Descarga tóxica a la planta de tratamiento

Apagar las bombas de agua cruda

Nitrificación en el tanque de aireación Aumente el flujo de alimentación y trabaje con un solo soplador de aire

Lodo flotando en la superficie del sedimentador.

El lodo permanece mucho tiempo en el sedimentador y los microorganismos usan todo el oxígeno disponible produciéndose desnitrificación.

Aumentar los períodos de purga de lodos en el sedimentador y aumentar el oxígeno disuelto en los reactores

Presencia de sólidos en el efluente del sedimentador.

Exceso de lodos en el Reactor Biológico

Reducir la recirculación de lodos al reactor

Exceso de lodos en el sedimentador Incrementar la purga de lodos del sedimentador

Turbulencia excesiva en el Reactor Biológico

Incrementar el tiempo de residencia hidráulico en los reactores

Condiciones anaeróbicas en el sedimentador

Aumente la cantidad de oxígeno disuelto a valores entre 2 y 4 como máximo a través de las válvulas de los sopladores aumentando el flujo de aire.

Carga tóxica en el influente de la PTAR Apagar las bombas de agua cruda. En caso extremo inocule el sistema si es posible utilizando lodos provenientes de otra PTAR


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12.- ESQUEMA DE MANTENIMIENTO “Mantenimiento” implica todas las actividades desarrolladas con el fin de conservar

las instalaciones y equipos en condiciones de funcionamiento seguro, eficiente y

económico. Un buen mantenimiento busca evitar, reducir, y en su caso, repara las

fallas, disminuir la gravedad de fallas, evitar accidentes, aumentar los niveles de

seguridad y prolongar la vida útil de los bienes. El mantenimiento se puede dividir

en mantenimiento correctivo -el que se efectúa una vez presentada una falla- y en

mantenimiento preventivo -previo a la falla- (Alpizar, 2013).

Debido a la carencia de personal especializado, a la complejidad del trabajo, al costo

alto de herramientas y a lo poco frecuentes de algunas labores de mantenimiento el

área de mantenimiento contratará servicios de entidades externas. Los trabajos que

se efectuaran por esta vía son:

-Rebobinados de motores eléctricos.

-Reparaciones complejas de motores diésel y de gasolina.

-Reparación y calibración de equipos de control.

-Reparación de bombas dosificadoras y de tanques y estructuras

Para la contratación de servicios externos debe de valorarse algunos factores como

la capacidad del contratista, costos, forma de pago, pruebas y garantía de

funcionamiento. La persona que tomará la decisión de esta contratación de servicios

externos será el Coordinador de la PTAR, con autorización del Departamento de

Adquisidores.

12.1.- Mantenimiento correctivo En realidad no se requieren planes por adelantado más que asegurar que al

momento de la falla se contará con el personal, la herramienta y los repuestos

necesarios para poder atender la emergencia en el menor tiempo posible. Se

propone un listado de herramientas básicas en el anexo 2.

104


12.2.- Mantenimiento preventivo Para realizar el mantenimiento preventivo de los principales equipos de la PTAR es

necesario disponer de los datos que incluyan las especificaciones técnicas de los

equipos, estos datos se listan a en el anexo 4. Para cada equipo de la PTAR al que

se le realice algún tipo de mantenimiento preventivo o correctivo se elaborará una

ficha de historial, en la que se asignara un código de identificación para cada equipo,

en la que se incluya fecha, actividad realizada, tiempos, costos y observaciones. Se

propone un equipo de herramientas completo para el personal de mantenimiento en

la PTAR para facilitar las acciones en los equipos (anexo 2). Se describen a

continuación las principales actividades de mantenimiento en los principales

equipos de la PTAR.

12.2.1.-Mantenimiento preventivo de motores eléctricos Materiales y herramientas. Pinzas de electricista, desarmador plano, desarmador

de cruz, mazo de goma, juego de matracas y dados, multímetro, tacómetro,

amperímetro de gancho, marcador de golpe y desengrasantes.

Equipo de protección. Guantes de cuero, gafas y faja lumbar.

Procedimiento. Quitar la tapa trasera que protege el ventilador (marcar las piezas

que se vayan desacoplando), desmontar el ventilador, desmontar los coples

frontales de la flecha, quitar las tapas anterior y posterior, desmontar los

rodamientos y revisarlos -si hay daño, sustituir-. Desmonte el rotor, inspeccionar

visualmente la flecha del rotor -buscar golpes o ralladuras-. Lavar con dieléctrico el

embobinado, inspeccionar el embobinado para detectar quemaduras -color negro-,

pérdidas de barniz o rotura de alambre. Revisar el estado de las cuerdas de tornillos

-si hay daño cambiarlos-. Volver a armar el motor. Limpiar la carcasa del motor por

la parte exterior con un trapo humedecido con dieléctrico. Conectar el motor de

manera provisional y medir el consumo de corriente cotejándolo con el amperaje de

la placa. Revisar con el óhmetro que no exista continuidad entre las líneas y la flecha

o la carcasa. Medir las rpm cotejándolas con el dato de la placa.

105


12.2.2.- Revisión y limpieza de motores eléctricos Materiales y herramientas. Pinzas de electricista, desarmador plano, desarmador

de cruz, mazo de goma, juego de matracas y dados, multímetro, tacómetro,

amperímetro de gancho, marcador de golpe y desengrasante.

Equipo de protección. Guantes de cuero, gafas y faja lumbar.

Procedimiento. Antes de iniciar es muy importante realizar el bloqueo de todo tipo

de alimentación (bajar las pastillas eléctricas o quitar fusibles), realizar una primera

inspección visual, limpiar completamente el motor con desengrasante, verificar los

acoplamientos, abrir la tapa de conexión y reapretar la tornillería –si hay un

elemento dañada, cambiarlo-, colocar los fusibles y energice el equipo, poner en

funcionamiento el motor y verificar auditivamente el estado de los baleros tratando

de encontrar ruidos de desgaste o rozamientos. Con un amperímetro de gancho

compare la corriente de placa con la de consumo. Pare el equipo y cierre la tapa de

conexión.

12.2.3.- Mantenimiento preventivo de bombas centrifugas de recirculado de lodos Fundamento. Una bomba centrifuga es un equipo que succiona y utiliza la fuerza

centrífuga del rotor -flecha- para desplazar un fluido mediante un disco -impulsor-

con alabes -aspas-.

Materiales, herramientas y equipo de protección. Pinzas de electricista,

desarmador plano, desarmador de cruz, mazo de goma, juego de matracas y dados,

multímetro, tacómetro, amperímetro de gancho, marcador de golpe, desengrasante,

guantes de cuero, gafas y faja lumbar.

Procedimiento. Antes de iniciar es muy importante realizar el bloqueo de todo tipo

de alimentación eléctrica, vacié el producto que exista en la tubería en recipientes

adecuados, desacople la bomba de las tuberías de entrada y de salida, desacople

la bomba del motor, desmonte la bomba, retirar la tapa anterior -no olvidar marcar

con un punzón las distintas piezas que se vayan desacoplando-. Desmontar el

impulsor, desmontar el sello mecánico y la flecha, lavar la pieza con desengrasante,

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resisar el estado del impulsor buscando ralladuras, golpes, torceduras o fracturas,

revisar el estado del sello mecánico checando el brío del resorte y el estado de los

asientos –si hay daño, cambiarlo-, revisar que la flecha no este rayada, torcida o

golpeada. Finalmente, volver a montar la flecha, el sello mecánico y el impulsor, si

alguna pieza está dañada, cambiarla, colocar la tapa, revisar el estado de las curdas

de los tornillos, armas la bomba, montarla, acoplar la bomba al motor y a la tubería.

