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Agua renovada como fuente para uso primario

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Agua renovada como fuente para uso primario

  1. 1. &V. j s-s _X )~ , 55 AGUA RENOVADA COMO FUENTE PARA USO PRIMARIO Petia Mijaylova Nacheva INTRODUCCIÓN En las últimas décadas, los problemas relacionados con el déficit del agua de primer uso y la contaminación de las fuentes de agua se han agudizado en México, sobre todo en las zonas áridas y semiáridas, en las regiones de mayor concentración de la población y en las de desarrollo industrial intensivo. Agotamiento de acuíferos profundos, contaminación de acuíferos someros y cuerpos de aguas superficiales, intrusión salina, falta de alternativas económicamente factibles para afrontar la demanda del agua, son fenómenos cada vez más frecuentes. La disponibilidad del agua en México se puede clasificar como mediana, comparada con la de otros países del mundo, sin embargo, su distribución no es uniforme en el territorio nacional. Alrededor de 65% de la demanda de agua potable se cubre por agua proveniente de los acuíferos, mientras que para riego se utiliza sobre todo agua superficial. La contaminación de los cuerpos de agua se ha incrementado en el tiempo, 73% de ellos están actualmente clasificados como contaminados (CNA, 2003). Existe una presión fuerte sobre el recurso agua en un 52% del territorio nacional: zonas clasificadas como áridas o semiáridas, zonas con alta concentración de la población y regiones altamente industrializadas. La creciente demanda de agua en estas regiones se satisface principalmente mediante extracción de los acuíferos o mediante la transferencia desde regiones con una disponibilidad mayor. Como resultado de la sobreexplotación, más de 90 acuíferos presentan problemas graves de agotamiento o intrusión salina. En algunas regiones ya no hay nuevas fuentes para el abastecimiento urbano y para la agricultura o estas están disponibles pero a un costo muy elevado. Están, sin embargo, disponibles grandes cantidades de aguas residuales, las cuales, después de un tratamiento adecuado, pueden ser utilizadas para reducir las demandas del sector municipal, industrial, agrícola y recreativo, particularmente en sitios con poca disponibilidad. El tipo de reúso del agua residual más ampliamente aplicado, tanto en México como en el mundo, es para riego agrícola. Aaproximadamente 90 m 3/s de aguas residuales se utilizan para estos fines en México, lo cual representa el 83% del total de agua reutilizada. Esta forma de aprovechamiento del recurso es la menos exigente con respecto a la calidad del agua (US EPA, 1992), pero sí se requiere de un control microbiológico estricto. A pesar de que en México existe normativa referente a esta forma de reúso (NOM-001-ECOL-1 996), todavía más de la mitad del total de agua reutilizada en riego no recibe tratamiento alguno. Esto representa un peligro para la salud, tanto de los agricultores, como del consumidor, por lo cual se requiere de una ampliación urgente de la infraestructura de tratamiento. El sector industrial se beneficia de un 10% del agua total reutilizada, construyendo en muchos casos sus propias plantas de tratamiento para ajustar la calidad del agua a sus necesidades. En cuanto al reúso urbano-municipal y potable indirecto, los cuales requieren de una alta calidad del agua, la experiencia es restringida a casos aislados y a caudales relativamente pequeños. El análisis de la demanda municipal indica, sin embargo, que existe la posibilidad de intercambiar una gran cantidad del agua de primer uso por agua renovada a partir del agua residual, más de 20 m3/s, considerando únicamente los centros urbanos con más de 100,000 habitantes. El reúso urbano-industrial debe de ser entonces impulsado ya que representa un área de oportunidad para afrontar la problemática relacionada con el déficit de agua y el agotamiento de los acuíferos.
  2. 2. Reconociendo el reúso como forma de mejorar el manejo integral y sustentable del recurso, la producción de agua renovada se ha considerado en los programas nacionales (CNA, 2001, 2003) como una manera de reducir la cantidad de aguas residuales y la contaminación, recuperar los acuíferos y proporcionar una alternativa de abastecimiento de agua alternativo. La factibilidad técnico-económica de los sistemas de tratamiento del agua residual y su disponibilidad en el país son factores importantes para la implementación rápida de programas extensivos de reúso. El objetivo del trabajo presente es determinar el potencial de la tecnología de tratamiento del agua disponible en México para obtener agua de alta calidad a partir de aguas residuales y así lograr su reúso urbano, recreativo o en recarga de acuífero, proponer trenes de tratamiento con la implementación de los cuales será posible realizar programas de renovación del agua, así como estimar los costos de las mejores alternativas. COMPOSICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES Las aguas residuales municipales contienen alrededor de 0.1% de sólidos, orgánicos e inorgánicos, disueltos y suspendidos. Los sólidos orgánicos contienen principalmente carbón, hidrógeno y oxígeno, los cuales pueden estar combinados con nitrógeno, azufre o fósforo. Los principales grupos de compuestos orgánicos los conforman las proteínas (40-60%), los carbohidratos (20-40%) y las grasas (10-20%), susceptibles todos a procesos de biodegradación. Los más fácilmente removibles son los carbohidratos, seguidos por las grasas y luego por las proteínas. Con el desarrollo industrial, en el agua residual aparecieron y muchos compuestos xenobióticos, solventes e hidrocarburos que pueden tener efectos inhibitorios, bioacumulativos y tóxicos tanto para la biomasa de los sistemas de tratamiento biológicos, como para la flora y fauna en los cuerpos receptores. Dentro de los sólidos inorgánicos se incluyen arenas, aceites, metales y otras sales minerales. En general, los sólidos suspendidos son en un 70% orgánicos y en un 30% inorgánicos y los sólidos disueltos son en un 40% orgánicos y en un 60% inorgánicos. Además en el agua hay gases disueltos (02, CO2, H2S, N2), así como componentes biológicos, micro y macroorganismos, incluyendo bacterias y virus que pueden causar un sin número de enfermedades. Los principales factores que influyen sobre las características de las aguas residuales municipales son: el uso del agua, el impacto de las descargas industriales, el tipo de sistema de tratamiento, la calidad del agua de primer uso (afecta básicamente el contenido de sales y la dureza del agua) y la infiltración al sistema de recolección. El uso residencial del agua adiciona al agua materia orgánica y sales inorgánicas en estado disuelto y suspendido. Una composición típica de aguas residuales domésticas, basada en los parámetros convencionales de calidad, se presenta en la Tabla 1 (Metcalf and Eddy, 1991). Se estima que entre 3 y 5% del total de los coliformes son E. Coli patógenos. El contenido de virus puede variar entre 10 3 y 104 unidades infecciosas por litro de agua (WEF, 1991). El análisis de las características de aguas residuales en México, indica que estas tienen una composición típica con respecto a la mayoría de los parámetros de calidad, excepto el contenido de coliformes que generalmente es en una hasta dos unidades logarítmicas mayor que las concentraciones presentadas en la Tabla 1. Otra diferencia, relacionada con las características del agua de primer uso, es el contenido de sales, alcalinidad y dureza que generalmente son mayores que los típicos. El contenido de nematodos intestinales, los principales de los cuales son el Ascaris spp. y el Trichuris spp, adquiere una particular importancia en México por sus características climatológicas y por ser un país en donde las enfermedades gastrointestinales son endémicas. El indicador de esta contaminación es la presencia de huevos de helmintos (HH) en el agua residual. La concentración de HH depende de la procedencia del agua, así como de las prácticas higiénicas y puede estar en el intervalo entre 1 y 25 h/L. 2
