Agua renovada como fuente para uso primario

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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.

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

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

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.
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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

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

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

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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
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Figura 1 .Trenes de tratamiento para obtener agua como fuente complementaria de primer uso.
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Figura 2. Los tres procesos biológicos: lodos activados, filtro percolador y biodiscos.

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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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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
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150
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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

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
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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.
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