12.2.4.-Procedimiento para retro-lavado de filtros de arena silica Fundamento. El filtrado se realiza cuando el agua atraviesa la arena reteniendo las

impurezas del agua. Al filtrar se acumulan contaminantes y se necesita su limpieza

invirtiendo el sentido del flujo, por lo que los filtros de arena deben resistir altas

cargas dinámicas y estáticas.

Material y herramientas. Los filtros cuentan con retro-lavado automático que se

activa de forma manual cada tercer día.

12.2.5.-Procedimiento para el mantenimiento del compresor Fundamento. La energía neumática tiene como materia prima el aire atmosférico,

comprimiéndolo y transformarlo en energía.

Materiales, herramientas y Equipo de protección. Pinzas de electricista,

desarmador plano, desarmador de cruz, mazo de goma, juego de matracas y dados,

multímetro, tacómetro, amperímetro de gancho, marcador de golpe, desengrasante,

guantes de cuero, gafas y faja lumbar.

Procedimiento. Poner a funcionar el equipo y tomar lecturas de voltaje y amperaje

y registrarlas, verificar si no existen fugas en tuberías, válvulas o conexiones -

corregir si es necesario-, verificar el estado del manómetro –cambiar si es

necesario-, verificar el estado del filtro -cambiar si es necesario. Posteriormente,

parar el equipo, abrir el interruptor, verificar el estado del interruptor -cambiar si es

necesario-, medir con el Óhmetro el aterrizado entre el chasis del equipo y el cable

de tierra y registrar la lectura –si es mayor a 0.1 Ω corregir lo que sea necesario-.

Medir el aislamiento del motor entre terminales y tierra, aplicando 500 V durante un

minuto -si la lectura es menor a 20 mega Ω reportar al proveedor-. Verificar el estado

107


de las conexiones del motor -corregir si es necesario-. Cambiar el aceite del

compresor, verificar el estado de las bandas -cambiar si es necesario-. Verificar el

estado de alineación e las poleas -cambiar si es necesario-. Verificar la tensión de

las bandas -corregir si es necesario-. Finalmente, verificar la tornillería y apretar.

Limpiar el equipo, cerrar el interruptor y dejar el equipo en operación.

12.2.6.- Mantenimiento de las bombas sumergibles Antes de iniciar es muy importante comprobar que la bomba este desconectada y

aislada del suministro eléctrico. Usar guantes de goma, y gafas de protección.

Realizar la inspección una vez al año. Se debe de programar una revisión en un

taller de servicio cada 3 años. Revisar las junta para verificar fugas de aceite,

introducir un tubo en el orificio del aceite, extraer un poco, cambiar si contiene

demasiada agua -emulsión cremosa presente- Para el cambio de aceite retirar el

tornillo de salida, girar la bomba de manera que el orificio este hacia abajo. El

mantenimiento mayor se especifica en el manual del equipo.

12.2.7. Mantenimiento de los sopladores y guía de identificación problemas Antes de iniciar es muy importante desconectar el equipo y apagar la corriente

eléctrica. Lubricar el motor con aceite, revisando su nivel cada 3 meses y cambiarlo

una vez al año. La tabla 49 incluye una guía de identificación de problemas para

estos equipos en particular.

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Tabla 49. Guía de identificación de problemas en los sopladores.


PROBLEMA CAUSAS POSIBLES ACCIÓN CORRECTIVAIndicación. Baja presión /vacío o volumen.

Rotación incorrecta Cambie las guías del motor para invertir la rotación.Las válvulas de l ínea no están totalmente abiertas

Abra la válvula o inspecciónela

La entrada, descarga o sistema de tubería están parcialmente bloqueados

Remueva las instrucciones, l impie el fi ltro

Presión baja en la entrada Inspeccione la entrada buscando obstruccionesLa maquina no esta trabajando a la velocidad requerida Confirmar la velocidad del motor y el voltaje de las conexionesEl manómetro de presión es inexacto Calibre el manómetro con un tubo en UEl sistema tiene fugas Encuentre las fugas y tápelas

Ruido de zumbido o chirrido Verificar la fuente de voltaje y las instruccionesVoltaje bajo, el motor no trabaja a la velocidad requerida Corregir el voltajeVoltaje alto Corregir el voltajePartes sueltas dentro del motor Apretar, reparar o remplazar las partesFrecuencia baja Corregir la frecuencia

El rodamiento se calienta Verificar el nivel de lubricanteEl rodamiento está fallando Reemplace los rodamientos

La tuerca retenedora del rodamiento está suelta Apretar la tuerca, inspeccionar daños.El rodamiento está girando en la carcasa Reemplace la carcasa y el rodamientoLos rodamientos han sido mal colocados

Verificar si el rodamiento no fue apretado de mas o esta al revés

Impulsores desgastados debido a la edad Reemplazar el impulsorLa maquina recibe sobrecargas eléctricas Verificar la instalación eléctricaEl acoplamiento esta desalineado o sin grasa Verificar el alineamiento y realinee, re lubricarlo

Material adherido a los impulsores Realizar actividades de l impieza a los impulsoresEl eje esta doblado Consultar al proveedorFalla en el rodamiento Reemplace los rodamientosMotor desbalanceado Nivele motorFalla en el impulsor Consultar al proveedorDesalineación en el acople Alinear de nuevo el ejeLos rodamientos están apretados debido a un mal ajuste Verificar los rodamientos, el eje y la carcasaVoltaje incorrecto en el motor Verificar las conexiones de los cables y el voltajeSólidos pasando a través de la maquina Programas l impieza con el proveedorLa temperatura ambiental es muy alta Verificar aislamiento térmico del motorVoltaje incorrecto Corregir el voltajeCiclaje incorrecto Corregir el ciclajeFalla en el aislamiento contra cortos circuitos Repare o reemplace el motorSobrecarga en el motor Inspeccionar fugas

El motor se calienta

GUIA DE IDENTIFICACIÓN DE PROBLEMAS EN LOS SOPLADORES.

Aire insuficiente a

través del sistema

Hay ruidos en la maquina

Indicación: mal funcionamiento

Indicación: Si el motor está funcionado mal

Indicación: falla mecánica

Vibración en la maquina

109


12.3.- Resumen de datos de mantenimiento en la PTAR Se incluyen a continuación dos documentos muy importantes para el desarrollo del

mantenimiento en la PTAR: en la tabla 50 se presenta una guía de solución de

problemas en las bombas (equipos muy importantes en el funcionamiento de la

PTAR) y en la tabla 51, en sus 3 partes, se detalla una propuesta del esquema de

mantenimiento anual para los principales equipos de la planta.

110


12.3.1.-Guia de solución de problemas en las bombas Tabla 50. Guía de solución de problemas en las bombas.