  3. 3. Tabla 1. Composición del agua residual doméstica. Parámetro Unidad Concentración Baja Media Alta Sólidos totales mgIL 350 720 1,200 Sólidos suspendidos totales mgIL 100 220 350 Sólidos sedimentables mL/L 5 10 20 DB05 mg/L 110 220 400 DB05 soluble mgIL 88 165 300 DQO mgIL 250 500 1,000 DQO soluble mgIL 175 350 700 COT mg/L 80 160 290 Nitrógeno total (como N) mg/L 20 40 85 Amoníaco (como N) mg/L 12 25 50 Nitrógeno orgánico (como N) mg/L 8 15 35 Fósforo total (como P) mg/L 4 8 15 Grasas y aceites mg/L 50 100 150 SAAM mg/l 2 4 5 Coliformes fecales NMP/100 mL 105 106 106 107 106 108 CONCEPTOS DE REDUCCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN, REÚSO Y AGUA RENOVADA El agua residual puede ser descargada a agua superficiales o al suelo, reincorporándola así al ciclo hidrológico. En este caso se necesita reducir los contaminantes hasta un límite que permita proteger el medio ambiente y asegurar la calidad de agua en el cuerpo receptor dependiendo de su uso. La descarga de aguas residuales tratadas a cuerpos de agua superficiales, utilizados como fuente de agua potable, es un ejemplo clásico de reúso potable indirecto del agua residual. En este caso se debe asegurar una calidad del agua en el cuerpo receptor que permita usarla como fuente de agua potable. En México existe normativa para el control de las descargas a cuerpos receptores que establece la calidad requerida del agua residual en las descargas dependiendo del uso del cuerpo receptor (NOM-001-ECOL-1 996). Desde los años SOs, relacionado con el problema global de escasez de agua, cada vez más se empezó a considerar el reúso de las aguas residuales municipales, después de un tratamiento adecuado, para diferentes fines: riego agrícola, acuicultura, en las industrias, en servicio al público (recreativo, riego de áreas verdes, limpieza de calles, etc.); para recarga de acuíferos con el fin de prevenir la intrusión salina o para recuperar el nivel del agua. A cada uno de estos reusos está asociada una determinada calidad del agua. En el caso de reúso del agua residual tratada en riego agrícola, se requiere de una reducción de los contaminantes que permita sobre todo la protección de la salud de los agricultores y de los consumidores. Para esto se necesita remover los huevos de helmintos y lograr una desinfección efectiva, con la cual se asocia una calidad físico-química. La remoción de compuestos tóxicos y de contaminantes que pueden perjudicar el desarrollo de los cultivos es también obligatoria. La calidad del agua para este tipo de reúso se establece en la NOM-001-ECOL-1 996. Una calidad excelente, similar a la establecida para agua potable, se requiere para el caso de recarga de acuíferos utilizados como fuente de agua potable. Este es otro ejemplo de reúso potable indirecto. Cuando la recarga se realiza por inyección directa mediante posos y no se
  4. 4. cuenta con ninguna capacidad de tratamiento adicional, la calidad de agua tratada para la recarga debe ser igual a la de agua potable. Cuando la recarga se realiza por infiltración a través de depósitos abiertos mediante irrigación por aspersión, la filtración en el suelo reduce adicionalmente la concentración de algunos contaminantes que después del tratamiento han quedado en el agua inyectada. En este caso se sugiere que el agua tratada, utilizada para la recarga, debe tener una calidad suficiente para permitir que después de su infiltración se cumplieran los requerimientos de calidad para uso potable. Otro criterio, comúnmente aplicado, es que la calidad del agua al infiltrase en el acuífero debe tener al menos la misma calidad a la del agua en el acuífero. En México todavía no existe una norma específica referente a este tipo de reúso. Un método de protección en caso de inyección directa al acuífero es la creación de flujos subterráneos del agua recargada, diluyéndola cuando esto es posible con aguas de lluvia. El agua se extrae del subsuelo para su potabilización a una cierta distancia de las plantas de infiltración. Esta distancia debe ser lo suficientemente grande como para asegurar que el agua de recarga se mezcle con el agua subterránea y posea la calidad necesaria para ser potabilizada. También se ha obtenido agua para uso humano de agua subterránea artificial, formada a partir de las aguas residuales infiltradas, manteniéndolas en el subsuelo durante 3 o 4 años, o cuando menos 400 días, antes de utilizarlas para abastecimiento municipal (Fresenius etal., 1991). El uso directo de agua para fines potables se considera el más alto nivel de reúso que se puede alcanzar, aunque existen otros usos industriales específicos que requieren de una calidad más estricta en muchos aspectos. El reúso potable directo de aguas residuales tratadas es una opción que debe ser estudiada exhaustivamente antes de ponerse en práctica. Los criterios mínimos de calidad que deberá cumplir el agua para este tipo de reúso serán, obviamente, los criterios vigentes para agua potable. Pero aún el cumplimiento de estos criterios, por si mismo, no garantiza la potabilidad del agua ya que los criterios de calidad para agua potable no han sido creados para la eventualidad de reutilizar en forma directa aguas residuales tratadas y no controlan contaminantes específicos de origen industrial que pueden estar presentes en el agua residual y persistir en el agua tratada después de todos los procesos de tratamiento aplicados. Un ejemplo de este tipo de reúso se ha implementado a escala real para un caudal de 60 l/s en Windhoek, Namibia (zona con una escasez severa del agua). Los sistemas de reúso en servio al público proporcionan agua tratada para varios propósitos dentro de un área urbana, incluyendo: Irrigación de parques públicos, campos de golf y otros campos deportivos, aeropuertos, jardines de escuelas, camellones y las áreas verdes alrededor de edificios públicos, centros comerciales, oficinas y desarrollos industriales; limpieza de calles; irrigación de las áreas verdes de residencias individuales o multifamiliares, lavado y otras actividades de mantenimiento; usos comerciales semejantes a lavado de vehículos, ventanas, agua de mezcla para pesticidas, herbicidas y fertilizantes líquidos; irrigación de áreas