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Analisis-comparativo-de-dos-configuraciones-de-plantas-tipo-paquete-para-el-tratamiento-de-aguas-residuales-aplicables-a-pequenos-flujos

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNMA DE MÉXICO 
 
FACULTAD DE QUÍMICA 
 
ANÁLISIS COMPARATIVO DE DOS CONFIGURACIONES DE PLANTAS TIPO 
PAQUETE PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES APLICABLES A 
PEQUEÑOS FLUJOS 
 
 
T E S I S 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERO QUÍMICO 
 
 
P R E S E N T A 
 
 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN 
 
 
México, D. F. 2009 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
 
DERECHOS RESERVADOS © 
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL 
 
Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal 
del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). 
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objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para 
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
JURADO ASIGNADO 
 
PRESIDENTE: Victor Manuel Luna Pabello 
VOCAL: Juan Mario Morales Cabrera 
SECRETARIO: Adalberto Noyola Robles 
1er SUPLENTE: Marcos Flores Álamo 
2do SUPLENTE: José Agustín García Reynoso 
 
 
LUGAR DONDE SE REALIZÓ LA TESIS: 
Coordinación de Ingeniería Ambiental 
Instituto de Ingeniería, UNAM 
 
 
 
 
 
ASESOR DEL TEMA: 
 
Dr. Adalberto Noyola Robles 
 
SUPERVISOR TÉCNICO: 
 
Ing. Roberto Briones Méndez 
 
SUSTENTANTE: 
 
Gerardo Gómez Millán 
 
DEDICATORIAS: 
 
A mi madre por sus sacrificios, esfuerzos, amor y guía. Es mucho lo que he recibido 
de ella. 
A mi hermano y a mi padre con cariño. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS: 
 
A la Universidad Nacional Autónoma de México por dejarme ser parte de ella. 
A la Facultad de Química, UNAM por abrirme sus puertas y realizar mis estudios en 
ella. 
Al Instituto de Ingeniería, UNAM por el apoyo económico y por facilitar sus 
instalaciones para concluir este trabajo. 
Al Dr. Adalberto Noyola Robles por su apoyo y asesoría en este trabajo. 
Al Ing. Roberto Briones Méndez por su confianza, apoyo, guía y claridad en esos 
momentos de confusión. 
A los miembros de mi jurado: Dr. Victor Manuel Luna Pabello, Ing. Juan Mario 
Morales Cabrera, Dr. José Agustín Reynoso y Dr. Marcos Flores Álamo por su tiempo 
y comentarios sobre esta tésis. 
Al personal técnico y académico del Instituto de Ingeniería: Margarita Elizabeth 
Cisneros y Guadalupe Urquiza por sus facilidades otorgadas para esta investigación. 
A mis amigos de la Facultad: Angélica, José Miguel, Gaby, David, Ivonne, María, 
Eric, Maribel, José, Abraham, Miriam, Alex, Kenji y Raúl por su amistad y su apoyo. 
A mis compañeros del Instituto: Evelyn, Miriam, Miguel, Alexandra, Kadiya, Mónica 
por sus consejos. 
A mis amigos de toda la vida: Karen, Liz, Ethel, Luis, Elo, Pablo y Joel por su larga 
amistad y por aguantarme los momentos difíciles. 
A Hugo Mosqueira por su cariño y su incondicional apoyo. 
 
 
Contenido 
Lista de tablas 
 
3
Lista de figuras 4
SIMBOLOGÍA 6
GLOSARIO 7
RESUMEN 17
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 19
1.2 Objetivo General 22
1.3 Objetivos Particulares 22
CAPÍTULO 2. MARCO DE REFERENCIA 23
2.1 Generalidades sobre la problemática actual mundial 25
2.2 Problemática actual en México 29
2.3 Fuentes de contaminación del agua 32
2.3.1 Contaminación de acuerdo a su origen 32
2.3.2 Clasificación según su tipo de contaminación 33
2.4 Generalidades y clasificación de las aguas residuales 34
2.4.1 Aguas residuales domésticas 35
2.4.2 Aguas residuales industriales 36
2.4.3 Aguas residuales de origen pluvial 36
2.4.4 Aguas residuales biológicas 36
2.5 Tratamiento de aguas residuales 36
2.5.1 Procesos de tratamiento de agua residual 37
2.5.2 Aplicación de los métodos de tratamiento de agua residual 41
2.5.3 Procesos biológicos unitarios 42
2.5.3.1 Generalidades del tratamiento aerobio 43
 
 
2.5.3.2 Generalidades del tratamiento anaerobio 44
2.5.3.3 Generalidades del tratamiento aerobio o anaerobio para 
sistemas de tratamiento de aguas residuales 
45
 
2.5.3.4 Lodos activados 48
 
2.5.4 Pequeños sistemas de tratamiento de agua residual 
 
52
2.5.4.1 Plantas paquete prediseñadas para tratamiento 53
2.6 Normatividad en materia de aguas residuales en México 57
CAPITULO 3. METODOLOGIA 61
3.1 Arreglo experimental 62
3.2 Parámetros 70
CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y ANALISIS 72
4.1 Tren de tratamiento de agua 73
4.1.1 Fosa séptica 75
4.1.2 Pulimento o tratamiento terciario 78
4.2 Parámetros Físico-químicos 80
4.2.1 pH 80
4.2.2 Temperatura y Oxígeno disuelto 81
4.2.3 Demanda Química de Oxígeno (DQO) 82
4.2.4 Sólidos Suspendidos Totales (SST) 85
4.2.5 Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) 86
4.2.6 Sólidos Totales Totales (STT) 87
4.3 Costo de tratamiento del agua 89
CAPITULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 93
CAPITULO 6. REFERENCIAS CITADAS 96
ANEXO A 106
 
 
 
Lista de Tablas 
Tabla 2.1 Principales grupos de contaminantes del agua y sus efectos 
(Noyola, 1999). 
 
39
Tabla 2.2 Concentraciones típicas de agua residual doméstica (Metcalf y 
Eddy, 2003). 
 
40
Tabla 2.3 Lista de criterios aplicables al tratamiento de agua residual 
(Marchaim, 1992). 
 
46
Tabla 2.4 Comparación entre tratamientos aerobios y anaerobios de 
aguas residuales (Waites et al, 2005). 
 
47
Tabla 2.5 Limites máximos permisibles de contaminantes (NOM-003-
SEMARNAT, 1997). 
 
56
Tabla 3.1 Parámetros medidos durante la operación de las plantas. 
 
70
Tabla 4.1 Resultados promedio obtenidos de la operación del tratamiento 
de agua durante todo el estudio. 
 
74
Tabla 4.2 Resultados obtenidos de la última fase del estudio. 
 
79
Tabla 4.3 Flujos tomados por un mes de las tres plantas paquete, con 
sus promedios . 
 
90
Tabla 4.4 Costos estimados (en pesos mexicanos) de las plantas P1 ó 
P2 y Microplanta. 
 
90
Tabla 4.5 Costos de operación y mantenimiento (en pesos mexicanos) 
por litro de agua tratada de las plantas P1 ó P2 y Microplanta. 
 
91
Tabla A.1 Promedios diarios del análisis físico-químico de la fosa séptica 
(influente) (García, 2009). 
 
106
Tabla A.2 Resultados promedio obtenidos de la operación del 
tratamiento de agua (periodo de reoperación). 
 
107
Tabla A.3 Resultados promedio obtenidos de la operación del 
tratamiento de agua (periodo de estabilización). 
 
107
Tabla B.1 Cantidades de muestra y reactivos para varios vasos de 
digestión. 
111
 
 
 
 
 
 
 
Lista de Figuras 
 
Figura 2.1 Fuentes de uso de agua global y para sectores mayoritarios, 
2000 (Connor, 2008). 
24
Figura 2.2 Esquema del sistema de tratamiento centralizado (Márquez, 
2004). 
27
Figura 2.3 Esquema del sistema de tratamiento descentralizado 
(Márquez, 2004). 
 