Problemas, causas y solucionesIncorrecta conexión eléctrica, el motor no esta correctamente cableado, Checar los datos de placa del motor -voltaje, número de fases y frecuencia-.

x x x

Un elemento extraño dentro de la bomba, retirarlo x x x xSi la bomba o el estator es nueva, demasiada fricción estática. Llenar con líquido la bomba y girarla manualmente x x

Estator inflado debido a ataque químico, usar otro estator x x xEstator inflado debido a alta temperatura, reducir la temperatura de líquido o usar rotor de diámetro reducido x x x x

Bloqueo debido a sólidos en el líquido, decrecer el tamaño de sólidos x x x x x xPresencia de sólidos en el liquido que decantan cuando esta para. Limpiar la bomba después de cada uso x x x x x x x x

La tubería de succión no está sumergida en el líquido. Instalas tubería de succión sumergida x x x x

Presencia de aire en la tubería de succión. Ajustar las conexiones y eliminar fugas x x x x

La velocidad de bombeo es muy baja, Aumentar la velocidad x xLongitud de succión muy grande (cavitación) . Reducir pérdida de succión en la succión , reinstalar la bomba, aumentar el diámetro de la tubería x x x x x x

La bomba trabaja en seco, no auto cebada, llenar la bomba con líquido x x x x x

Estator excesivamente gastado. Reemplácelo e inspeccione el motor x x x x

Rotor excesivamente gastado. Reemplácelo x x x x x

Errada dirección de rotación. Cambie la polaridad del motor x x

Presión de desgaste muy alta. Abrir válvula en la descarga, retirar obstrucciones x x x x x

Goteo en la tubería de succión. Ajustar conexiones en la tubería. x x x

Goteo por el prensaestopas. Ajústelo. Reemplace y lubrique empaques x x

Material del estator quebrado. Cámbielo y revise nivel de presión x x x x

Velocidad de giro muy alta. Reducir velocidad x x x x x

Viscosidad muy alta. Medir y compara con especificaciones del equipo x x x x x x

Empaques muy ajustados. Desajuste los pernos y lubrique. x x

Eje motriz roto. Reemplácelo x x

Bomba y motor desalineados. Realinearlos. x x

Acople flexible gastado. Repararlo o cambiarlo x

Rodamientos del eje gastados. Cambiarlos x x

Empaque incorrecto. Cambiar materiales del empaque x

Empaques muy sueltos. Lubricar y ajustar empaques. xRepuestos incorrectos. Verificar que en reparaciones se hayan usado repuestos genuinos x x x x x x x x

La bomba esta ruidosaGoteo por el ejeEstator gastado prematuramenteRotor gastado prematuramente

GUIA DE SOLUCIÓN DE PROBLEMAS EN LAS BOMBASLa bomba esta rotaLa bomba no descargaEl flujo de descarga es bajoEl flujo de descarga es pulsatorioSobrecarga en el motor

111


12.3.2.- Propuesta del esquema de mantenimiento anual en la PTAR Tabla 51. Esquema de mantenimiento anual en la PTAR. Parte 1.


MESES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 # 11 12 MESES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 # 11 #

NOMBRE DEL EQUIPO/ACTIVIDADES E F M A M J J A S O N D NOMBRE DEL EQUIPO/ACTIVIDADES E F M A M J J A S O N D

Limpieza con chorro de agua x x Chequeo de amperajes x x x x x x x x x x x xInspección visual de toda la línea x x x x Limpieza de bomba a chorro de agua x xChequeo de válvulas de admisión y expulsión de aire x x x x Chequeo y limpieza del rotor, baleros y empaques xChequeo de estado físico de los registros x x x x Meggeado del equipo xReporte de inspección x x x x Lubricación de baleros x

Cambio de baleros xLimpieza a chorro de agua. x x Cambio de empaques xInspección visual de toda la línea x x x x Cambio de anillos de sello mecánico xLubricación del vástago x x Cambio de sellos mecánicos xLubricación de las guías x x Arreglo de puntas de motor xApriete de tornillería x Balanceo del impulsor xChequeo de empaques x Embobinado de motor xApriete prisionero del volante x Pintura de bomba xChequeo de apertura y cierre x x x x x Calibración a nivel x

Chaqueo de manómetro de descarga xLimpieza general x x x x x x x x x x Cheque de tensión en cable de fuerza x x x x x x x x x x x xAplicación de pintura x Limpieza y ajuste de válvulas de descarga xChequeo de calibración x x Lubricación de válvulas xChequeo de cables y conexiones x x x x Limpieza y ajuste del arrancador x

Chequeo de voltaje y amperaje x x x x x x x x x x x x

Limpieza a chorro de agua x xInspección visual, estado físico del tanque x x Limpieza a chorro de agua x xChequeo nivelación del tanque x x Inspección visual x xReporte de inspección x x Chequeo de nivelación x x

Reporte de inspección x x

Limpieza a chorro de agua x xLubricación x x Limpieza a chorro de agua x xChequeo de apertura y cierre x x x x x x x x x x x x Inspección visual x xReporte de inspección x x Chequeo de nivelación x x

Reporte de inspección x xLimpieza a chorro de agua x x Pintura en tuberías x

Inspección visual x x x xLubricación del vástago x x Limpieza a chorro de agua x x x xLubricación de las guías x Chequeo de amperaje del moto reductor x x x x x x x x x x x xApriete de tornillería x Chequeo de sujeción de concreto x xChequeo de empaques x Chequeo de corrosión x xApriete prisionero del volante x Inspección mecánica de rastras

Chequeo de apertura y cierre x x x x x Chequeo de alineación de cadenas x x x x x x x x x x x

Lubricación de chumaceras x x x x x x x x x x x xLimpieza a chorro de agua x x Lubricación del moto reductor x x x x x xInspección visual x x x x Chequeo de pernos, cuñas y cadenas x x x x x x x x x x x xLubricación del vástago x x Checar y apretar tornillería x x x x x xLubricación de las guías x Chequeo de corrosión x xApriete de tornillería x Limpieza de tolva de basura x x x x x xChequeo de empaques y de apertura y cierre x x x x x Lubricación de piezas x x x x x x

10.-Tanque de pretratamiento

6.-Compuerta de cárcamo de agua cruda

11.-Regilla automática de pretratamiento de desbaste

7.-Compuerta del registro del drenaje en el cárcamo de agua cruda

ESQUEMA DE MANTENIMIENTO ANUAL

1.-Tuberia de llegada de agua cruda 20 pulg. 8.-Tres Bombas sumergibles de agua cruda de 10 HP.

2.-Compuerta tipo Miller de 24 pulg.

3.-Medidor de flujo del influente

4.-Cárcamo de bombeo de agua cruda

9.-Canal de alimentación de agua cruda

5.-Valvulas de entrada al cárcamo de agua cruda

112


Tabla 51. Esquema de mantenimiento anual en la PTAR. Parte 2.

.Fuente: Elaboración propia.