verdes ornamentales y para decoración, semejantes a fuentes, albercas y cascadas; uso para control de polvo y para producción de concreto en proyectos de construcción; uso en sistemas de protección contra incendios; uso en baños de edificios comerciales e industriales. El reúso urbano puede incluir sistemas de servicios a usuarios grandes (parques, patios de recreo, industrias o complejos industriales) o servicios a una combinación de usuarios (zonas residenciales, industrias y propietarios comerciales). En estos sistemas, el agua tratada es repartida a los clientes por una red de distribución paralela a la de agua potable. Los sistemas se operan y mantienen de manera similar al sistema de agua potable. El sistema de reúso urbano deberá considerar las instalaciones de tratamiento del agua residual para la producción de agua tratada; el sistema de distribución de agua tratada, incluyendo el almacenaje y las instalaciones de un servicio de bombeo para elevar el agua. En el diseño de un sistema de distribución de agua tratada, las consideraciones más importantes son la seguridad del servicio y la protección a la salud pública. ri
  5. 5. El agua residual tratada puede usarse también en zonas de recreación, donde se desarrollan diferentes actividades, entre otras, de remo, chapoteo, vela, natación, esquí acuático. El principio básico para este tipo de reúso es el control bacteriológico y el control de la infiltración a aguas subterráneas. También deben de considerarse los aspectos estéticos. Los requerimientos de la calidad del agua para reúsos en servicios al público se establecen en la NOM-003-ECOL-1 997, de acuerdo al contacto que tiene el público con el agua de reúso. En el contexto de la norma se considera reúso con contacto directo el de: llenado de lagos y canales artificiales recreativos con paseos en lancha, remo, canotaje y esquí; fuentes de ornato, lavado de vehículos, riego de parques y jardines. Los límites máximos permisibles para SST, D130 5, GyA para "contacto directo" son de 20, 20 y 15 mg/L, para Huevos de Helmintos :c ~ 1 h/L y para Coliformes Fecales de 240 NMP/100 ml. Para "contacto indirecto" los límites son ligeramente mayores: 30 mg/L para SST y D1305, 15 para GyA, HH ~ 1 y para Coliformes Fecales de 1,000 NMP!100 ml. También se limita la concentración de una serie de metales y otros compuestos tóxicos. La OMS ha sugerido criterios y parámetros para este tipo de reúso ligeramente más estrictos que los aceptados en México, siendo también más estricta la normativa de los países de la Comunidad Europea, Inglaterra, EUA y Canadá. El uso de aguas residuales municipales tratadas en los sistemas de enfriamiento y en procesos de producción que no requieren alta calidad del agua se aplica muy frecuentemente por la industria, sobre todo en zonas donde hay déficit de agua. Un ejemplo de este tipo de reúso en México es la industria de celulosa y papel, donde el agua tratada se utiliza en la molienda de madera, en el lavado de la pulpa y en el transporte de fibra. Como medida de protección sanitaria se evita el contacto directo del personal con las aguas, usando sistemas cerrados para su transportación hasta el punto de utilización. Otros consumidores de aguas residuales tratadas son la industria de cemento, las refinerías, parques industriales en Estado de México, Veracruz, Sonora, Distrito Federal. El agua obtenida a partir de las aguas residuales mediante un sistema de tratamiento adecuado para alcanzar las altas calidades requeridas para reúso urbano-industrial y para recarga de acuíferos se denomina agua renovada o recuperada. El reúso en estos casos se llama también recirculación ya que el agua se reutiliza de forma directa y múltiples veces. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL PARA LA GENERACIÓN DE AGUA RENOVADA La tecnología de tratamiento para la generación de agua renovada para reúso urbano-industrial y recarga de acuíferos es una combinación de sistemas utilizados en el tratamiento de aguas residuales y de aguas naturales para su potabilización. Sin embardo, las oportunidades de implementar innovaciones tecnológicas en este caso son mayores ya que se genera un producto alternativo al agua potable que tiene su valor económico. En la generación de agua renovada, al igual que en el tratamiento del agua residual, tendríamos varios niveles de tratamiento (primario, secundario y terciario). La secuencia de los procesos unitarios seguirían el principio de remover primero la materia gruesa y arenosa, después los sólidos suspendidos sedimentambles, luego la materia orgánica disuelta y coloidal, las partículas finas, los contaminantes disueltos no biodegradables, las sales disueltas y los microorganismos patógenos al final. Desde el punto de vista económico, los procesos hasta el tratamiento secundario (tratamiento biológico para la remoción de la materia orgánica), se pueden considerar como un requerimiento normativo para la protección de los cuerpos receptores. El tratamiento terciario que sigue después es el procesamiento del efluente secundario necesario para la generación del agua renovada. 5
  6. 6. A nivel primario, el proceso más ampliamente utilizado es la sedimentación. En la práctica ha encontrado aplicación y el proceso coagulación-floculación-sedimentación, como un proceso de mayor capacidad para la remoción de sólidos suspendidos. A nivel secundario, los procesos convencionales, clasificados como de alta tasa son los de lodos activados, los de filtros percoladores y de biodiscos. Para remover las pequeñas cantidades de materia suspendida y disuelta que quedan en el efluente secundario, se necesita un tratamiento terciario. Este tratamiento puede consistir en remoción de los SST y del fósforo mediante coagulación- floculación-filtración o precipitación-sedimentación o precipitación-filtración; en remoción de nitrógeno por varios métodos (nitrificación-desnitrificación, alcalinización y desorción, cloración hasta el punto de quiebre, intercambio iónico selectivo), remoción de la dureza mediante encalado en frío (precipitación-sedimentación-filtración), remoción de la materia orgánica disuelta usando filtros con carbón activado y remoción de las sales disueltos aplicando diferentes métodos físico-químicos de desmineralización (intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis). Una innovación de los procesos de biodegradación fue el desarrollo de sistemas para la remoción simultánea de carbono y nitrógeno o de carbono, nitrógeno y fósforo (procesos biológicos avanzados). Esta tecnología, desarrollada a raíz de la necesidad de remover el nitrógeno y fósforo para lograr el control de la eutroficación en los cuerpos receptores, es también una excelente alternativa para la generación de agua renovada con el fin de recarga de acuíferos, de reúso en los sistemas de enfriamiento industriales y de reúso recreativo. Las tecnologías de membrana están encontrando cada vez mayor aplicación para el tratamiento avanzado. La ósmosis inversa, por ejemplo, ha mostrado su capacidad para remover muchos compuestos inorgánicos y orgánicos, bacterias hasta los virus en cierta proporción. La tecnología de membrana