28
Figura 2.4 Evolución de la disponibilidad de agua en México, m3/hab/año 
(CONAGUA, 2007). 
 
30
Figura 2.5 Uso consuntivo del agua en México (CONAGUA, 2007). 32
Figura 2.6 Degradación anaerobia de 3 pasos de la materia orgánica muy 
simplificada (Henze et al, 2002). 
 
45
Figura 2.7 Procesos típicos de lodo activado con distintos tipos de reactor 
(Metcalf y Eddy, 2003) (a), (b) y (c). 
 
49
Figura 3.1 Diagrama de flujo de la planta de tratamiento (ver indicadores 
en el texto). 
 
62
Figura 3.2 Muestra la Planta 2 (P2) y la Planta 1 (P1) y la Microplanta 
(M) con sus tomas para muestra. 
 
65
Figura 3.3 Muestra los componentes del tren de tratamiento. 
 
66
Figura 3.4 Vista de planta de las zonas que integran a la planta paquete. 
 
67
Figura 3.5 Fotografía que muestra el diseño de empaque contenido en la 
microplanta. 
 
69
Figura 4.1 Distribuidor diseñado para alimentar P1, P2 y la Microplanta. 
 
76
Figura 4.2 Distribuidor acoplado a la tubería de alimentación. 
 
77
Figura 4.3 Fotografía de las muestras de agua en los puntos de 
muestreo.78
Figura 4.4 Evolución del pH durante la operación de las plantas paquete y 
el promedio de cada punto. 
 
80
Figura 4.5 Comportamiento de la DQOt durante la operación del tren de 
tratamiento (entre paréntesis los promedios de ambas etapas). 
 
83
Figura 4.6 Comportamiento de la DQOs durante la operación del tren de 
tratamiento (entre paréntesis los promedios de ambas etapas). 
 
84
 
 
Figura 4.7 Comportamiento de los SST, (a) de forma normal, y (b) con un 
acercamiento (entre paréntesis los promedios de ambas etapas). 
 
85
Figura 4.8 Comportamiento de los SSV, (a) de forma normal, y (b) con un 
acercamiento (a) (entre paréntesis los promedios de ambas etapas). 
 
86
Figura 4.9 Comportamiento de los STT, (a) de forma normal, y (b) con un 
acercamiento (a) (entre paréntesis los promedios de ambas etapas). 
88
Figura A.1 Comportamiento del porcentaje de remoción de DQOt (entre 
paréntesis los promedios de ambas etapas). 
108
Figura A.2 Comportamiento del porcentaje de remoción de DQOs (entre 
paréntesis los promedios de ambas etapas). 
109
Figura A.3 Comportamiento del porcentaje de remoción de SST (entre 
paréntesis los promedios de ambas etapas). 
109
Figura A.4 Comportamiento del porcentaje de remoción de SSV (entre 
paréntesis los promedios de ambas etapas). 
110
Figura A.5 Comportamiento del porcentaje de remoción de STT (entre 
paréntesis los promedios de ambas etapas). 
110
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SIMBOLOGÍA 
CF coliformes fecales (NMP/100 mL) 
 
 
CaCO3 carbonato de calcio 
CO2 bióxido de carbono 
COT carbono orgánico total 
DBO5 demanda bioquímica de oxígeno (mgL-1) 
DON demanda de oxígeno nitrogenado 
DQOs demanda química de oxígeno soluble (mgL-1) 
DQOt demanda química de oxígeno total (mgL-1) 
FHP ftalato de hidrógeno de potasio 
HH huevos de helminto (h/L) 
N nitrógeno 
NMP número más probable 
P fósforo 
P1 planta paquete 1 
P2 planta paquete 2 
pH potencial de hidrógeno 
PD promedio diario 
PM promedio mensual 
PTAR planta de tratamiento de aguas residuales 
SDT sólidos disueltos totales (mgL-1) 
SDV sólidos disueltos volátiles (mgL-1) 
SS sólidos suspendidos (mgL-1) 
SSF sólidos suspendidos fijos (mgL-1) 
SST sólidos suspendidos totales (mgL-1) 
SSV sólidos suspendidos volátiles (mgL-1) 
STT sólidos totales totales (mgL-1) 
STF sólidos totales fijos (mgL-1) 
STV sólidos totales volátiles (mgL-1) 
T temperatura (ºC) 
TFE tetrafluoroetileno 
TRH tiempo de residencia hidráulica (h) 
UFC unidades formadoras de colonias (UFC/100 mL) 
 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
GLOSARIO 
 
Los siguientes términos fueron tomados de las normas y libros referidos en la 
bibliografía, 
 
Aguas crudas. Son las aguas residuales sin tratamiento. 
 
Aguas residuales. Son las aguas de composición variada provenientes de la 
descarga de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, agrícolas, 
pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y en general de cualquier otro 
uso, así como la mezcla de ellas. 
 
Aguas residuales de proceso. Son las resultantes de la producción de un bien o 
servicio comercializable. 
 
Aguas residuales domésticas. Son las provenientes del uso particular de las 
personas y el hogar. 
 
Aguas residuales tratadas. Son aquellas que mediante procesos individuales o 
combinados de tipo físicos, químicos, biológicos u otros, se han adecuado para 
hacerlas aptas para su reuso en servicios al público. 
 
Biodegradación. Es el proceso de destrucción o mineralización de cualquier material 
sintético o de origen natural mediante microorganismos provenientes de los sistemas 
de tratamiento de suelos, agua o aguas de desecho. 
 
Cárcamo. Es la estructura hidráulica complementaria que sirve como 
almacenamiento provisional, para rebombear algún líquido de un nivel determinado 
a un nivel superior. Se emplea para el agua potable, agua tratada, drenaje sanitario 
y drenaje pluvial. 
 
Carga contaminante. Cantidad de un contaminante expresada en unidades de masa 
por unidad de tiempo, aportada en una descarga de aguas residuales. 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
Cisterna. Es el almacenamiento subterráneo para rebombear algún líquido de un 
nivel determinado a un nivel superior. Se emplea para el agua potable, agua tratada, 
drenaje sanitario y drenaje pluvial. 
 
Coliformes. Son una familia de bacterias que se encuentran comúnmente en las 
plantas, el suelo y los animales, incluyendo a los humanos. La presencia de 
bacterias coliformes en el suministro de agua es un indicio de que el suministro de 
agua puede estar contaminado con aguas negras u otro tipo de desechos en 
descomposición. Generalmente, las bacterias coliformes se encuentran en mayor 
abundancia en la capa superficial del agua o en los sedimentos del fondo. 
 
Coliformes fecales. Son microorganismos con una estructura parecida a la de una 
bacteria común que se llama Escherichia coli, se transmiten por medio de los 
excrementos, y por tanto son específicamente de origen intestinal. Actualmente se 
emplean como indicadores de contaminación fecal en el agua. 
 
Coliformes totales. Las coliformes totales comprenden la totalidad del grupo de 
bacterias coliformes. 
 
Constituyentes. Componentes individuales, elementos o entidades biológicas como 
los sólidos suspendidos o nitrógeno amoniacal. 
 
Contaminación del agua. Es la alteración de las propiedades físicas, químicas y 
biológicas del estado natural del agua, en la cual, generalmente se aprecian cambios 
de color, olor y sabor del mismo. Como resultado de una previa utilización directa o 
indirecta. La utilización del agua contaminada produce efectos nocivos como daños 
a la salud humana y vida acuática en general. 
 
Contaminantes. Son aquellos parámetros o compuestos que, en determinadas 
concentraciones, pueden producir efectos negativos en la salud humana y en el 
medio ambiente, dañar la infraestructura hidráulica o inhibir los procesos de 
tratamiento de las aguas residuales. Son constituyentes agregados al agua por el 
uso de la misma. 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
Contaminantes básicos. Son aquellos compuestos o parámetros que pueden ser 
removidos o estabilizados mediante procesos convencionales. En lo que 
corresponde a esta Norma Oficial Mexicana (NOM-003-SEMARNAT-1997) sólo se 
consideran los siguientes: grasas y aceites, materia flotante, demanda bioquímica de 
oxígeno5 y sólidos suspendidos totales. 
 