MESES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 # 11 12 MESES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 # 11 #


El vaciado no es común, salvo se requiera x Apriete de tornillería x xLimpieza a chorro de agua X X Pintura a volante x xInspección visual X X 18.-Bomba dosificadora de hipoclorito de sodio

Reporte de inspección X X Chequeo de regulador y limpieza x xLimpieza de pasillos y escaleras X X X X X X X X X X X X Chequeo de válvula anti sifón y limpieza x xPinturas en pasillos y escaleras X Limpieza de rotámetro x x13.- Sistemas de aeración ( discos) Limpieza y calibración del manómetro x xChequeo de estado físico de tuberías y válvulas x x x x x x x x x x x x Chequeo y hermeticidad de válvulas x x

Chequeo de sensor de nivel x x xLubricación del moto reductor x x x x x x x x x x x x Chequeo de válvulas de presión x x x x x x x x x x x xChequeo de amperajes x x x x x x x x x x x x Limpieza de bomba y accesorios x x x x x x x x x x x x

Chequeo de sensor de torque x x x xChequeo de acoplamiento de flecha x x Verificación de estado de boquillas x x x x x x x x x x x xApriete de tornillería x Limpieza manual de tanques x x xChequeo de bujes internos x Revisión de base de concreto x x x x x x x x x x x xCambio de neoprenos en rastra de fondo x Revisión de anclas del tanque x x xLubricación de balero principal x Revisión de la líneas de llenado x x x x x x x x x x x

Limpieza del tanque xChequeo de tensores en rastra del fondo x x Limpieza y checado de tanque xLavado de canales x x x x x x x x x x x x Lubricación del moto reductor x x x x x x x x x x x xLimpieza de caja desnatadora x Limpieza de partes internas xPintura en tuberías de alimentación y descarga x Cambio de neoprenos en rastra de fondo xLimpieza y lubricación en válvulas de succión x x x x x x Limpieza y lubricación en válvulas de descarga x x x

Limpieza de bomba y motor x Limpieza a chorro de agua x xLubricación de baleros x x x x x x x x x x x x Inspección visual x xCambio de arillos de sellos mecánicos x Reporte de inspección x xRectificación de flecha x Pintura en tubería de alimentación x

Chequeo de voltaje y amperaje x x x x x x x x x x x xBalanceo de impulsores x Inspección visual x xChequeo de alineación y acoplamiento x Revisión de soportes, ajuste de tuercas x x x xLimpieza y lubricación de válvulas x Revisión de guías x xChequeo y calibración de sensor de nivel x Revisión de conexiones eléctricas x x x x x x x x x x x xChequeo y calibración de manómetros x Inspección del eje x x xPintura de bomba x Inspección de aspas y limpieza x x xPintura en tuberías de alimentación y descarga x Verificación de ruidos extraños en operación. x x x x

Limpieza a chorro de agua x x Limpieza exterior x x x x x x x x x x x x

Inspección visual x x Lubricación de baleros x x x x x x x x x x x xReporte de inspección x x Cambio de empaques xPintura en tuberías de alimentación x Revisión de estator y rotor x17.-Compuertas de tanque de contacto de cloro Chequeo de amperajes x x x x x x x x x x x xLimpieza a chorro de agua x x Lubricación de válvulas xLubricación del vástago x x Apriete de tornillería x x x xApriete el perno del volante x x Limpieza interna de tuberías x x x x x x x x x x x x

15.-Tanque de contacto de cloro 21.-Bombas de transferencia de lodos a filtro

12.-Reactores biológicos 16.-Compuertas de tanque de contacto de cloro

13.-Sedimentador secundario

17.-Tanque de fibra de vidrio para solución de hipoclorito

18.-Espesador de lodos

14.-Bombas de recirculación de lodos 19.-Tanques digestores de lodos.

20.-Sistema de aireación mecánico en digestores


113


Tabla 51. Esquema de mantenimiento anual en la PTAR. Parte 3


MESES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 # 11 12 MESES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 # 11 #


Revisión de amperaje en el mezclador x x x x x x x x x x x x Limpieza de bomba y motor xLimpieza y ajuste de bomba x x x x Lubricación de baleros x x x x x x x x x x x xLimpieza de columna de calibración x x x x Cambio de arillos xLimpieza de válvulas y tuberías x x x Cambio de sellos mecánicos x

Rectificación de flecha xVerificación del estado de boquillas x x x x x x x x x x x Chequeo de voltaje y amperaje x x x x x x x x x x x xLimpieza manual de tanques x x x Balanceo de impulsores xRevisión de base x x x x x x x x x x x x Chequeo de alineación de acoplamiento x x x x x xRevisión de anclas de tanque x x x Limpieza y lubricación de válvulas xRevisión de línea de llenado x x x x x x x x x x x x Chequeo de manómetros x

Pintura en bomba y tuberías xLimpieza de bomba y de motor x Chequeo y mantenimiento de juntas x x x x x x

Lubricación de baleros x x x x x x x x x x x xCambio de arillos de sellos mecánicos x Limpieza y ajuste de conexiones xCambio de sellos mecánicos x Chequeo y ajuste de interruptores termo magnéticos xRectificación de flecha x Chaqueo de conexión de barras de cobre xChequeo de voltaje y amperaje x x x x x x x x x x x x Chequeo de aterrizaje, red de tierras x

Balanceo de impulsores xChequeo de alineación de acoplamiento x x x x x x Chequeo de conexiones x x xLimpieza y lubricación de válvulas de descarga x x x Chequeo niveles de aceite en el transformador x x x x x x x x x x x xChaqueo y calibración del sensor de nivel x Chequeo de temperatura x x x x x x x x x x x xChequeo y calibración de manómetros x Chequeo de fusibles xPintura de bomba y de tuberías x Limpieza interna de subestación xChaqueo y mantenimiento de juntas x x x x x x

Limpieza de la banda x x x x x x x x x x x x Limpieza general x x x x x x x x x x x xRevisión de boquillas y espreas x x x x x x x x x x x x Aplicación de pintura x xRevisión de líquido hidráulico x x x x x x Chequeo de calibración x xInspección de funcionamiento de alarmas x x x x x x x x x x x x Chequeo de cables y conexiones x x x x

Revisión de paro de emergencia x x x x x x x x x x x xRevisión de bandas y raspadores x x x x x x x x x x x x Limpieza a chorro de agua x xRevisión de rodillos x x x x x x Inspección visual y pintura x xLubricación de engranes x x x x x x x x x x x x Reporte de inspección y chequeo de nivelación x xLubricación de baleros x x x x x x x x x x x xReemplazo de líquido hidráulico x xMantenimiento de micro switchs x x x x x x

28.-Subestación y transformador

25.-Filtros banda. 29.-Medidores de lodos a filtros prensa

30.-Tanque de agua potable para dilución de electrolito


22.-Sistema de dosificación de polímero 26.-Bomba de agua potable en área de filtro prensa

23.-Tanque de polímero

24.-Bombas para limpieza de bandas de filtros

27.-Tableros eléctricos de Centro de Control de motores

114


13.- CONCLUSIONES

• Las condiciones de operación en la planta se llevan a cabo de una manera

empírica, a pesar de que se realizan de manera periódica análisis del influente y

efluente; sin embargo, estos datos no son aprovechados para modificar las

condiciones de operación, ya sea por falta de interés o por falta de capacidad para

poder interpretar los datos. La implementación de la estrategia de optimización

propuesta busca que esta situación se modifique y se tenga un control sistemático

sobre el proceso, mejorándose su control.

• El manejo de las condiciones de operación y el correcto funcionamiento de los

equipos son factores muy importantes en el funcionamiento de la PTAR, sumándose

a esto la aplicación de los programas de mantenimiento. La conjunción de las

condiciones anteriores logrará una PTAR efectiva que cumpla con sus propósitos

de diseño.

• Con base en los resultados obtenidos de eficiencia en la PTAR, como % de

remoción de DBO5 -tabla 42-, es posible afirmar que para mantener los niveles de

eficiencia se deben se llevar a la práctica las propuestas de mejora producto de esta

investigación: manual del área de laboratorio, manual del área de operación y el

esquema de mantenimiento.