denominada microfiltración puede ser utilizadas en el tratamiento primario, en el secundario o en el terciario. En el último caso se ha visto la posibilidad de conectar en serie la microfiltración y la ósmosis inversa, sin la necesidad de adsorción con carbón activado. Los bioreactores con membrana son una innovación objeto de estudios intensos en los últimos años ya que, como se ha visto, permiten la obtención de un efluente secundario de mayor calidad que el obtenido en los sistemas convencionales. Este sistema hace posible sustituir dos procesos unitarios, la sedimentación secundaria y la filtración. La confiabilidad del sistema de tratamiento de las aguas residuales para obtener agua renovada está definida por la capacidad de las unidades de remover los contaminantes y de alcanzar los estándares en forma continua. En el caso de generación de agua renovada para uso potable, se aplica la filosofía de implementar barreras múltiples para aumentar las garantías que ofrece e! tratamiento. Las barreras múltiples se integran por un conjunto de procesos unitarios en serie, asegurándose así de que no sea un solo proceso el responsable para la remoción de un determinado contaminante. Mediante esta serie de procesos unitarios se logra también incrementar la capacidad del sistema de tratamiento para eliminar contaminantes secundarios, la remoción de los cuales no es su principal función. Además, en las plantas de tratamiento, siempre se debe utilizar equipo redundante, de modo que las posibles interrupciones no comprometan la calidad final del agua. Otra cualidad adicional de las instalaciones de tratamiento avanzado para obtener agua apta para el uso potable, directo o indirecto, es el control de los procesos mediante una instrumentación sofisticada y sistemas de control automático. Para prevenir eventos y condiciones indeseables, se debe realizar una rigurosa vigilancia de la calidad del agua mediante monitoreos, desde el agua residual cruda hasta el agua renovada. La configuración de la planta de tratamiento debe proporcionar la posibilidad de regresar el agua producto al inicio del tren de tratamiento si la calidad no cumple con las especificaciones. De los sistemas de tratamiento primario y secundario, los que han encontrado mayor aplicación en México, son disponibles y se tiene experiencia en su operación son: sedimentación, lodos 6
  7. 7. activados (convencionales, aeración extendida y zanjas de oxidación), filtros percoladores y biodiscos. En los últimos años se han construido varias plantas de tratamiento primario avanzado (coagulación-floculación-sedimentación). Ampliamente se utilizan sistemas lagunares (para el 47% del agua residual que recibe tratamiento). Las lagunas de estabilización, sobre todo en combinación con lagunas de maduración para la reducción de microorganismos patógenos, son sistemas excelentes para producir un agua apta para riego agrícola. La presencia de algas en los efluentes, sin embargo, dificulta el aprovechamiento para otros usos. De los sistemas de tratamiento avanzado, la mayoría de los cuales se utilizan en las plantas potabilizadoras, así como en los sistemas de acondicionamiento del agua para la industria, se tiene amplia experiencia con los sistemas de coagulación-floculación-sedimentación, filtración, adsorción con carbón activado e intercambio iónico. En menor proporción, sobre todo en las industrias y en las enbotelladoras, se utiliza la ósmosis inversa y la electrodiálisis, los cuales son de importación. El método de desinfección más ampliamente utilizado es mediante cloración del agua. En casos aislados se utiliza la desinfección con luz UV y la ozonación. METODOLOGÍA DEL ESTUDIO Considerando las tecnologías de tratamiento actualmente disponibles en México, mediante la simulación de procesos unitarios a nivel piloto, se evaluaron diferentes opciones de generación de agua renovada a partir de aguas residuales. La planta piloto fue de una capacidad de 4.3 m 3/d y contenía modelos físicos de todos los procesos de tratamiento considerados. Las interconexiones flexibles entre las unidades permitían la transferencia del agua por bombeo y la simulación de diferentes trenes. Un agua residual municipal de baja aportación industrial fue utilizada como modelo.Tres sistemas biológicos convencionales fueron desarrollados y evaluados de forma preliminar. Estos fueron los de lodos activados, biofiltro percolador con empaque sintético de bloques de láminas corrugadas y biodiscos. Después de la estabilización de los procesos, cada uno de los efluentes secundarios fue conectado al tren de tratamiento avanzado. Los procesos avanzados considerados fueron: filtración (o filtración directa), adsorción con carbón activado, intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis y desinfección. Los tres procesos de desmineralización aplicados al efluente de la adsorción se evaluaron individualmente. Los trenes estructurados se presentan en la Figura 1 y en las Figuras 2, 3, 4, 5, 6 y 7 se ilustran los modelos piloto de los diferentes procesos unitarios. Se realizó también el estudio de opciones de trenes que incluyeron procesos biológicos avanzados con remoción simultánea de nitrógeno y carbono. Uno de estos fue con biomasa suspendida y el otro con biomasa inmovilizada. Terminada la evaluación del sistema de lodos activados convencional, se realizó su modificación a sistema con desnitrificación-nitrificación. La modificación consistió en una recirculación del 60% del efluente a la zona anóxica, en la entrada del reactor biológico, donde la aeración fue substituida por agitación mecánica. El volumen de la zona anóxica fue de un 25% del volumen total del reactor. La estabilización del proceso biológico con desnitrificación-nitrificación y biomasa suspendida duró aproximadamente dos meses, periodo en el cual se realizaba el estudio con el filtro percolador y con el biodisco. La modificación del biofiltro se implementó igual terminando el estudio con el sistema convencional. Esta consistió en la creación de zonas anoxicas y aerobias mediante recirculación del efluente e implementando aeración en la zona de nitrificación. Más de dos meses fueron necesarios para el desarrollo de este proceso. Terminada la estabilización de los procesos biológicos avanzados, se procedió a la conexión de sus efluentes a los trenes de tratamiento avanzado y su evaluación. Adicionalmente, se evaluó y el tren coagulación-floculación-sedimentación (primario avanzado) de aguas residuales crudas, combinado con una posterior filtración y desinfección, con el propósito de determinar su capacidad de obtener agua residual tratada para reúso urbano. 7
  8. 8. I IIJ'J IELUJ IIffJLII1 iLJiiiJ• I'1 ILIIJ 1 D IBII E ICAI 0 iuuii• IJIUJU IauEIU II1LIU ULJIlJ• UL1IIJIJ iJL1ILIIJ ICFSI F D E Sedimentación primaria Coagulación-floculación-sedimentación Lodos activados Lodos activados con desnitrificación Filtración Adsorción con carbón activado Desinfección BE Bio-filtro Bio-filtro con desnitrificación Bio-discos Intercambio iónico Electrodiálisis Osmosis inversa CFS BFD LA BD LAD II F E CA Ql D Figura 1 .Trenes de tratamiento para obtener agua como fuente complementaria de primer uso. L - Figura 2. Los tres procesos biológicos: lodos activados, filtro percolador y biodiscos.