Contaminantes patógenos y parasitarios. Son los microorganismos, quistes y huevos 
de parásitos que pueden estar presentes en las aguas residuales y que presentan 
un riesgo a la salud humana, flora o fauna. En lo que corresponde a esta Norma 
Oficial Mexicana (NOM-003-SEMARNAT-1997), sólo se consideran los coliformes 
fecales medidos como NMP o UFC/100 mL (número más probable o unidades 
formadoras de colonias por cada 100 mililitros) y los huevos de helminto medidos 
como h/L (huevos por litro). 
 
DBO5. Es la demanda bioquímica de oxígeno es una prueba Empírica que se utiliza 
para determinar los requerimientos relativos de oxígeno de las aguas residuales. Se 
refiere a la determinación de la degradación de sustancias principalmente orgánicas 
por microorganismos. Para llevar a cabo esta degradación, las bacterias toman 
oxígeno del medio y liberan CO2. Para calcular la cantidad de oxígeno gastado se 
hace mediante medidas de presión y el CO2 formado se elimina absorbiéndolo con 
NaOH. 
 
Descarga. Acción de verter, infiltrar, depositar o inyectar aguas residuales a un 
cuerpo receptor en forma continuar, intermitente o fortuita, cuando este es un buen 
del dominio público de la Nación. 
 
Desinfección. Es la destrucción de los organismos patógenos y tiene por finalidad 
proteger los cuerpos receptores de aguas residuales para evitar lapropagación de 
enfermedades. La desinfección se puede realizar mediante agentes químicos, físicos 
o radiación. Los agentes químicos que se han utilizado son: cloro (y sus 
compuestos), yodo, bromo y ozono. Para la desinfección física se tiene la filtración, 
el calor y la luz. Por último las radiaciones empleadas son la radiación ultravioleta y 
gamma. 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
Desnitrificación. Es el proceso biológico en el cual el nitrato se convierte a nitrógeno 
y otros productos gaseosos finales. 
 
Desnitrificación anóxica. Es el proceso en el cual el nitrato es convertido 
biológicamente a nitrógeno gas en ausencia de oxígeno. Este proceso es también 
conocido como desnitrificación anaeróbica. 
 
DON. Es la medida cuantitativa del oxígeno disuelto requerido para la oxidación 
biológica de material nitrogenado; por ejemplo, el nitrógeno de amonio, el nitrógeno 
orgánico del agua residual, comúnmente medido después de que la demanda de 
oxígeno carbónico ha sido satisfecha. 
 
DQO. Es una medida del oxígeno equivalente a la cantidad de materia orgánica 
contenida en una muestra que es susceptible de oxidarse en presencia de un 
oxidante químico fuerte. 
 
Efluente. Es la descarga de líquido proveniente de un paso del proceso. Término 
empleado para nombrar a las aguas servidas con desechos sólidos, líquidos o 
gaseosos que son emitidos por viviendas y/o industrias, generalmente a los cursos 
de agua; o que se incorporan a estas por el escurrimiento de terrenos causado por 
las lluvias. 
 
Entidad pública. Es el Gobierno del Estado, del Distrito Federal, y del Municipio, por 
sí o a través de sus organismos públicos que administren el agua. 
 
Eutrofización. Describe una condición de los lagos o depósitos que involucra el 
crecimiento en exceso de las algas. Aunque una cierta productividad de las algas es 
necesaria para sostener la cadena alimenticia en un ecosistema acuático, el 
crecimiento en exceso bajo condiciones eutróficas puede eventualmente llevar a un 
severo deterioro del reservorio o cuerpo de agua. 
 
Escherichia coli. Es una bacteria que se encuentra normalmente en el intestino del 
hombre y en el de otros animales, y por tanto está presente en aguas residuales. 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
Filtración. Es la remoción de partículas suspendidas en el agua, haciéndola fluir a 
través de un medio filtrante de porosidad adecuada. 
 
Grasas y aceites. Son los compuestos orgánicos constituidos principalmente por 
ácidos grasos de origen animal y vegetal, así como de hidrocarburos del petróleo 
que son extraídos de la muestra utilizando hexano como disolvente. 
 
Huevos de helminto. El término “helminto” se utiliza en referencia a una variedad de 
gusanos que parasitan el intestino del ser humano, por tanto, los huevos de helminto 
son larvas depositadas por estos gusanos. 
 
 Cuando este parásito o sus huevos se incorporan a un cuerpo, se incuban en 
los pulmones, el hígado, la piel o el intestino, donde viven de los alimentos del 
cuerpo. Los helmintos más comunes son solitarias y ascárides. El más grande de los 
ascárides se extiende en longitud de 6 a 14 pulgadas (15 a 38.5 centímetros). Sin 
embargo, la solitaria puede llegar a medir 25 pies (7.6 metros) o más. 
 
Influente. Término empleado para nombrar a las aguas residuales crudas que entran 
a un sistema de tratamiento. 
 
Lago artificial recreativo. Es el vaso de formación artificial alimentado con aguas 
residuales tratadas con acceso al público para paseos en lancha, prácticas de remo 
y canotaje donde el usuario tenga contacto directo con el agua. 
 
Lago artificial no recreativo. Es el vaso de formación artificial alimentado con aguas 
residuales tratadas que sirve únicamente de ornato, como lagos en campos de golf y 
parques a los que no tiene acceso el público. 
 
Límite máximo permisible. Es el valor o rango asignado a un parámetro que no debe 
ser excedido por el responsable del suministro de agua residual tratada. 
 
Límite permisible. Es la concentración o el contenido máximo o intervalo de valores 
de un componente que garantiza que el agua será agradable a los sentidos y no 
causará efectos nocivos a la salud del consumidor. 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
 
Lodo. Es el conjunto de sólidos removidos de agua residual durante el tratamiento. 
Los sólidos que son después tratados son denominados biosólidos. 
 
Medio aerobio. Es aquel en el cual se desarrollan microorganismos en presencia de 
oxígeno molecular. 
 
Medio anaerobio. Es aquel en el cual se desarrollan microorganismos en ausencia 
de oxígeno molecular. 
 
Metales pesados y cianuros. Son aquellos que, en concentraciones por encima de 
determinados límites, pueden producir efectos negativos en la salud humana, flora o 
fauna. Son los elementos cuya densidad es por lo menos cinco veces mayor que la 
del agua, la mayoría de ellos son tóxicos para los seres humanos. Tienen aplicación 
directa en numerosos procesos de producción de bienes y servicios. Los más 
importantes son: mercurio, plomo, cadmio, arsénico, cobre, cromo, níquel y zinc, 
además del cianuro. De los cuales los primeros cuatro representan mayor peligro. 
 
Método. Es el proceso o camino sistemático establecido para realizar una tarea o 
trabajo con el fin de alcanzar un objetivo predeterminado. 
 
Muestra. Es una parte representativa, y por lo tanto útil, que debe reflejar las 
similitudes y diferencias encontradas en la población. Cuando se dice que una 
muestra es representativa, se indica que reúne aproximadamente las características 
que son importantes para la investigación. 
 
Muestra de agua: Es un volumen de agua extraído de una sección específica de 
muestreo, de un pozo de aguas subterráneas, o de una estación de muestreo de 
aguas superficiales, sobre la que se realizó algún tipo de determinación 
fisicoquímica, química y/o bacteriológica. 
 
Muestra compuesta. Es la que resulta de mezclar un número de muestras simples. 
Para conformar la muestra compuesta, el volumen de cada una de las muestras 
simples deberá ser proporcional al caudal de la descarga en el momento de su toma. 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
 
Muestra simple. Es la que se toma en el punto de descarga, de manera continua, en 
día normal de operación que refleje cuantitativa y cualitativamente el o los procesos 
más representativos de las actividades que generan la descarga, durante el tiempo 
necesario para completar cuando menos, un volumen suficiente para que se lleven a 
cabo los análisis necesarios para conocer su composición, aforando el caudal 
descargado en el sitio y en el momento de muestreo. 
 