• Se elaboró un diagnostico técnico-operativo de los equipos de la PTAR y se logró

establecer una estrategia de mejora y de eficientización de los equipos,

incluyéndose condiciones de operación, mejorándose los resultados de producción

de agua tratada, en cantidad y calidad, y cumpliendo con la normatividad.

•Partiendo de la propuesta de mejora, en función de los recursos humanos y

materiales que estuvieron disponibles, fue posible evaluar las nuevas condiciones

del proceso en la PTAR.

•Se elaboraron los manuales básicos del área de laboratorio, área de operación y

el esquema de mantenimiento en la PTAR, como parte integral de la propuesta de

eficientización de la planta.

115


14.- COMENTARIOS Y RECOMENDACIONES FINALES • En la primera caracterización que se realizó en la PTAR se operaba a 35 lps,

gracias a la reparación de las bombas de agua cruda se pudo operar a 70 lps,

definiéndose la segunda caracterización. Con este nuevo flujo de tratamiento se

logró una estabilidad en el proceso, obteniéndose un efluente que cumple la

normatividad ambiental vigente para agua residual tratada para reuso en riego.

• En la segunda caracterización se obtuvieron parámetros de operación que se

encuentran dentro de los valores recomendados; es necesario seguir manteniendo

un control sobre las condiciones de operación y sobre los parámetros del proceso

para que esta situación se siga manteniendo.

• En necesario la reparación de los equipos que no funcionan correctamente para

evitar que por ello disminuya la calidad del sistema de tratamiento.

• La capacitación a los operadores en la PTAR es un factor adicional en la operación

del proceso, es indispensable implementar un plan de capacitación dirigido a los

operadores para que puedan leer e interpretar la estrategia aquí sugerida. Un primer

paso para este objetivo fue la elaboración de una manual de conceptos básicos,

dirigido específicamente a los operadores para que de esta forma comiencen a

familiarizarse con el control de la PTAR.

•Se propone como una alternativa para solventar la falta de equipo en la medición

de algunos parámetros realizar una alianza estratégica con alguna institución

educativa de nivel superior, de manera que sea factible generar datos que faciliten

el control del proceso en la planta de tratamiento.

116


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ANEXO 1.- DETERMINACIÓN DE COLIFORMES Reactivos. Alcohol etílico, caldo lauril-triptosa con purpura de bromocresol, caldo

lactosado con purpura de bromocresol, medio de cultivo selectivo para la presencia

de coliformes, fosfato monopotásico, cloruro de magnesio, hidróxido de sodio y agua

destilada.

Materiales. Bulbo de goma, frascos de 500 ml de capacidad con tapas de cierre

hermético y boca ancha, guantes de látex, pipetas graduadas de vidrio de 1.5 y 10

ml, porta-pipetas de acero inoxidable, tapabocas, tapones de acero inoxidable para

tubos de ensayo, asa de inoculación, espátula, gradilla, mechero de bunsen, tubos

de ensayo, tubos de rosca y barra magnética.

Aparatos e Instrumentos. Autoclave (presión de 1.05 Kg/cm2 y temperatura de 121 oC), balanza analítica, balanza granataria, estufa esterilizante, mufla, baño de agua

con agitación, incubadora, parrilla de agitación y calentamiento, potenciómetro y

refrigerador.

Procedimiento.

1.- Preparación de medios de cultivo y soluciones.

Caldo lactosado (CL), disolver 13 g de medio CL y 0.1 g de purpura de bromocresol

en la parrilla de agitación en un litro de agua destilada. Verificar que el pH sea de

6.9 (+/- 0.2), si es necesario ajustar con solución de hidróxido de sodio 0.1 N.

Distribuir volumen de 10 ml del medio en 9 tubos de ensayo, tapar con tapones de

acero inoxidable y esterilizar en autoclave por 15 minutos.

Medio E.C, disolver 37 g de medio EC en un litro de agua con la parrilla de agitación.

Verificar que el pH sea de 6.9 (+/- 0.2), si es necesario ajustar con solución de

hidróxido de sodio 0.1 N. Distribuir volumen de 10 ml del medio en 9 tubos de

ensayo conteniendo tubos Durham invertidos, tapar con tapones de acero y

esterilizar.

Solución madre de tampón A, disolver 34 gramos de fosfato monopotásico en 500

ml de agua destilada. Ajustar el pH a 7.2 con la solución de hidróxido de sodio 0.1

N, aforar a un litro y esterilizar.

127


Solución madre tampón B, disolver 8.1 g de cloruro de magnesio hexa-hidratado

en 500 ml de agua destilada, aforar a un litro con agua destilada y esterilizar.

Solución tampón de fosfatos (agua de dilución), adicionar 1.25 ml de la solución

A y 5 ml de solución B, aforar a 1 litro con agua destilada. Distribuir volumen de 9.2

ml y 36 ml en tubos de rosca y frascos con tapa de cierre hermético,

respectivamente. Esterilizar.

2.- Preparación de la muestra. Mezclar perfectamente la muestra agitando

vigorosamente, dependiendo de la naturaleza del agua -y del contenido bacteriano

esperado- hacer las diluciones necesarias (transferir 1 ml en 9 ml de agua de

dilución).

3.- Prueba presuntiva con caldo lactosado. Transferir 1 ml de la dilución 10:1 a

tres tubos con CL. Repetir el procedimiento para las diluciones 10:2 y 10:3. En total

debe haber 9 tubos -3 por dilución-. Incubar a 35 oC. Examinar cada tubo a las 24

horas, el cambio de color de purpura a amarillo indica una prueba positiva a la

presencia de coliformes. En caso contrario incubar 24 horas más. Checar

nuevamente para verificar cambio de color.

4.- Prueba confirmativa con medio EC. Los tubos positivos de la prueba anterior

se re-siembran por triple asada (esterilización al mechero y enfriada) en tubos de

fermentación que contenga EC. Incubar a 44 oC en baño de agua. Examinar a las

24 horas. El resultado será positivo cuando haya producción de gas. Desechar los

tubos que no formen gas.

5.- Calculo de NMP/g. Registrar el número de tubos positivos por cada dilución y

ponerlo en código de NMP. Ir a la tabla de NMP (tabla 52) y buscar la combinación

de tubos positivos por dilución para registrar el valor de NMP.

128


Tabla 52. Número más probable (NMP) para determinación de coliformes.

0 0 0 > 3 2 0 1 = 14 3 1 1 = 75 0 0 1 = 3 2 1 0 = 15 3 1 2 = 120 0 1 0 = 3 2 1 1 = 20 3 2 0 = 93 1 0 0 = 4 2 2 0 = 21 3 2 1 = 150 1 0 1 = 7 2 2 1 = 28 3 2 2 = 210 1 1 0 = 7 3 0 0 = 23 3 3 0 = 240

1 1 1 = 11 3 0 1 = 39 3 3 1 = 480 1 2 0= 11 3 0 2 = 64 3 3 2 = 1,100 2 0 0 = 9 3 1 0 = 43 3 3 3 = 2,400

Fuente: CEA Jalisco, Operación y mantenimiento de plantas de y tratamiento de aguas residuales con lodos activados.pag.78. Disponible en: http://www.ceajalisco.gob.mx/publicaciones/pdf/plantas_tratam_tomo1.pdf

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ANEXO 2.- LISTADO DE HERRAMIENTAS BÁSICAS PARA EL MANTENIMIENTO EN LA PTAR En tabla 53 se hace un listado de las herramientas propuestas que deben de

conformar, como mínimo, el equipo del personal de mantenimiento de la PTAR.