  9. 9. rd Figura 5. Desinfección por cloración con hipoclori o de sodio y ozonación. SIN Figura 3. Módulo para el estudio del tratamiento primario avanzado. Figura 4. Filtración y adsorción conectados en serie para el tratamiento del efluente secundario. 6,1
  10. 10. Figura 6. Figura 7 Las mejores condiciones de operación de cada una de las unidades de tratamiento avanzado se determinaban en pruebas preliminares y en forma secuencial se estabilizaban los procesos a lo largo del tren. Para el estudio del proceso coagulación-floculación, mediante pruebas en jarras se evaluaron doce productos químicos disponibles en el mercado nacional, coagulantes inorgánicos y polielectrolítos, así como sus combinaciones. Se seleccionó el mejor producto y se determinaron las mejores dosis, las cuales se optimizaron en la operación a nivel piloto. En el modulo de filtración, integrado por tres columnas de filtración de flujo descendiente, se probaron tres tipos de empaque, cuyas características se presentan en la Tabla 2. El soporte de gravilla en cada caso fue de 0.10m con un tamaño efectivo del grano de 4.8 mm. Se operó con una tasa de filtración entre 7.6 y 22.9 m 3.m 2.h 1 y con una tasa de retrolavado de 41 .6-70 m 3.m 2.h 1 , logrando así una expansión del lecho de 15-25%. La columna de agua se mantuvo en 1.05 m. 10
  11. 11. Tabla 2. Características de los lechos estudiados en el proceso de filtración. Columna Material Profundidad del lecho, m Tamaño efectivo, mm Coeficiente. de uniformidad 1 Antracita 0.60 - 1.0 0.80 - 2.0 1.3 -1.80 2 Arena 0.50 - 1.0 0.4 - 0.80 12— 1.60 3 Arena Antracita 0.15-0.30 0.30-0.75 0.4-0.8 0.8-2.0 1.2-1.6 1.3-1.8 El módulo de adsorción, constituido de cuatro columnas, también de flujo descendiente, se operó con una tasa de 7.6-22.9 m 3.m 2.h 1 . Se estudiaron dos tipos de carbón granular activado marca CLARIMEX, vegetal VG 1435 y mineral CAGR 8x30, cuyas características se presentan en la Tabla 3. La columna de agua se mantuvo en 1.30 m. Tabla 3. Características de los carbones utilizados en el proceso de adsorción. Parámetro VG 1435 CAGR 8x30 pH 2-4 5-7 Humedad, % 12 10 Actividad relativa de melazas, % 99 97 Número de yodo, mg 1219 800 600 Actividad azul de metileno, g/lOOg 25 25 Solubles en agua, % 3.5 2.0 Densidad aparente, g/mL 0.22-0-25 0.37-0.40 Granulometría (Mallas EUA) 1435 8x30 La unidad de ósmosis inversa tiene en la entrada un prefiltro que retiene los sólidos mayores a 5 y una bomba de alta presión (hasta 2.1 MPa), la cual inyecta el agua al módulo de membranas. Las membranas son de poliamida en espiral con un tamaño de poro de 0.1j.i, hidrofílicas, con un diámetro de 5 cm y con una longitud de 65 cm; soportan pH en el intervalo 2-1 1 y temperaturas hasta 45°C. Las restricciones con respecto al influente al proceso son: turbiedad máxima de 1 UTN, concentración de cloro libre menor de 0.1 mg/l, concentración máxima de hierro de 1 mg/l, concentración máxima de SDT de 5,000 mg/l. Las membranas permiten remover iones y moléculas con un tamaño entre 0.0005 y 0.006j. El modulo de intercambio iónico está constituido por dos columnas con resma catiónica, un desorber de CO2 y dos columnas con resma aniónica. Todas las columnas operan con flujo descendente y en un sistema a presión. Las tasas de operación fueron de 4.72 a 28.3 m 3.m 2.h 1 en las columnas catiónicas y de 3.16 a 18.95 m3.m 2.h 1 en las aniónicas. La altura del soporte en todas las columnas fue de 0.10 m y la del empaque de 1.30 m. Las características de las resinas utilizadas se presenta en la Tabla 4, una fue catiónica fuertemente ácida (PK216) y la otra fue aniónica fuertemente básica (PA308), ambas marca DIAION, disponibles en el mercado nacional. La regeneración se realizaba con ácido clorhídrico al 5% para la resma catiónica y con hidróxido de sodio al 5% para la aniónica. 11
  12. 12. Tabla 4. Características de las resinas de intercambio iónico. Característica PK216 PA308 Forma iónica Na Cl Densidad aparente, gIL 780 700 Capacidad de intercambio, meq!mL > 1.75 > 1.0 Contenido de agua, % 46-52 57 - 67 Distribución de partículas >1180pm <300pm <5% >1% <5% < 1 % Tamaño efectivo. mm > 0.40 > 0.40 Coeficiente de uniformidad < 1.6 > 1.6 La electrodiálisis reversible (IONICS) fue operada con un flujo entre 1 y 3 L/min, a una presión de 120 kPa y con un potencial de 116V. Los electrodos fueron de titanio recubiertos de plata y cambian su polaridad cada 15 mm. Las características de las membranas ionoselectivas que integraban el módulo de membranas de dos fases eléctricas se presentan en la Tabla 5. Tabla 5. Características de las membranas ¡onoselectivas de la electrodiálisis. Característica 61 -AZL-386 Membrana catiónica 204-SZRA-41 2 Membrana aniónica Tipo Fuertemente ácida Fuertemente básica Grosor, mm 0.5 0.5 Tamaño, cm 46x51 46x21 Soporte Copolímero de cloruro de vinilo y nitrilo Copolímero de metil acrilato y acrilonitrilo Capacidad de intercambio, meq/g 2.3 2.4 Peso, mg/cm2 13.7 13.7 Humedad, % 46 46 Presión, psi 75 150 Selectividad (en soluciones <0.7N), 90 90 Resistencia eléctrica (0.5 N NaCI, 25°C), acm2 6 7 Después de lograr el funcionamiento completo de cada una de las opciones, se procedía a su evaluación mediante la caracterización físico-química y microbiológica del agua cruda y de los efluentes de cada proceso unitario. Se muestreaban de seis a siete puntos por tren. El período de evaluación de cada tren fue de un mes. Los parámetros y la frecuencia del muestreo se definieron de acuerdo con la NOM-001-ECOL-1996 y NOM-003-ECOL-1997, así como de acuerdo con los requerimientos establecidos en la norma referente a la calidad del agua potable, la NOM-127-. SSA1-1994. Algunos parámetros, como turbiedad, color, pH y conductividad se monitorearon diariamente. Con los resultados de los análisis, se calcularon las eficiencias de cada proceso para cada parámetro y la eficiencia global de remoción de contaminantes para cada tren. El análisis comparativo de los resultados permitió establecer la capacidad de los trenes estructurados para obtener agua renovada apta para ser utilizada como agua de primer uso. 12