Muestreo. Es la acción de obtener volúmenes, porciones, cantidades, biomasa 
representativa de un sitio determinado, para evaluar sus características físicas, 
químicas y biológicas. 
 
Muestreo directo. Es el recipiente adecuado, sumergido en el caudal, directo del 
tubo de descarga. 
 
Muestreo indirecto. Es recolectar en una cubeta u otro contenedor e inmediatamente 
trasvasada al recipiente adecuado (no para el caso de sustancias volátiles, grasas y 
aceites). 
 
Nitrificación. Es el proceso biológico en el cual el amoniaco se convierte primero a 
nitrito y luego a nitrato. 
 
Norma. Es el ordenamiento imperativo de acción que persigue un fin determinado 
con la característica de ser rígido en su aplicación. Regla, disposición o criterio que 
establece una autoridad para regular acciones y procedimientos que se deben seguir 
para la realización de las tareas asignadas. Generalmente la norma conlleva una 
estructura de sanciones para quienes no la observen. 
 
Nutriente. Es un elemento que es esencial para el crecimiento de plantas y animales. 
Los nutrientes en el agua residual, usualmente nitrógeno y fósforo, puede causar 
crecimiento no deseado de algas y plantas en lagosy corrientes. 
 
Parámetro. Es una variable que se utiliza como referencia para determinar la calidad 
del agua. 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
 
pH. En fase acuosa se define como el logaritmo negativo de la actividad del ion 
hidronio (protón hidratado, H+): pH=-log aH+. 
 
Es una de las pruebas más importantes y frecuentes, utilizadas en el análisis 
químico del agua. Prácticamente todas las fases del tratamiento del agua para 
suministro y residual, como la neutralización ácido-base, suavizado, precipitado, 
coagulación, desinfección y control de la corrosión, dependen del pH. El pH se utiliza 
en las determinaciones de alcalinidad y dióxido de carbono y en muchos otros 
equilibrios ácido-base. A una temperatura determinada, la intensidad del carácter 
ácido o básico de una disolución viene dada por la actividad del ion hidrógeno o pH. 
La alcalinidad y acidez son las capacidades neutralizantes de ácidos y bases de un 
agua, y normalmente se expresan como miligramos CaCO3 por litro. 
 
 Sorenson definió el pH como: -log [H+]; es el factor de “intensidad” o acidez. 
 
Población. Es todo conjunto de elementos, finito o infinito, definido por una o más 
características, de las que gozan todos los elementos que lo componen, y sólo ellos. 
 
En muestreo se entiende por población a la totalidad del universo que interesa 
considerar , y que es necesario que esté bien definido para que se sepa en todo 
momento que elementos lo componen. 
 
Precisión. Es el grado de concordancia entre resultados analíticos individuales 
cuando el procedimiento analítico que se aplica repetidamente a diferentes alícuotas 
o porciones de una muestra homogénea. 
 
Pretratamiento. Es el proceso con el cual se busca acondicionar el agua residual 
para facilitar los tratamientos fisicoquímicos y biológicos, y preservar la instalación 
de erosiones y taponamientos. Incluye equipos tales como rejas, tamices, 
desarenadotes y desengrasadotes. 
 
Promedio diario (P. D.). Es el valor que resulta del análisis de una muestra 
compuesta, tomada en un día representativo del proceso generador de la descarga. 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
 
Promedio mensual (P. M.). Es el valor que resulta del promedio de los resultados de 
los análisis practicados a por lo menos dos muestras simples en un mes. 
 
Para los coliformes fecales es la media geométrica; y para los huevos de helminto, 
demanda bioquímica de oxígeno5, sólidos suspendidos totales, metales pesados y 
cianuros y grasas y aceites, es la medida aritmética. 
 
Punto de descarga. Es el sitio seleccionado para la toma de muestras, en el que se 
garantiza que fluye la totalidad de las aguas residuales de la descarga. 
 
Reciclaje. Es el reuso de agua residual tratada y biosólidos para propósitos 
benéficos. 
 
Reuso. Es el uso benéfico de agua residual reclamada o repurificada, o biosólidos 
estabilizados. 
 
Reuso en servicios al público con contacto directo. Es el que se destina a 
actividades donde el público usuario esté expuesto directamente o en contacto 
físico. En lo que corresponde a esta Norma Oficial Mexicana (NOM-003-
SEMARNAT-1997) se consideran los siguientes reusos: 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. 
 
Reuso en servicios al público con contacto indirecto u ocasional. Es el que se 
destina a actividades donde el público en general esté expuesto indirectamente o en 
contacto físico incidental y que su acceso es restringido, ya sea por barreras físicas 
o personal de vigilancia. En lo que corresponde a la NOM-003-SEMARNAT (1997) 
se consideran los siguientes reusos: riego de jardines y camellones en autopistas; 
camellones en avenidas; fuentes de ornato, campos de golf, abastecimiento de 
hidrantes de sistemas contra incendio, lagos artificiales no recreativos, barreras 
hidráulicas de seguridad y panteones. 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
Sedimentación. Es el fenómeno por medio del cual, las partículas sólidas 
suspendidas contenidas en la muestra líquida se asientan debido a la fuerza de 
gravedad. 
 
Sistema de abastecimiento. Conjunto intercomunicado o interconectado de fuentes, 
obra de captación, plantas cloradotas, plantas potabilizadoras, tanques de 
almacenamiento y regulación de cárcamo de bombeo, líneas de conducción y red de 
distribución. 
 
Sólidos. Son los materiales removidos de agua residual a través de la separación por 
gravedad (por clarificadores, espesadores y lagunas) y es el sólido residual de 
operaciones de deshidratación. 
 
Sólidos sedimentables. Son los materiales que se detectan en el fondo de un 
recipiente debido a la sedimentación de estos. 
 
Tratamiento de aguas. Es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico 
o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las 
características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, 
de proceso o residuales, llamadas, en el caso de las urbanas, aguas negras. 
 
Uso consuntivo. Es la porción que se retira y no se regresa a un suelo utilizable o 
una fuente de agua superficial. Aún cuando el agua no es usada de forma 
consuntiva, la calidad, locación y el tiempo del suministro disponible son alterados, 
usualmente de forma adversa, por la retirada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
RESUMEN 
 
Al inicio del año 2007 se instalaron dos plantas biológicas tipo paquete para el 
tratamiento de las aguas residuales descargadas de los edificios 12 y 18 del Instituto 
de Ingeniería, con una capacidad de tratamiento de 0.043 L/s (caudal estimado 
tomando en cuenta una dotación de agua potable de 180 a 200 litros por persona 
por día). Tal instalación tiene el propósito de tratar las aguas de desecho y así 
comparar los parámetros medidos con la calidad establecida en la NOM-003-
SEMARNAT-1997 para ser utilizada en instalaciones sanitarias de los mismos 
edificios. Además del equipo de tratamiento anterior, a finales del año 2008 se 
instaló una microplanta con el propósito de comparar ambas configuraciones de 
tratamiento y con ello establecer cual tratamiento es más adecuado para tratar el 
agua residual y comparar con la norma para contacto directo. 
 
Las configuraciones de plantas paquete a probar son diferentes, ya que las primeras 
emplean como proceso de tratamiento el proceso biológico (P1 y P2), conocido 
como lodos activados modalidad aireación extendida, mientras que la segunda 
(microplanta) considera como proceso el concepto de triple A, el cual consiste en 
una combinación entre procesos biológicos anaerobio, anóxico y aerobio. 
 