Tabla 53. Listado de herramientas indispensables en una PTAR.

LISTADO DE HERRAMIENTAS BÁSICAS Caja de herramientas. Juego de brocas para metal Extractor de quijada recta Martillo de carpintero Arnés Esmeriladora angular Marro de acero Sierras de copa Morse Moto sierra Juego de punzones y botadores Juego de llaves Allen y

milimétricas. Juego de brocas para concreto

Llaves mixtas milimétricas y estandar

Laser auto nivelante horizontal y vertical

Lentes de seguridad de alto impacto

Llaves españolas. Guantes de carnaza Analizador de potencia Llaves de estrías Banco de trabajo con tornillo Decibelímetro y tacómetro Llave ajustable Tapones auditivos. Grasera Llave Stillson Casco Extractores de tornillos Taladro Faja lumbar. Puma hidráulica Pinzas de electricista Cubre bocas Polipasto manual Pinzas mecánicas Multímetro digital Matraca y dados Pinzas de punta Termómetro infrarrojo. Desarmadores Pinzas de presión Flexómetro. Prensa hidráulica de banco Pinzas de corte Nivel de mano Mazo de golpe seco Pinzas de seguro omega Arco con segueta Juego se saca bocados. Pinzas corta pernos Lámpara de mano Juego de cinceles Desarmadores dieléctricos Cepillo de alambre Detector de gases

Fuente: CEA Jalisco, Operación y mantenimiento de plantas de y tratamiento de aguas residuales con lodos

activados. Pág. 325. Disponible en: http://www.ceajalisco.gob.mx/publicaciones/pdf/plantas_tratam_tomo1.pdf

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http://www.ceajalisco.gob.mx/publicaciones/pdf/plantas_tratam_tomo1.pdf


ANEXO 3.- MANUAL DE CONCEPTOS BÁSICOS PARA LOS OPERADORES IMPORTANCIA DEL AGUA El agua es indispensable para vivir; sin agua no hay vida. En un inicio el hombre se

limitaba a usar el agua para subsistir, es decir la aprovechaba como bebida y para

preparar los alimentos. La difusión de hábitos higiénicos y el desarrollo industrial

hicieron que aumentara el consumo de agua por el hombre.. El agua pura

prácticamente no existe, porque además de presentar impurezas, incluso después

de una destilación en laboratorio, también posee la propiedad de disolver

numerosas sustancias, por lo que se la conoce como el solvente universal.

Cuando el agua entra en contacto con el aire, el suelo o incluso el propio hombre,

adquiere impurezas y modifica su composición, lo que puede producir

enfermedades y perjuicios para el ser humano. Cuando el agua cae en forma de

lluvia las gotas disuelven los gases de la atmósfera (gas carbónico, oxígeno,

etcétera) y transportan el polvo de la tierra. Cuando el agua arrastra el gas carbónico

que existe en la atmósfera se acidifica y se incrementan aún más sus propiedades

solventes. Al llegar a la Tierra una parte de dicha agua corre sobre la superficie, otra

se infiltra en el terreno y otra se evapora. El agua también se acidifica cuando entra

en contacto con materias orgánicas en descomposición, generalmente de origen

vegetal, que liberan gas carbónico y otros gases, como el sulfhídrico, el amoníaco,

etc. El gas sulfhídrico se transforma posteriormente en sulfitos y sulfatos, y el

amoníaco en nitritos y nitratos.

La materia orgánica en descomposición también libera sustancias orgánicas

coloreadas, que disueltas por el agua o puestas en un fino estado de suspensión

denominado estado coloidal, colorean el agua. Además de su capacidad de

solvente el agua posee otra virtud: la capacidad de transportar material en

suspensión. Dicho material en suspensión confiere al agua la característica que se

llama turbidez.

En el cuerpo de un curso de agua existe también una gran variedad de organismos

vivos tales como algas, protozoarios, etc., que pueden dar color, gusto y olor a las

aguas. El agua de la lluvia que se infiltra por el suelo se libera de la turbidez a

medida que se filtra en el terreno; sin embargo, conserva su acción solvente y

131


disuelve las sales de los minerales que encuentra a su paso (carbonatos,

compuestos de fierro y de manganeso).

El termino agua residual define el tipo de agua que está contaminada con sustancias

fecales y orina procedentes de desechos orgánicos humanos o animales. Su

importancia es tal que requiere de sistemas de canalización, tratamiento y desalojo.

Este factor influye considerablemente en la cantidad de materiales que ella contiene

debido a que las aguas residuales pueden incluir una gran cantidad de bacterias

patógenas -cuando provienen de desagües domésticos- y una gran variedad de

productos químicos -cuando provienen de residuos industriales-.

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA El concepto de calidad del agua se relaciona con la naturaleza de esta y con la

concentración de impurezas que contenga. Las impurezas presentes en el agua son

las que le proporcionan sus características. Por lo tanto la calidad del agua se

define, según sus características, en físicas, químicas y biológicas. Tales

características se determinan mediante los siguientes procedimientos:

a) examen físico;

b) análisis químico;

c) examen bacteriológico

d) examen microscópico.

CONDUCCIÓN DE LAS AGUAS Los canales de conducción se clasifican en:

• Conductos libres: abiertos o cerrados.

• Conductos forzados: por gravedad o por bombeo.

• Conductos mixtos: en parte libres y en parte cerrados.

En el primer caso la presión es igual a la atmosférica. En el segundo la presión es

superior a la atmosférica. Para el abastecimiento de agua la presión debe ser mayor

que la atmosférica, es por ello que se usan conductos forzados, principalmente

cuando estamos ante agua tratada.

Concepto de Caudal Cuando se mide el agua que pasa por un riachuelo o río, por una tubería, por una

sección normal de una corriente de agua, o cuando se mide el volumen del agua

132


que produce un pozo o una mina o la que entra -o sale- de una planta de tratamiento

en una unidad de tiempo, se conoce el caudal. El caudal se define entonces como

el volumen del líquido que pasa por una sección normal de una corriente de agua

en una unidad de tiempo.

Uso de vertederos para medir el caudal (Q). Los vertederos son simples aberturas sobre las que se desliza un líquido, pueden

ser entendidos como orificios cuya arista superior está sobre el nivel de la superficie

libre del líquido. Se suelen usar para medir caudales en conductos libres (canales,

ríos, etc), pueden ser triangulares o rectangulares-

En las plantas de tratamiento de agua se puede determinar el caudal de varias

formas. Por lo general las bombas contienen en la placa con la indicación del caudal

de bombeo contra la altura manométrica, lo cual da una idea bastante aproximada

del caudal de la planta; sin embargo, debemos resaltar que el caudal de las bombas

varía según las modificaciones de la fuerza eléctrica.

Canaleta Parshall Por lo general las plantas ya cuentan con este dispositivo para medir el caudal

afluente. Esta canaleta posee una zona de estrangulamiento y otra de relieve y

dependiendo de las dimensiones del canal se calcula el caudal en función de la

altura que alcance el líquido dentro del canal.