  13. 13. Utilizando softwares para diseño de plantas se estimaron los costos de las diferentes opciones de tratamiento, considerando tres caudales de diseño (300, 750 y 1,000 l/s) y tres niveles de contaminación del agua residual (baja, media y alta) de acuerdo con la clasificación presentada en Metcalf and Eddy (1993). En el diseño y en la determinación de costos se consideró el tratamiento integral, incluyendo el de los lodos residuales. Se calcularon los costos de inversión, así como de operación y mantenimiento para cada tren. Para la determinación de los costos unitarios, se consideró una tasa de amortización de 12%, asumiendo un período de recuperación de la inversión de 20 años para la obra civil. La base de datos referente a los costos unitarios para la construcción, tuberías, reactivos químicos, energía y mano de obra fueron actualizados a costos en México para el 2002. El análisis técnico-económico permitió definir la factibilidad y las mejores opciones de tratamiento para obtener agua renovada como alternativa al consumo de agua de primer uso. RESULTADOS El agua residual modelo presentaba una variación de sus características durante el estudio, los promedios y la variación por parámetro se presentan en la Tabla 6. La evaluación de cada tren se realizó con agua residual de diferente carga dentro del intervalo de variación. Tabla 6. Características del agua residual cruda. Parámetro Unidades Promedio Desv. Estándar pH 7.2 0.2 Sólidos suspendidos totales mg/L 214 94 Sólidos suspendidos volátiles mg/L 163 71 DB05 mg/L 262 154 DB05 soluble mg/L 195 117 DQ0 mg/L 545 293 000 soluble mg/L 389 196 COT mg/L 172 82 COT soluble mg/L 121 57 Nitrógeno total (como N) mg/L 42 5.3 Amoníaco (como N) mg/L 27 4.4 Nitrógeno orgánico (como N) mg/L 15 2.1 Fósforo total (como P) mg/L 7 1.5 Grasas y aceites mg/L 75 5.1 SAAM mg!l 3 1.7 Coliformes fecales NMP/100 mL 3x108 2 log Huevos de helmintos HH/L 2 1 Las remociones de materia orgánica, nitrógeno y fósforo, GyA y SAAM obtenidas con la aplicación de los procesos biológicos convencionales, así como con los biológico-avanzados, se presentan en la Figura 8. Los valores de las remociones se presentan como promedios de los resultados obtenidos durante los períodos de evaluación de cada uno de los sistemas e incluyen la remoción obtenida en el tratamiento primario. Se observa que los tres sistemas convencionales permitieron obtener remociones de materia orgánica mayores de 80%. Los mejores resultados se lograron con el sistema de lodos activados, promedios de 93-95% de remoción de sólidos y 13
  14. 14. materia orgánica determinada con base en D1305, DQO y COT. La remoción de nitrógeno total en los sistemas convencionales fue baja debido a la transformación del nitrógeno orgánico y amoniacal a nitratos, mientras que en los sistemas con desnitrificación las remociones fueron casi veinte veces mayores. El biológico avanzado con biomasa suspendida (lodos activados con desnitrificación) permitió obtener en promedio un 97% de remoción de NTK y un 80% de NT, con una remoción simultánea de la DQO en un 88% y de la DB05 en un 92%. Las remociones de nitrógeno obtenidas en el biofiltro con desnifricación fueron en un 18% menores. La implementación de zonas de desnitrificación en el biofiltro percolador aumentaron su capacidad de remover el nitrógeno, pero redujeron la remoción de materia orgánica en un 9-13%. Los límites físico-químicos de la NOM-003-ECOL-1997 para reúso urbano con contacto directo se alcanzaron completamente con el sistema de lodos activados a todos los niveles de carga orgánica (Figura 9). El resto de los procesos biológicos no permitieron cumplir la norma cuando se procesaba agua residual con una concentración mayor de 120 mg/L de SST y D130 5. Los coliformes fecales se removieron al 90% en todos los procesos biológicos; en todos los efluentes secundarios no se encontraron huevos de helmintos. 1 100 90 80 70 ¿60 50 40 30 rY 20 10 O OLA DBF DBD o LAD SST DB05 DQO COT N-NH3 Norg NTK NT P GyA SAAW Parámetros Figura 8. Remoción promedio de sólidos suspendidos, materia orgánica, nitrógeno y fósforo obtenida con los sistemas de tratamiento biológico. -J o) E U) £ o o co £ a) o £ o 140 120 100 80 60 40 20 O LA BF BD LAD Sistema de tratamiento W. o SST • DBO5 O DQO O N-NH3 • Norg o NTK o NT OP • GyA DSAAM oCOT Figura 9. Características de los efluentes secundarios. 14
  15. 15. El estudio preliminar del proceso de filtración con diferentes tipos de empaque indicó que los mejores resultados se logran con el filtro dual (arena y antracita), por lo cual este tipo de empaque es el que se utilizó en las evaluaciones de los diferentes trenes. La filtración aplicada a los efluentes secundarios presentó eficiencias de remoción de SST y turbiedad de 70-82%, obteniéndose también una remoción de DB0 5, DQO, COT y amoníaco entre 33 y 45%. La remoción de SAAM, P, NTK y NT fueron de 49-57%, las de GyA y del nitrógeno orgánico más de 60%. Los límites de la NOM-003-ECOL-1997 para reúso urbano sin contacto directo se alcanzaron completamente después de la filtración en todos los trenes con procesos biológicos convencionales y en el tren con biológico avanzado con biomasa suspendida (Figura 10). Los requerimientos normativos para el reúso urbano con contacto directo se cumplieron perfectamente en todos los niveles de carga orgánica del agua residual cruda con los sistemas de lodos activados y filtración, así como con él biológico avanzado con biomasa suspendida y filtración. Los biofiltros percoladores y los biodiscos, seguidos por el proceso de filtración, permiten obtener agua renovada para reúso urbano con contacto directo solamente cuando la concentración de SST y DB0 5 en el agua residual cruda es menor de 200 mg/L. —J O) E CF) w o o ci) o o o 70 60 50 40 30 20 10 0 LA+F BF+F BD+F LAD+F BFD+F Sistema de tratamiento QSST DBO5 DDQO o N-NH3 • Norg o NTK o NT op • GyA DSAAM o COT Figura 10. Características físico-químicas de los efluentes del proceso filtración obtenidas en los trenes con procesos biológicos. El estudio del proceso de adsorción con carbón activado indicó que ambos carbones, el mineral y el vegetal, permiten lograr la remoción completa de la materia orgánica adsorbible presente en los efluentes de la filtración. Como se puede observar en la Figura 11, después de la adsorción con carbón activado, las concentraciones de SST en todos los trenes con procesos biológicos y avanzados fueron menores de 2 mg/L, las de la DB0 5 menores de 3 mgIL, las de la DQO entre 5 y 20 mg/L, COT entre 1 y 5 mg!L. A concentraciones tan bajas de SST y D130 5, estos parámetros pierden sensibilidad y no son un buen indicador de la contaminación del agua. En el control de la calidad de agua potable se utilizan la Turbiedad y el Color como parámetros que indican presencia de partículas finas y materia orgánica; para aguas renovadas a partir de aguas residuales es de preferencia controlar además de los anteriores, el COT y la DQO. Los valores de GyA en todos los efluentes después de la adsorción fueron menores de 2 mg/L, los de fósforo menores de 1 mg/L y los de SAAM menores de 0.4 mg/L. La NOM-003-ECOL-1 997 se cumple tanto con respecto a los parámetros convencionales de la calidad del agua, como con respecto a los contaminantes específicos que marca la norma en ambos casos para reúso con y sin contacto directo. La remoción de coliformes en los procesos de filtración es no mayor de 90%, por lo cual previo el reúso, en todos los casos, se necesita de la desinfección. Los tres métodos de 15