Para evaluar la calidad del agua tratada durante la operación de cada una de las 
plantas, y del proceso en forma global, se determinaron algunos parámetros 
establecidos por la norma, excepto DBO5, que fue sustituido por la DQO. A cada una 
de las muestras recolectadas de los diferentes puntos de muestreo, se les realizaron 
los parámetros siguientes: Demanda Química de Oxígeno (DQOt y DQOs), pH, 
Temperatura, Oxígeno Disuelto (cuantificado en las cámaras de aireación de las tres 
plantas), Sólidos (ST, SS, SD). Al final de la experimentación se determinaron los 
coliformes fecales después de la filtración y desinfección, es decir, cuando las tres 
corrientes de cada planta se habían mezclado. Los resultados obtenidos de este 
estudio indican que las configuraciones de plantas paquete probadas, no presentan 
cambios significativos en su operación, ya que alcanzan remociones de DQO total 
del orden del 58 al 67% y del 55 al 77% en la reducción de los sólidos suspendidos. 
Por otra parte, con el tratamiento terciario, se cumple con la NOM-003-SEMARNAT, 
1997 para los parámetros de DBO5 (tomado de la relación que tiene con DQO) yGERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
sólidos, pero no para las bacterias coliformes fecales ya que se encuentran por 
arriba de los límites establecidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
 
 
 
 
 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
1. INTRODUCCIÓN 
 
En años recientes, el ser humano ha intensificado el uso de herramientas 
biotecnológicas para tratar los residuos contaminantes con tecnologías más 
limpias. En el caso anterior, el papel de la biotecnología ambiental así como el 
de la ingeniería ambiental juegan un papel sumamente importante. El 
desarrollo industrial de los últimos 40 años, ha implicado un severo impacto 
ambiental que se denota a nivel mundial, local y regional. El efecto invernadero, 
las sequías, la contaminación atmosférica, la deforestación, entre otros. 
 
Las plantas de tratamiento de aguas residuales se han convertido en una 
herramienta tecnológica muy importante para la preservación del medio 
ambiente, en el reuso del agua y al control de enfermedades, particularmente 
las gastrointestinales, por lo que favorecer su instalación debe de ser un 
elemento prioritario como parte de acciones de saneamiento básico en la 
población. Estas herramientas se han modificado conforme al tiempo para un 
uso más especializado dependiendo el tipo de aguas residuales a tratar así 
como el uso final de estas aguas. Sin embargo, el ejecutar estas acciones de 
saneamiento a través de estos sistemas lleva consigo problemas asociados 
como lo es la descomposición de residuos sólidos y lodos así como 
eventualmente la generación de malos olores. 
 
El origen de éstos en las plantas de tratamiento de aguas residuales está 
ligado a la generación y tratamiento de residuos sólidos vía biológica y/o 
química, al propio manejo del agua residual y a la degradación de la materia 
orgánica dentro de la planta de tratamiento (Márquez, 2004). 
 
En el caso de las aguas residuales domésticas, el problema se agrava al no 
contar con drenaje parte de la población, situación que se presenta cuando 
éste tiene un alto costo de construcción por la naturaleza del terreno o cuando 
las zonas pobladas crecen a una tasa mayor que la urbanización. 
 
En un contexto donde las limitaciones tanto económicas como técnicas son 
principales causas del rezago en servicios de saneamiento, es necesario tener 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
soluciones sólidas y ajustadas que garanticen la eliminación y el tratamiento 
adecuado de agua residual con costos de implementación mínimos y costos de 
servicio adecuados para el beneficio de la población. Los sistemas 
descentralizados a pequeña escala, así como las tecnologías de purificación no 
convencionales, son una solución a esta situación, dada su semejanza a los 
procesos naturales de purificación y al hecho de su sencillez respecto al 
manejo y explotación reduciendo considerablemente los costos de servicio e 
infraestructura (Smallwat07, 2007). 
 
Las condiciones sociales, económicas y ambientales del medio mexicano 
exigen que se consideren en el diseño de pequeñas plantas de tratamiento los 
rubros como el dimensionamiento adecuado con márgenes de crecimiento, el 
costo bajo de inversión, operación y mantenimiento; la eficacia para cumplir la 
normatividad vigente, mantenimiento efectuado por propios usuarios y que no 
provoque molestias relacionadas al ruido, proliferación de insectos y malos 
olores (Márquez et al, 1998). 
 
En este trabajo se evaluó el funcionamiento de dos configuraciones de plantas 
de tratamiento paquete para tratar el agua residual que se descarga de los 
sanitarios de los edificios 12 y 18 del Instituto de Ingeniería, con el propósito de 
compararlo con la NOM-003-SEMARNAT, 1997 para reuso con contacto 
directo y reutilizarla para los sanitarios de esos edificios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GERARDO GÓMEZ MILLÁN / FACULTAD DE QUÍMICA-UNAM 
 
1.2 Objetivo General 
 
Evaluar el funcionamiento de tres plantas paquete instaladas en la planta de 
tratamiento de aguas residuales de los edificios 12 y 18 del Instituto de 
Ingeniería, con la finalidad de compararlos con los límites de calidad que 
establece la NOM-003-SEMARNAT-1997 y reusar el efluente tratado en los 
sanitarios. 
 
 
1.3 Objetivos Particulares 
 
♣ Determinar el porcentaje de remoción de materia orgánica en el efluente 
final de las plantas en los parámetros de SST, coliformes fecales y DBO5 
(con base a la DQO) y compararla con NOM-003-SEMARNAT-1997. 
♣ Analizar la calidad del agua del efluente particular para identificar la 
planta paquete que trabaje con el mayor porcentaje de remoción. 
♣ Realizar una estimación del costo de tratamiento del agua tratada en 
términos de costo/L, para el reuso en los sanitarios. 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 2 
 
 
 
 
 
MARCO DE REFERENCIA 
 
 
 
 
 
 
2. MARCO DE REFERENCIA. 
El presente capítulo hace la recopilación de la información bibliográfica 
relacionada con el tema. Inicia haciendo una síntesis de la problemática actual 
sobre el agua en una visión mundial y la problemática en México. 
Posteriormente, hace una síntesis de las fuentes de contaminación del agua y 
las generalidades y clasificación de la aguas residuales así como su 
tratamiento. Finaliza con la normatividad en materia de aguas residuales en 
México. 
 
 2.1 Generalidades sobre la problemática actual mundial. 
La cantidad de agua en la Tierra es finita, pero su distribución ha variado 
considerablemente, controlada principalmente por ciclos naturales de 
congelamiento, deshielo y fluctuaciones en precipitaciones, patrones de 
escurrimiento de agua y niveles de evaporación-transpiración (Bullock et al, 
2009). 
 
Estos controladores o conductores han ido cambiando; actualmente son 
influidos por fuerzas y procesos generados por actividades humanas. La Figura 
2.1 muestra las fuentes de uso de agua de forma global y para sectores como 
agricultura, energía e industria, entre otros. 
 
Todo uso
18,25%
73,41%
2,41%0,34%
0,77%
4,82% Aguas superficiales
Aguas subterráneas
Aguas subterráneas
(no renovables)
Agua de drenaje
Agua residual para
reuso
Desalinización
 
 
 
Uso de agua potable
45,69%
48,22%
3,55%
2,54%
Aguas superficiales
Aguas subterráneas
Aguas subterráneas
(no renovables)
Desalinización
 
 
 
Agricultura (irrigación)
17,37%
71,05%
3,62%
0,72%
7,24%
Aguas superficiales
Aguas subterráneas
Aguas subterráneas
(no renovables)
Agua de drenaje
Agua residual para
reuso
 
 
Energía e 
industria
12,48%
87,27%
0,25%
Aguas superficiales
Aguas subterráneas
Aguas subterráneas
(no renovables)
 
 
Figura 2.1 Fuentes de uso de agua global y para sectores mayoritarios, 
2000 (Connor, 2008). 
 
La contaminación de agua se debe principalmente al agua de lluvia, actividades 
industriales y domésticas. El agua contaminada contiene entre otras cosas, 
elevadas cantidades de compuestos orgánicos y de nitrógeno. Por razones 
como la regulación de límites de descarga, salubridad, ambiente, reuso de 
agua, entre otras; las concentraciones de estos compuestos se deben reducir. 
Esto es logrado con ayuda de plantas de tratamiento de aguas residuales, las 
cuales se basan principalmente al proceso de lodos activados (Chachuat, 
2001). 
 