ASPECTOS BIOLÓGICOS DE LA CALIDAD DEL AGUA La contaminación fecal de las aguas superficiales que sirven como fuente de

abastecimiento es uno de los problemas más preocupantes en los países en vías

de desarrollo. Esta contaminación se debe al vertimiento de los desagües sin ningún

tratamiento, hecho que es usual en las grandes ciudades

Los agentes patógenos involucrados en la contaminación del agua son las

bacterias, virus, protozoos y helmintos. Estos agentes pueden causar

enfermedades con diferentes niveles de gravedad, desde una gastroenteritis simple

hasta severos -y a veces fatales- cuadros de diarrea, disentería, hepatitis o fiebre

tifoidea. Los organismos que en forma normal se encuentran en aguas superficiales

son los siguientes:

133


Algas Son plantas de organización sencilla; existen formas unicelulares, coloniales

y pluricelulares, presentan clorofila. El incremento anormal de las algas se produce

por el exceso de nutrientes y cambios en la temperatura. Este fenómeno, que se

conoce como eutrofización, tiene como consecuencia la producción de olores

desagradables y múltiples dificultades en el tratamiento

Bacterias. Son seres de organización simple unicelular, están distribuidas en una

amplia variedad de sustratos orgánicos (suelo, agua y polvo atmosférico). La mayor

parte de bacterias son beneficiosas, ya que de ellas dependen la mayor parte de las

transformaciones orgánicas y favorecen la autodepuración de los cuerpos de agua.

Protozoarios. Son organismos unicelulares con una amplia distribución en los

cuerpos acuáticos.

LA CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS. ANÁLISIS FÍSICOS Los exámenes dan a conocer el olor, la apariencia y aceptabilidad del agua de una

manera general son:

pH. Con este examen se determina si el agua es ácida (aquella característica que

provoca la corrosión de las tuberías de fierro), neutra o básica. Una solución que

tenga pH menor que 7 es ácida, la que tenga un pH equivalente a 7 es neutra y si

el pH es mayor que 7 la solución es alcalina. Turbidez. La turbidez de una muestra de agua es la medida de la interferencia que

presentan las partículas en suspensión al paso de la luz, se debe a la arcilla, al lodo,

a las partículas orgánicas, a los organismos microscópicos y a cuerpos similares

que se encuentran suspendidos en el agua. Color. Se debe a la presencia de sustancias orgánicas disueltas o coloidales,

sustancias inorgánicas disueltas, así como cuerpos vivos presentes en el agua. Olor. Todas las sustancias inorgánicas pueden producir olor, según la

concentración en que se encuentren. ANÁLISIS QUÍMICOS De los contaminantes químicos los que generan especial inquietud son los que

tienen propiedades tóxicas acumulativas, como los metales pesados y las

sustancias cancerígenas, destacando en estas últimas el cadmio, el cianuro, el

cobre, el mercurio y el plomo.

134


EXÁMENES BACTERIOLÓGICOS Las bacterias provenientes de desagües o de residuos orgánicos arrojados al agua.

Factores que afectan el número de bacterias. Temperatura, filtración, oxígeno

disuelto y la acción de otros seres vivos, por ejemplo, algunas algas producen antibióticos eliminando las bacterias. MÉTODO DE TRATAMIENTO EN LA PTAR NEZAHUALCÓYOTL. La PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl tiene el siguiente tren de tratamiento:

-Recepción de agua cruda del Canal Rio Churubusco.

-Desbaste. El agua residual que entra a la planta contiene material flotante que es

retirado a través del sistema de rejillas.

-Depuración biológica. Se usan 7 reactores donde se realiza el proceso de lodos

activados. El proceso de lodos activados 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 cuales tiene doble función: producir mezcla completa y

agregar oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle.

-Desinfección, el agua ya tratada fluye hacia un tanque de contacto con cloro, en

donde se agrega solución de hipoclorito de sodio, eliminándose los

microorganismos del agua tratada.

-Filtración. El agua tratada es filtrada en los filtros de discos y en los filtros de arena

para separar las partículas sólidas presentes aun en el agua.

El agua tratada (llamada efluente) se canaliza a un depósito final, para finalmente

ser bombeada a la red de riego.

Adicionalmente, los lodos producidos durante el proceso son sometidos a un

tratamiento para eliminar su toxicidad y mal olor. Los lodos en exceso pasan a dos

digestores biológicos, en donde a través de aireación los lodos se estabilizan, para

135


luego pasar al espesador -eliminado el agua en exceso- y finalmente pasan al filtro

prensa donde se elimina humedad, obteniéndose el lodo digerido que es conducido

a su disposición final en el relleno sanitario del Municipio.

EQUIPOS DE LA PTAR. En la tabla 54 se hace un breve listado de los principales equipos de una PTAR,

incluyéndose una descripción operativa de cada uno de ellos.

136


Tabla 54. Equipos principales en una PTAR, incluyendo sus características y funciones principales.


Motores eléctricos

Evitan el exceso de presión en equipos con tanques a presión.

Reducen y mantienen el caudal de salida

de alivio de presión

asíncronos

Motores de corriente alterna en los que la corriente eléctrica enel rotor, necesaria para producir la torsión es producida porinducción electromagnética. Son los motores más utilizados(motores de jaula de ardilla o de rotor de anillo deslizante)

Dosificadores Descargan en el agua cantidades prefijadas de sustancias químicas en unadeterminada unidad de tiempo.

bombas dosificadoras Son del tipo aspirantes de diafragma o de pistón accionadaspor un moto reductor, regulando la dosificación.

centrifugas

Elevan el líquido por la acción de la fuerza centrífuga que laimprime un rotor, colocado en su interior, el cual es accionadopor un motor eléctrico. Son apropiadas para impulsar grandesvolúmenes de agua a un bajo costo, son muy seguras.

desplazamiento positivo

Crean la succión y la descarga, desplazando agua con unelemento móvil. El espacio que ocupa el agua se llena y vacíaalternativamente forzando y extrayendo el líquido mediantemovimiento mecánico, funcionan con bajas capacidades

Son maquinas que entregan energía mecánica de manera simple y eficiente.Son de reducido peso y tamaño

síncronos Motores de corriente alterna en los que la rotación del eje estasincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación.

reguladora de altitudMantienen el nivel de agua en los recipientes, interrumpen elingreso de flujo al llegar a la altura deseada

de purga de aireEvitan la acumulación de aire en las tuberías disminuyendo laperdida de presión y manteniendo el caudal

BombasImpulsan el agua a través de las tuberías, dentro de ellas se produce un vacíoque permite succionar el agua e impulsarla. Los tipos más usados son lacentrifugas y las de desplazamiento positivo.

de compuerta Permite el paso del flujo en posición completamente abierta y lo restringe en la posición completamente cerrada

de globoreguladoras de presión Reducen la presión manteniéndola en valores prefijados.reguladoras de caudal

Limitan o regulan el paso de un fluido

EQUIPOS PRINCIPALES DE UNA PTAR.Compuertas Se usan para abrir o cerrar el paso del agua, pueden ser manuales o hidráulicas

RejillasImpiden el paso de materiales flotantes, pueden ser de barras, de mallas olaminas con orificios. Su limpieza puede ser manual o bien mecánica para elretiro de los sólidos retenidos.