  16. 16. desinfección probados permitieron lograr los límites normativos. En todos los trenes con procesos biológicos convencionales, el nitrógeno total es relativamente alto en los efluentes secundarios. Los procesos filtración y adsorción tienen una capacidad pequeña en la remoción de este contaminante y como resultado el nitrógeno total está presente en concentraciones de 8-13 mg/L en los efluentes después de la adsorción. En la NOM-003-ECOL-1997 no se especifica un límite para este contaminante, ni para el fósforo. Se conoce, sin embargo, que estos elementos juegan un papel importante en la eutroficación de los cuerpos de agua, por lo cual es importante su control en los casos de reúso recreativo. El nitrógeno, tanto el amoniacal, como de nitratos y nitritos, debe ser estrictamente controlado en el caso de reúso para recarga de acuíferos (potable indirecto). Como referencia se puede usar el valor normativo para agua potable cuyo límite en la NOM-127-SSA1-1994 se establece hasta 0.5 mg/L para N-NH 3, hasta 1 mg/L para N-NO2 y hasta 10 mg/L para N-NO 3. La forma de nitrógeno mas problemática en los efluentes del agua recuperada es el amoníaco. El único tren que permite lograr esta calidad es el tren con desnitrificación biológica y biomasa suspendida. En los trenes con sistemas biológicos convencionales se requiere de una remoción adicional a nivel tratamiento terciario. —J o, E a) o ci a) ci c o 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 o DSST DBO5 DDQO o N-NH3 • Norg o NTK NT op • GyA DSAAM o COT Figura 11. Características de los efluentes del proceso adsorción con carbón activado granular en los trenes con procesos biológicos. En la Figura 12 se muestra la reducción del parámetro turbiedad en los trenes de tratamiento que incluían tratamiento biológico. Se observa que después de los procesos de desmineralización, todos los efluentes presentan valores menores que el límite normativo para agua potable (5 UTN). De manera similar, con el avance del agua a lo largo de los trenes, disminuye también el color del agua y el resto de los contaminantes específicos que marca la NOM-127-SSA1-1994. La efectividad de los tres procesos de desmineralización evaluados fue similar, más de 98% de remoción de SDT. La concentración del nitrógeno amoniacal fue menor de 0.5 mg/L en todos los efluentes. La evaluación de los procesos ósmosis inversa y electrodiálisis señaló que además de desmineralizar el agua, estos permiten reducir los coliformes fecales en más de 99.99%. Este efecto colateral no se presentó en el proceso de intercambio iónico. Los valores de la DQO en los efluentes de ósmosis inversa y electrodiálisis estuvieron en un intervalo entre 3 y 8 mg/L y en los de intercambio iónico entre 7y 25 miligramos por litro. 16
  17. 17. 70 z 6O H 50 -Q -40 30 12 20 10 O 60 50 40 30 20 10 O E LA F A D ED II Ql E LAD E A D ED II 01 Punto de muestreo Punto de muestreo 80 70 60 50 40 30 FE -Q -o e 20 10 o r- 60 50 40 30 E- 20 10 O E BF F A D ED II Ql E BD F A D ED II 01 Punto de muestreo Punto de muestreo Figura 12. Reducción de la turbiedad del agua obtenida en los trenes de tratamiento con procesos biológicos: E-entrada al reactor biológico, LA-efluente del sistema de lodos activados, BF-efluente del bio-filtro convencional, BD-efluente del sistema de biodiscos, LAD-efluente del sistema lodos activados con desnitrificación, F-efluente del módulo de filtración, A-efluente del módulo de adsorción, D-efluente de la desinfección, ED-efluente del módulo de electrodiálisis, II- efluente del módulo de intercambio iónico, Ol-efluente de la ósmosis inversa. En la Tabla 7 se presentan los resultados de los análisis de los efuentes finales de ocho trenes basados en procesos biológicos y avanzados. Los valores indicados son promedios de los concentraciones obtenidas en todos los muestreos. Los resultados obtenidos en el resto de los trenes con procesos biológicos fueron similares. Se observa que los valores de todos los parámetros son menores que los límites de la norma NOM-127-SSA1-1994, así como de los límites establecidos como normativos para agua potable en Estados Unidos de América. Estos resultados demuestran la factibilidad técnica de obtener agua de alta calidad a partir del agua residual municipal mediante una combinación adecuada de procesos biológicos y avanzados disponibles en el país. El agua recuperada, con calidad de agua potable, puede ser utilizada para recarga de acuíferos mediante inyección directa. Esta agua cumple también con los criterios de calidad para la mayoría de los usos industriales. 17
  18. 18. Tabla 7. Calidad de los efluentes finales de diferentes trenes de tratamiento versus los estándares para agua potable. Parametros Unidades NOM- 127- SSA1 1994 Norma EUA Trenes de tratamiento 1 2 3 4 __ 5 6 7 8 Coliformes totales NMP/lOOmL N . D.* 1** <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 Coliformes fecales NMP/lOOmL N.D.* - <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 Color UC PtCo 20 15 14 7 0.5 2 4 1 <1 4 Turbiedad UTN 5 1 4 0.1 2 0.6 1 2 0.5 1 Aluminio mgIL 0.2 0.1 N.D. N.D. N.D. N.D. N.EL N. Ni N.D. Arsénico mg/L 0.025 0.05 0.008 0.005 0.0061 NO. j 0.008 NO. 0.010 N.D. Bario mg/L 0.7 1.0 N.D. N.D. Ni N.D. 1 N.D. Ni N.E N.D. Cadmio mg/L 0.005 0.01 N.D. N.D. N.D. N. NO. Ni N.D. N.D. Cianuros mg/L 0.07 0.05 0.005 N.D. 0.003 N.D. 0.009 0.003 0.005 N.D. Cloro residual mgIL 0.21.5 1.0 1.2 0.8 1.1 1.0 1.2 1.5 1.0 1.4 Cloruros mg/L 250 230 110 11 18 12 13 12 14 15 Cobre mg/L 2.0 1.0 N.D. N.D. N. Ni N.D. N.EL N. N.D. Cromo total mg/L 0.05 0.05 0.05 N.O. N.O. N.O. N.O. N.O. N.O. N.O. Dureza total (como mg/L CaCO3) 500 300 142 7 9 5 5 8 3 9 Fenoles mgIL 0.001 0.001 NO. N.O. N . D. NO. N.O. NO. NO. NO. Fierro mg/L 0.30 0.30 0.25 N.O. N.D. NO. 0.06 NO. 0.06 N.O. Fluoruros mg/L 1.50 2.00 0.7 0.2 0.2 N.O. 0.2 N.O. 0.2 N.O. Manganeso mg/L 0.15 0.05 0.06 N.O. N.O. N.O. 0.05 0.04 N.O. N.O. Mercurio mg/L 0.001 0.002 N.D. N.O. N.D. Ni N.D. N.O. N.D. N.D. Nitratos (como N) mg/L 10.0 10.0 21.10 0.10 0.18 0.24 0.85 1.20 0.90 1.12 Nitritos (como N) mg/L 1.00 0.10 0.52 0.10 0.05 0.01 0.05 0.13 0.10 0.21 Nitrógeno amoniacal (comoN) mg/L 0.50 0.50 0.45 0.31 0.21 N.D. 0.46 N.D. 0.42 0.12 pH 6.5-8.5 6.8-7.3 7.2 6.9 7.3 73 6.9 7.1 6.9 7.3 Plomo mg/L 0.01 0.05 N.O. Ni N.D. Ni N. NO. Ni Nft Sodio mg/L 200 200 86 N.D. 35 N.D. NO. 56 N.D. 88 SOT mg/L 1,000 250 245 15 42 15 19 63 17 53 Sulfatos (como SO4) mg/L 400 - 112 3 15 2 6 18 SAAM mg/L 0.50 0.5 0.36 N.D. 0.19 0.15 0A1 N.D. 0.221 N.D. Zinc mg/L 5.00 5.0 N.D. N.D. N.D. 0.13 NO 0.12 N.O. N.D. Trihalometanos totales mg/L 0.20 0.15 N.D. N.D. N.O. N.D. N.D. N.D. NO. N.D. Benceno .ig/L 10 5 N.D. N.D. Ni N.D. N.D. N.O. N.D. N.D. Etilbenceno 300 100 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Tolueno .tg/L 700 200 N.D. N . D. N . D. NJ Ni1 N.O. N.D. N.D. Xileno .tgIL 500 100 N.O. N.D. N.D. N.D. Ni N.D. Ni N.D. Aldrín y dieldrín 1ig/1- 0.03 0.02 N.D. N.D. N.D. N.D. N.O. N.D. N.D. N.D. Clordano 1ig/L 0.20 0.40 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.O. N.D. OOT ig/L 1.00 - N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 1 N.D N.D. Gamma-HCH 1.tg/L 2.00 1.50 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Hexaclorbenceno .gIL 1.00 1.00 N.D. NO. N.O. N.O. N.D. N.D. N.D. N.O. Heptacloro y epóxido .tg/L 0.03 de heptacloro 0.02 N.D. N.O. NO. N.D. NO. N.D. N.D. N.O. Metoxicloro p.gIL 20.00 100 N.D. N.D. N.D. N.D. N.O. N.D. NO. N.D. 2,4-O 1igIL 30.00 100 NO. N.D. NO. N . D. NO. 1 NO. 1 N . D. N.D. DQO mg/L - 10-30 1 6 4 20 6 7 12 4 15 Notas: *en una muestra simple; ** como promedio mensua; NO-no detectado. 1 Trenes: 1 - LA+F-l-A+D; 2 - LA+F+A+Ol+D; 3 - LA+F+A+Il+D; 4 - LA+F+A+E+D; 5 - BF+F+A+E; 6 - BF+F+A+ll+D; 7 - BD+F+A+Ol+D; 8 - BD+F+A+ll+D.