El tratamiento de las aguas residuales ha seguido un esquema de tipo 
centralizado, es decir, que el concepto tradicional se basa en la recolección y 
tratamiento de las aguas servidas que son llevadas a un sistema de tratamiento 
central, en donde se necesita un espacio grande para las instalaciones y los 
costos de operación y de mantenimiento tienden a ser altos, así como el 
requerimiento de operadores especializados (EPA, 1999). En la Figura 2.2 se 
muestra el concepto del tratamiento centralizado,el cual normalmente consiste 
en un sistema de drenaje que colecta aquellos flujos provenientes de casa 
habitación, comercios, pequeñas instituciones y escuelas para llevarlas a la 
planta de tratamiento ubicada en los límites de la ciudad o población. 
 
 
 
 
 
 
 Disposición final 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.2 Esquema del sistema de tratamiento centralizado (Márquez, 2004). 
 
Combinar las aguas residuales de diferentes calidades y diferentes cantidades 
en el drenaje puede no ser una opción viable desde el punto de vista costo-
ambiente en ciertos casos, por lo que la utilización de sistemas 
descentralizados están siendo considerados de manera importante (Figura 
2.3) dentro de un esquema de manejo sostenible del agua, tanto en países 
desarrollados como en países en vías de desarrollo (Yung et al, 1997 y Otis, 
1974). 
 
La inversión requerida para la colección de aguas servidas en un sistema de 
tratamiento descentralizado disminuye considerablemente, ya que no se 
requiere la instalación de largas tuberías y estaciones de bombeo que conecten 
PTAR 
centr
al
Descargas 
 unitarias 
a la planta de tratamiento y los fallos que se pueden presentar no llevarían al 
colapso del sistema (Wilderer y Schreff, 2000). Se ha demostrado que la 
contaminación disminuye considerablemente cuando los efluentes de 
pequeñas plantas de tratamiento in situ son descargados en las inmediaciones 
de los núcleos poblacionales, en ciertos tipos de subsuelos (Geenens y 
Thoeye, 2000). En estos casos, la descarga de los efluentes puede ser 
infiltrada en el terreno, demostrándose que la DQO remanente puede ser 
eliminada hasta en un 100% a través de una profundidad de suelo entre 60 y 
120 cm (Kunst, 2000). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.3 Esquema del sistema de tratamiento descentralizado (Márquez, 
2004). 
 
 
Si bien en América Latina se ha realizado un gran esfuerzo para dotar de agua 
potable a un buen número de nuevas áreas habitacionales urbanas y de 
comunidades rurales, los problemas de la evacuación y sobre todo del 
tratamiento previo a la descarga final se han ignorado, ya que el costo de la 
infraestructura de un sistema convencional es demasiado elevado. De esta 
PTAR 
in situ 
PTAR 
in situ 
forma, al responder a una demanda prioritaria de la población, se han creado 
otros problemas sanitarios y ambientales. Por otra parte, pueden presentarse 
conflictos por el uso del agua, particularmente en zonas donde el recurso no es 
abundante. 
 
Los habitantes de América Latina y el Caribe, cifras del año 2000 del Banco 
Mundial, tienen acceso al agua potable en un 85.9% y al saneamiento (sea red 
de drenaje o in situ) en un 77.7% (las cifras mundiales son 80.5% y 56.2%, 
respectivamente). 
 
La tecnología desarrollada para el tratamiento de aguas residuales de todo tipo 
es sumamente variada y puede integrarse un tren de tratamiento para lograr 
calidades de agua específicas, que sea al menos técnicamente factible. Sin 
embargo, la relativa disponibilidad del recurso agua en la mayoría de los casos, 
hace que el costo de este insumo sea bajo, o incluso, por consideraciones 
sociales y políticas, subsidiado. En esta situación, el tratamiento de aguas 
residuales con fines de reuso estará limitado en su factibilidad económica, al no 
lograr producir un agua tratada con costos competitivos, capaz de motivar al 
usuario para que opte por un insumo con calidad inferior al agua de primer uso 
(Noyola, 2007). 
 
2.2 Problemática actual en México. 
De acuerdo con documentos reportados de la Comisión Nacional de Agua 
(2008), al vincular al agua con el bienestar social, básicamente se refiere al 
suministro de los servicios de agua potable y alcantarillado a la población, así 
como al tratamiento de aguas residuales. Es importante tener presente que dos 
terceras partes del territorio nacional son áridas o semiáridas, lo que obliga al 
uso eficiente del agua en todas las actividades, tanto en el riego como en la 
industria y en el hogar. Cobra especial relevancia la situación anterior al 
considerar que la población del país se ha cuadruplicado en los últimos 55 
años, al pasar de 25 millones de habitantes en el año de 1950 a 103 millones 
en el año 2005. 
 
A nivel país, el mayor crecimiento poblacional y económico se ha generado en 
las zonas con menor disponibilidad de agua, es decir, en el centro y norte, 
donde se tiene el 31% de la disponibilidad nacional se concentra el 77% de la 
población, situación que contrasta con la zona sureste, donde existe el 69% de 
la disponibilidad y únicamente se ubica el 23% de la población nacional 
(CONAGUA, Estadísticas del Agua en México 2008, 2008). Ver Figura 2.4. 
 
 
 
 
Figura 2.4 Evolución de la disponibilidad de agua en México , m3/hab/año 
(CONAGUA, 2007). 
 
Un parámetro de referencia en el contexto internacional en relación con el 
agua, es la disponibilidad per cápita. México en tan sólo 56 años pasó de una 
disponibilidad de 18, 035 m3 a tan sólo 4, 416 m3 por habitante al año. 
 
En lo que se refiere a los usos del agua, el volumen concesionado a diciembre 
de 2006, sin incluir la generación de energía hidroeléctrica era de 77, 321 
millones de metros cúbicos. De este volumen, el 77% corresponde al uso 
agrícola, 14% al uso público y 9% a las industrias que obtienen agua de ríos y 
acuíferos. 
 
Las bajas eficiencias en el uso del agua, aunadas al incesante crecimiento 
poblacional y a la poca disponibilidad de agua, han ocasionado que el agua de 
los ríos y lagos sean insuficientes en algunas zonas, que las fuentes de 
abastecimiento subterráneas estén sobreexplotadas y que la calidad natural del 
agua se haya deteriorado. 
 
Bajo las condiciones sociales, económicas y ambientales, el medio mexicano 
exige que se consideren en el diseño de pequeñas plantas de tratamiento los 
siguientes rubros (Márquez et al, 1998): 
 
♣ Que la planta de tratamiento posea dimensiones que permitan su 
instalación y operación a nivel unifamiliar y con márgenes de crecimiento 
en caso de incremento en el gasto domiciliario. 
♣ La planta de tratamiento deberá ser económica en su inversión y sobre 
todo en los recursos destinados a su operación y mantenimiento. 
♣ Que opere con eficacia tal que cumpla con la normatividad vigente. 
♣ Que las condiciones de mantenimiento preventivo y correctivo sean 
mínimas y puedan ser efectuadas, en su mayor parte, por los propios 
usuarios. 
♣ Que la planta de tratamiento no provoque molestias al usuario en 
relación con ruido, proliferación de insectos y malos olores. 
 
Uso del agua en México. 
Los volúmenes concesionados o asignados a los usuarios se agrupan, para 
fines prácticos, en usos consuntivos (agrícola, abastecimiento público, industria 
autoabastecida y termoeléctricas) y usos no consuntivos (hidroeléctricas). El 
63% del agua para uso consuntivo proviene de fuentes superficiales (ríos, 
arroyos y lagos), el resto, de aguas subterráneas, las proporciones de los usos 
se puede ver en la Figura 2.5. 
 
En el uso agrícola, la superficie cosechada varía entre 18 y 22 millones de 
hectáreas anualmente. Se calcula que dependen directamente de esta 
actividad entre 20 y 25 millones de personas en México. Al referirse al uso para 
abastecimiento público, se refiere al abastecimiento a los usuarios domésticos, 
así como a industrias y servicios conectados a redes de agua potable en las 
localidades, generalmente urbanas. El uso en la industria autoabastecida se 
encuentra representado por la industria que se abastece directamente de ríos, 
arroyos, lagos o acuíferos del país. Los principales sectores productivos son: 
industria química, azucarera, petrolera, celulosa y papel. En 2007, las 
termoeléctricas generaron 189 TWh, es decir, el 87% de la electricidad 
producida en el país. 
 