Válvulas Permiten el control de flujos en tuberías, impiden su retorno y liberan el excesode presión cuando esta sobrepasa ciertos límites de seguridad

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ANEXO 4.- DATOS TÉCNICOS DE LOS PRINCIPALES EQUIPOS DE LA PTAR En las tabla 55, en sus tres partes, se incluyen los datos técnicos de los principales

equipos de la PTAR.

Tabla 55. Datos técnicos de los principales equipos en la PTAR, parte 1.


Marca Nabohi Marca HSI

Modelo BCA-04-104-43 Modelo 8608No de unidades 2 Tipo CentrifugoCapacidad (lps) 35 lps. No De Unidades 3

Carga dinámica total (mca) 10 Capacidad (M3/Hr) 3,007.2 M3/Hr.Diámetro descarga 4" Presión De Descarga (7 PSIGPotencia 10 Hp. Diámetro Descarga 8"Velocidad 1735 rpm. Diámetro Descarga 8"

Alimentación eléctrica 440 V, 3F, 60 Hz Potencia 100 hp

Sellos mecánicos C Si Velocidad 3600 rpm

Instalación Fija Factor De Servicio 1.15

Alta temperatura Si Alimentación Eléctrica 460 V., 3F, 60 Hz

Marca WDM Marca Wallace & Tiernan

Modelo 5062 Modelo Premia 75

Tamaño 6 X 4 X 14 1/2 Tipo MEGA

Tipo CHB No. de unidades 1

No. De Unidades 2 Capacidad 5.0 GPH

Capacidad 35 lps. Presión de descarga 100 PSIG

Presión De Descarga 35 Diámetro descarga 3/4"Diámetro Succión 6" Potencia ¼ HP

Diámetro Descarga 4" Velocidad 1750 rpm

Potencia 30

Velocidad 1800 rpm.

Factor De Servicio 1.15

Alimentación Eléctrica 230/440 V., 3F, 60 Hz

Marca MOYNO Marca Grundfos

Modelo A1D-CDQ-3APA Modelo DMX-321-6B-PVC/E/SS

No. de unidades 2 Tipo DiafragmaCapacidad 5.4 m3/h No. de unidades 1

Presión de descarga 7.04 kg/cm2 Capacidad 386 LPH

Diámetro de descarga 2.5” Presión de descarga 87 PSIG

Rel. De velocidad 04:01 Diámetro descarga ¾ "Velocidad de salida 540 rpm Potencia ½ HPPotencia 2.0 Hp. Velocidad 1750 rpm

Alimentación eléctrica 440, 3F, 60 Hz

Instalación Fija

BOMBAS DE LODOS ESPESADOS BOMBA DOSIFICADORA DE POLIELECTROLITO

Alimentación eléctrica 440 V, 3F, 60 Hz

BOMBAS DE AGUA CRUDA SOPLADORES CENTRÍFUGOS

BOMBAS HACIA FILTROS DE ARENA BOMBA DOSIFICADORA DE HIPOCLORITO

Alimentación eléctrica 115 V., 1F, 60 Hz

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Marca Nabohi Marca SETAR

Modelo BCA-04-54-43 Modelo SETAR-3510No. de unidades 3 No. De Unidades 2Capacidad (lps) 20 Lps. Capacidad 13.50 kg O2/h

Carga dinámica total (mca) 6 Velocidad De Salida 69.86 RPMDiámetro descarga 4" Diámetro 1.25 mPotencia 5 Hp. Moto reductor FlenderVelocidad 1735 rpm. Modelo ZR128-LG180MB4W

Alimentación eléctrica 440, 3F, 60 Hz Torque Nominal 5,100 Nm

Sellos mecánicos C Si Potencia 25 Hp.

Instalación Fija Velocidad 1735 Rpm.

Alimentación Eléctrica 440 V, 3F, 60 Hz

Instalación Fija

Marca ITT Goulds Marca Hach

Modelo SSV Modelo U53A4A1N

No. De Unidades 1 No. De Unidades 1

Capacidad 3.5 m3/h Tipo Ultrasónico

Presión De Descarga 6.5 kg/cm2 Salida Analógica doble 4 - 20mA

Diámetro De Descarga 2.5” Caja NEMA 4XPotencia 5.0 Hp.

Alimentación Eléctrica 440, 3F, 60 HzInstalación Fija

Marca Hach Marca Hach

Modelo SC-100 Modelo U53A4A1N

No. De Unidades 2 No. De Unidades 1

Tipo Galvánico Tipo Ultrasónico

Salida Analógica doble 4 - 20mA

Caja NEMA 4XAlimentación Eléctrica 120/220 V., 1F, 60 Hz

Marca DBS Potencia 0.5 HPModelo SX-AE Velocidad 1735 Rpm.Velocidad de salida 0.16 rpm Tipo de motor EléctricoDiámetro de acoplamiento 4¨ Alimentación eléctrica 440, 3 F, 60 Hz.

AEREADOR SUPERFICIAL

Alta temperatura Si

BOMBA DE AGUA DE LAVADO (FILTRO PRENSA) ANALIZADOR DE FLUJO EN CANAL ABIERTO

BOMBAS RECIRCULACIÓN DE LODOS

REDUCTOR DEL ESPESADOR DE LODOS.

Alimentación Eléctrica 120/220 V., 1F, 60 Hz

SENSOR DE OXÍGENO DISUELTO ANALIZADOR DE FLUJO EN CANAL ABIERTO

Rango De Medición 0 - 40ppm

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Modelo IMPEL Marca Raisa

Tipo Sumergible Modelo 125 VNo de unidades 3 Tipo PeriféricoCapacidad (lps) 35 Velocidad 4 cm/s

Carga dinámica (mca) 14 Velocidad de salida 11.25 rpmPotencia 25 HP Potencia 1.5 HPVelocidad 1750 rpm Alimentación eléctrica 440 V, 3F, 60 HzAlimentación eléctrica 440 V, 3F, 60 Hz

Marca Naboni Marca Siemens

Modelo BCA-04-104-43 Potencia 70 KVA

Tipo Horizontal

No de unidades 3 Tensión nominal 4 a 9 Kv

Capacidad 35 LPS Tensión máxima de servicio 17 Kv

Diámetro de succión 12 Conexión Delta/ Estrella

Diámetro de descarga ¨8 Numero de terminales 3

Potencia 25

Velocidad 1750 rpm Tensión nominal 230 a 460 V

Alimentación eléctrica 440 V, 3F, 60 Hz Tensión máxima de diseño 1.1 Kv

Tensión de prueba a 60 Hz 3 KvMarca Goni Número de terminales 3

Modelo 990 Conexión Delta/ EstrellaPotencia de arranque 5 HP Frecuencia 50, 60 Hz

Potencia nominal 3 HP Tipo de aislador Porcelana polimérica

Voltaje de alimentación 127 V a 60 Hz Tipo de montaje Exterior/Interior

Presión 800 kPa Rango de operación 1000-5000 msnm

Línea de fuga 25 mm/Kv

Norma para aceite aislante IEC-296

BOMBAS DE TRANSFERENCIA DE AGUA SISTEMA MOTRIZ DEL CLARIFICADOR

TRANSFORMADOR TIPO SECO

Lado de media tensión

Lado de baja tensión

BOMBAS DE AGUA TRATADA

Tiempo de trabajo continuo 180 min

COMPRESOR

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