  19. 19. El sistema de tratamiento constituido por coagulación-floculación-sedimentación seguido por el proceso de filtración y de desinfección, se evaluó utilizando como coagulante el policloruro de aluminio PAX-XL19, el cual fue seleccionado como el mejor en las pruebas preliminares. Resultados muy competitivos se obtuvieron con la combinación de sulfato de aluminio y el polímero OPTIFLOC-C1288. En la Figura 13 se presenta una comparación de la efectividad del tren constituido por coagulación-floculación-sedimantación y de su combinación con una posterior filtración con el de lodos activados y su combinación con una posterior filtración. La concentración de los parámetros en el efluente es dependiente de la concentración inicial (Ci), por lo cual en la figura se indican los resultados obtenidos a tres niveles de Ci, correspondientes a una carga de contaminantes baja (Ci-1), una mediana (Ci-2) y una alta (Ci-3). El principal problema de cumplir con la NOM-003-ECOL-1997 con el tratamiento primario avanzado es el alto contenido de materia orgánica que queda en los efluentes. Cuando la DB0 5 del agua residual es mayor de 160 mg/l, obtener valores de DB05 de 20-30 mg/l es difícil aun después de una filtración adicional. La cloración de estos efluentes requiere de altas dosis del reactivo químico para cubrir la demanda de oxidación de la materia orgánica y lograr el efecto desinfectante. La desinfección con luz UV no fue efectiva, lo cual se explica con la relativamente alta turbiedad del efluente, inclusive después del proceso de filtración. -J O) E CU 'o o 1 o o 400 350 300 250 200 150 100 50 O o LA, Ci-3 • LA, Ci-2 o LA, Ci-1 D LA+F, Ci-3 o LA+F, Ci-2 o LA+F, Ci-1 • PA, Ci-3 o PA, Ci-2 o PA, Ci-1 O PA+F, Ci-3 D PA+F, Ci-2 13 PA+F, Ci-1 SST DQO DB05 Parámetros Figura 13. Comparación de la remoción de materia orgánica y sólidos suspendidos obtenida en diferentes sistemas de tratamiento (resultados correspondientes a tres intervalos de concentraciones iniciales de las aguas residuales, Ci-1, Ci-2 y Ci-3, contenido de contaminantes bajo, mediano y alto, respectivamente). En la Figura 14 se muestra el costo unitario del tratamiento de las aguas residuales mediante el sistema convencional de lodos activados (incluyendo el tratamiento primario y la desinfección del efluente secundario), así como el del tratamiento avanzado del efluente secundario mediante la secuencia de los procesos filtración, adsorción e intercambio iónico. En el intervalo entre 300 y 1,000 l/s, el sistema convencional de lodos activados puede tener costos unitarios entre 1.0 a 2.6 pesos por metro cúbico. El efecto de la concentración de los contaminantes en el agua residual es muy fuerte, de concentración baja a alta, el costo aumenta 1.9 a 2.4 veces. El costo depende también del caudal, pero su efecto es mucho menor que el de la concentración. 19
  20. 20. 3.5 2.5 3 1II0.5 1.5 —.—LA+D (ARde concentración baja) - LA+D(ARde concentración media) ---LA+D (AR de concentración alta) —e— F+A+II después de LA (AR de concentración baja) -a- F+A+ll después de LA (AR de concentración media) -- F+A+Il después de LA (AR de concentración alta) 200 400 600 800 1000 Caudal tratado, l/s Figura 14. Costos unitarios del sistema de lodos activados y del tratamiento avanzado del efluente secundario, dependiendo del caudal y la concentración de contaminantes en el agua residual (AR). En el caso del tratamiento avanzado, debido a que éste se aplica a efluentes con características similares, la variación del costo unitario depende sobre todo del caudal tratado, desde 1.5 hasta 3.4 pesos/m3. El costo unitario del tratamiento avanzado es casi dos veces menor para los caudales de 750-1,000 l/s, comparado con el costo para un caudal de 300 litros por segundo. El costo actual del agua de primer uso en México varía entre 0.92 y 2.72 Pesos/m3 para zonas con alta disponibilidad y entre 3.34 y 6.62 Pesos/m 3 para zonas con déficit de agua (CNA, 2003). Los costos en zonas con déficit de agua es mayor que el costo del tratamiento terciario necesario para obtener agua recuperada de una alta calidad. Los costos para uso industrial en algunos casos son mucho mayores que los anteriormente mencionados. Esto significa que la industria, en particular en las zonas con déficit de agua , debe de analizar la posibilidad de sustituir el consumo de agua de primer uso por agua renovada. CONCLUSIONES La tecnología de tratamiento de agua disponible actualmente en México permite implementar programas de generación de agua renovada a partir del agua residual para uso urbano-industrial y para recarga de acuíferos. Para lograr la calidad requerida en ambos casos, es recomendable utilizar sistemas biológicos en el tren de tratamiento. El sistema de lodos activados tiene mayor rendimiento comparado con el filtro percolador y los biodiscos, sobre todo cuando el agua residual tiene contaminación orgánica en altas concentraciones. El tratamiento avanzado constituido por filtración, más adsorción, más desmineralización y desinfección garantiza una calidad alta del agua renovada, adecuada para 20
  21. 21. uso potable indirecto. El sistema biológico avanzado con desnitrificación es recomendable en la generación de agua renovada para recarga de acuíferos. Para el reúso urbano, de acuerdo con la NOM-003-ECOL/1 996, puede ser suficiente solamente el tratamiento biológico con desinfección o tratamiento biológico con filtración y desinfección, dependiendo de la cantidad de contaminantes en el agua cruda y del tipo de contacto del agua con el público. El sistema de tratamiento primario avanzado con filtración y desinfección, permite alcanzar la calidad de agua para reúso urbano solamente si el contenido de contaminantes orgánicos en el agua residual cruda es bajo. Considerando los costos actuales de agua de primer uso, la implementación de sistemas de recuperación del agua para recarga de acuíferos es costo efectivo solamente en zonas con un déficit de agua extremo. RE F ERE NC lAS CNA. (2003). Estadísticas del agua en México. Comisión Nacional del Agua (CNA), Primera edición, ISBN 968-817-565-X, México. CNA. (2001). Programa Nacional Hidráulico 2001-2006, ISBN 968-817-502-1, México. Fresenius W., W. Schneider. (1991) Manual de Disposición de Aguas Residuales, Tomo I y II, CEPIS, OPS, GTZ, Lima. Metcalf and Eddy, Inc. (1991). Wastewater engineering. treatment, disposal and reuse. 3 a edición, McGraw-Hill, Inc., New York,. U.S. EPA. (1992). Guidelines for water reuse, EPA1625/R-92/004. WEF (1991). Waterreuse, Manual of practice SM-3, 2nd ed., Imperial Printing Co., USA 21

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