Usos del agua en México
(consuntivo) 
22,0%
77,0%0,5%
0,5%
Uso agrícola
Uso para
abastecimiento
público
Uso en industria
autoabastecida
Uso en
termoeléctricas
 
Figura 2.5 Uso consuntivo del agua en México (CONAGUA, Usos del agua, 
2007). 
 
El uso no consuntivo, que no consume el agua empleada, en hidroeléctricas, 
representó en 2007, 123 mil millones de metros cúbicos, para generar 29.7 
TWh, el 13% de la producción de energía eléctrica en México (CONAGUA, 
Usos del agua, 2007 y CONAGUA, Programa nacional hídrico 2007-2012, 
2007). 
 
 
2.3 Fuentes de contaminación del agua. 
Hay diversas formas de clasificar las fuentes de contaminación del agua, una 
de ellas está determinada de acuerdo a su origen y tipo de contaminación. 
 
2.3.1 Contaminación de acuerdo a su origen. 
La contaminación de origen natural es la emisión de sustancias extrañas que 
de manera natural contaminan aguas superficiales. Algunos ejemplos de este 
tipo de contaminación son: erupciones volcánicas, erosión hídrica y eólica, 
yacimientos subterráneos de sustancias tóxicas, entre otras. 
 
Mientras que la contaminación de origen antropogénico es el resultado del uso 
directo e indirecto de las actividades humanas, en general. Por ejemplo: por 
uso en la industria, en el hogar, en hospitales, en oficinas, en la agricultura, etc 
(García, 2009). 
 
2.3.2 Clasificación según su tipo de contaminación. 
 
Contaminación orgánica. Se produce cuando se descargan grandes 
cantidades de materia orgánica (compuestos formados principalmente por 
carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno) hacia los cuerpos receptores. La 
materia orgánica es utilizada por los microorganismos para reproducirse, y en 
ese proceso emplean el oxígeno disuelto del agua. Como consecuencia, se 
produce el aumento desmedido de los microorganismos acuáticos, con la 
consecuente disminución del nivel de oxígeno del agua y la muerte de peces. 
 
Contaminación inorgánica. Es causada por la presencia de sustancias 
químicas de origen antropogénico o natural. En los lagos, la acumulación de 
partículas transportadas por el viento y el aporte de material del cauce de los 
ríos produce un aumento natural de la cantidad de nutrientes inorgánicos 
(sulfatos y fosfatos, fundamentales para el desarrollo de microorganismos 
vegetales) a lo largo de los años. Este enriquecimiento natural con nutrientes 
inorgánicos se denomina eutrofización, y es parte natural del desarrollo de un 
ecosistema. Sin embargo, en algunas ocasiones, las actividades humanas mal 
desarrolladas, como las descargas de desechos domésticos e industriales, 
provocan una rápida acumulación de sustancias inorgánicas y, por lo tanto, una 
aceleración del proceso de eutrofización. Entre las fuentes principales de 
nutrientes se incluyen algunos detergentes con alto contenido de fósforo, 
fertilizantes artificiales empleados en agricultura, combustibles fósiles que 
generan un aumento en el contenido de nitrógeno de la lluvia y la tala 
inmoderada de árboles, todo lo cual favorece la erosión por parte del viento. 
 
Contaminación tóxica. Es ocasionada por compuestos tóxicos como ciertos 
metales (zinc, cobre, cadmio, plomo y mercurio), aniones (cianuros y sulfuros), 
compuestos orgánicos (pesticidas, herbicidas y fenoles), entre otros. El efecto 
tóxico de una sustancia puede ser: 
♣ Agudo, cuando causa un efecto (usualmente la muerte) en un período 
corto. 
♣ Crónico, cuando causa un efecto (letal o subletal) en un período 
prolongado. 
♣ Letal, cuando causa la muerte o el envenenamiento directo. 
♣ Subletal, cuando se encuentra bajo el nivel que provoca la muerte, pero 
puede afectar el crecimiento, la reproducción o el comportamiento, de 
manera que la población pueda verse reducida. 
♣ Acumulativo, cuando el efecto se aumenta por dosis sucesivas. 
 
Contaminación microbiológica o biológica. Es aquella contaminación de los 
cuerpos de agua por microorganismos, que se produce cuando la descarga de 
efluentes contiene microorganismos (bacterias, virus y protozoos) que pueden 
dañar la salud de los seres humanos, tanto al consumir el agua como al estar 
en contacto con ella. Algunas de las enfermedades provocadas por el consumo 
de agua contaminada con microorganismos son: fiebre tifoidea, cólera, 
disentería, hepatitis infecciosa y amibiasis. 
 
Contaminación térmica. Se produce por un aumento de temperatura en los 
ambientes acuáticos naturales, lo cual ocasiona un desequilibrio en el 
ecosistema existente debido al cambio local en la densidad del agua y, por lo 
tanto, en su concentración de oxígeno. El aumento de la temperatura puede 
producirse por la descarga de agua de enfriamiento utilizada en las plantas 
generadoras de energía eléctrica (Beltrami, 2001 y Programa Internacional de 
Educación Ambiental UNESCO-PNUMA, 1993). 
 
 
2.4 Generalidades y clasificación de las aguas residuales. 
 
Generalidades. 
Toda comunidad genera residuos líquidos y sólidos. En cuanto a la parte 
líquida, su contaminación se ve reflejada en las aguas residuales, las cuales 
son producidas después de haber usado el agua potable para diversos usos, 
ya sean directos o indirectos al contacto humano. En forma general, las aguas 
residuales son aquellas aguas de composición variada provenientes de la 
descarga de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, 
agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y en general de 
cualquier otro uso, así como la mezcla de ellas. 
 
Clasificación de las aguas residuales. 
La clasificación del agua residual se hace con respecto a la fuente generadora 
de la misma, es decir, va a depender del uso que se le haya dado al agua, ya 
que de este depende la composición, concentración y características de la 
misma, así como el tratamiento al que será sometida. 
 
El agua pluvial por su origen no se debería considerar como agua residual, sin 
embargo, debido a su gran carga de contaminantes si se está considerando 
como agua residual, además de que en la mayoría de los casos es mezclada 
con el agua residual en la red de drenaje, debido a que en nuestro país el 
sistema de drenaje no incluye a ambos (García, 2009 y Metcalf y Eddy, 2003). 
 
2.4.1 Aguas residuales domésticas. 
Es el agua residual descargada de residencias y de instalaciones comerciales, 
institucionales y similares. Es el agua residual que ha sido usada por una 
comunidad y contiene todo el material agregado durante su uso. Por lo tanto, 
está compuesta por desechos del cuerpo humano (heces fecales y orina) junto 
con el agua usada para descargar retretes, y el agua residual resultante del 
lavado personal, lavado de ropa, la preparación de los alimentos así como la 
limpieza de utensilios de cocina. 
 
Aquí podemos ubicar a las aguas residuales comerciales que son generadas 
por diversos establecimientos como: aeropuertos, almacenes, centros 
comerciales, estaciones de servicio, bares, hoteles, lavanderías, moteles, 
oficinas y restaurantes, pues la caracterización del agua residual comercial es 
muy similar al agua residual doméstica. 
 
Los contaminantes y/o desechos contenidos en este tipo de agua residual son 
muy importantes en lo que se refiere a la salud pública ya que pueden contener 
organismos dañinos al hombre, por lo que su tratamiento y disposición 
constituye el principal problema de acondicionamiento de las aguas residuales 
(Mara, 2004 y Metcalf y Eddy, 2003). 
 
2.4.2 Aguas residuales industriales. 
Es el agua residual en la que predominan desechos provenientes de la 
actividad industrial. El volumen y las características de esta agua varían 
mucho, dependiendo del tipo de industria (Salvato et al, 2003). 
 
2.4.3 Aguas residuales de origen pluvial. 
Es el agua resultante del escurrimiento superficial de las lluvias o el deshielo de 
nieve. Su volumen varía según la intensidad de precipitación, la topografía, las 
superficies pavimentadas y techadas. Estos escurrimientos pueden ser 
colectados separadamentede la demás agua residual y su costo de 
tratamiento sería mucho menor, sin embargo, en la mayoría de los casos, no se 
cuenta con la infraestructura hidráulica necesaria para separarla y termina 
siendo mezclada con las aguas residuales en los sistemas de alcantarillado 
(García, 2009 y Metcalf y Eddy, 2003). 
 
2.4.4 Aguas residuales biológicas. 
Este tipo de aguas se caracterizan por presentar concentraciones altas de 
microorganismos muy peligrosos para la salud, algunos de ellos son bacterias, 
virus, compuestos químicos (ácidos), sustancias volátiles, entre otros, los 
cuales se generan en hospitales, laboratorios clínicos, laboratorios de 
investigación, laboratorios químicos y biológicos. 
 
Estas aguas residuales son muy peligrosas, se debe tener cuidado al 
transportar y tratar debido a que contiene sustancias muy volátiles, bacterias, 
virus y otros microorganismos que se pueden propagar fácilmente, por tanto, 
un descuido o mal manejo puede ocasionar graves problemas de salud pública 
(García, 2009). 
 
2.5 Tratamiento de aguas residuales. 
El aumento rápido de zonas urbanas y el crecimiento de la población, la 
expansión de tuberías para el servicio de agua, así como el uso elevado de 
agua en los hogares ha aumentado la descarga de aguas residuales y la 
contaminación potencial con implicaciones para la biodiversidad de los 
ecosistemas en ríos, lagos y costas, al igual que para la salud humana (The 
World Bank, 2009). 
 
Se ha documentado que las aguas residuales albergan microorganismos que 
causan enfermedades (patógenos), incluyendo virus, protozoos y bacterias. 
Los organismos patogénicos pueden originarse en los individuos infectados o 
en animales domésticos o salvajes. La diarrea y la gastroenteritis se 
encuentran entre las tres principales causas de muerte en el mundo y 
particularmente en la región latinoamericana. 
 
Es evidente la necesidad de implementar mejores prácticas de desecho de 
residuos, ya que dichas enfermedades rara vez alcanza proporciones de 
epidemia en aquellas regiones con acceso al agua limpia y prácticas efectivas 
de manejo de aguas residuales. 
 
Para mejorar las condiciones de salud y saneamiento, se necesitan plantas de 
tratamiento eficientes para el manejo de agua potable y aguas residuales. Sin 
embargo, dichos esfuerzos requieren inversiones sustanciales de capital. 
Solamente en México, se estima una inversión de US$ 2 900 millones para 
proporcionar agua limpia y servicios de saneamiento a los habitantes urbanos 
(Reynolds, 2002). 
 
En la actualidad, se han desarrollado diversos métodos tecnológicos para 
abatir el problema de escasez de agua. Estas tecnologías se basan 
fundamentalmente en procesos físicos, químicos y biológicos, los cuales 
pueden ser combinados en las distintas etapas del tratamiento de esta agua, 
como se describe en los siguientes puntos (Halifax Regional Municipality, 
2004). 
 
2.5.1 Procesos de tratamiento de agua residual. 
Para el tratamiento de aguas residuales o contaminadas existen diversos 
procesos y operaciones unitarios que, con una adecuada selección y 
combinación, pueden resolver la mayoría de los casos. 
 
Existe un gran abanico de métodos para el tratamiento y disposición de aguas 
residuales. Al decir esto, los contaminantes en el agua pueden ser removidos 
por medios físicos, químicos y biológicos. Los métodos individuales usuales 
son clasificados como operaciones físicas unitarias, procesos químicos 
unitarios y procesos biológicos unitarios. Estas operaciones y procesos 
unitarios se han combinado en los sistemas de tratamiento de aguas residuales 
empleando diversas metodologías. 
 
En las operaciones físicas unitarias se aplican fuerzas físicas, las cuales 
fueron, históricamente, las primeras en ser usadas para el tratamiento de 
aguas residuales. Ejemplos de estas son el cribado, el mezclado, la floculación, 
la sedimentación, la flotación, la filtración y la transferencia de gases. En los 
procesos químicos unitarios la remoción o conversión de contaminantes es 
producido por la adición de químicos; algunos ejemplos son la precipitación, la 
adsorción y la desinfección. Para finalizar, se encuentran los procesos 
biológicos unitarios en donde la remoción de contaminantes se ha logrado con 
la ayuda de actividad biológica. 
 
La selección de los procesos de tratamiento de aguas residuales o la serie de 
procesos de tratamiento dependen de un cierto número de factores, entre los 
que incluyen (Ramahlo, 1991): 
a. Características del agua residual: DBO, materia en suspensión, 
pH, productos tóxicos. 
b. Calidad del efluente de salida requerido. 
c. Costo y disponibilidad de terrenos; por ejemplo, ciertos 
tratamientos biológicos (laguna, estanques de estabilización) son 
económicamente viables únicamente en el caso de que se 
disponga de terrenos de bajo costo. 
d. Consideración de las futuras ampliaciones o la previsión de 
límites de calidad de vertido más estrictos, que necesiten el 
diseño de tratamientos más sofisticados en el futuro. 
 
El agua, al ser utilizada incorpora diversas sustancias en forma suspendida, 
coloidal o disuelta que contaminan y degradan su calidad o pureza. En la Tabla 
1.1 se presentan los principales contaminantes del agua, los parámetros 
utilizados para su medición, así como algunos impactos negativos que pueden 
causar. 
 
Tabla 2.1 Principales grupos de contaminantes del agua y sus efectos 
(Noyola, 1999). 
Análisis 
Principal 
Contaminante 
considerado 
Efecto 
 
Demanda Bioquímica de Oxígeno 
(DBO) 
 
 
Materia orgánica 
biodegradable 
 
 
Abatimiento del oxígeno 
disuelto en cuerpo receptor. 
Crecimiento incontrolable 
de microorganismos. 
Demanda Química de Oxígeno 
(DQO) 
Carbón Orgánico Total (COT) 
 
Materia orgánica 
en general 
 
 
Mismos que DBO. 
Acumulación en cuerpo 
receptor. Riesgos de 
toxicidad. 
Sólidos Suspendidos Totales 
(SST) Volátiles (SSV) y Fijos 
Materia en 
suspensión 
Sedimentación y 
asolvamientos en cuerpos 
(SSF) 
 
 
sedimentable y 
no sedimentable. 
 
receptores. Digestión y 
liberación de materia 
orgánica e inorgánica. 
Varios 
 
 
 
 
 Compuestos 
tóxicos (metales 
pesados) 
 
 
Impacto a la salud humana 
y a la flora y fauna del 
cuerpo receptor (alta 
toxicidad, carcinogénicos o 
mutagénicos). 
Nitrógeno Total Kjeldhal (NTK), 
nitratos y nitritos (NO3,NO2), 
fósforo total (Pt), ortofosfatos 
(PO43-) 
Nitrógeno y 
fósforo 
 
 
Nutrientes que provocan 
eutrofización en cuerpos de 
agua. Contaminación de 
acuíferos. 
Grasas y aceites 
 
 
 
 
Grasas y aceites 
 
 
 
 
Acumulación en drenajes y 
cuerpos de agua. Reducen 
la transferencia de oxígeno 
a los cuerpos de agua. 
Contaminación visual. 
Sólidos Totales Fijos (STF) 
 
Sales inorgánicas 
 
Restringen el uso de agua 
tratada. 
Coliformes fecales y huevos de 
 Helmintos 
 
Patógenos 
 
 
Transmisión de 
enfermedades 
gastrointestinales. 
 
 
El agua residual doméstica proviene principalmente de las zonas residenciales 
y conjuntos habitacionales en las cuales se hace uso de sanitarios, baños, 
cocinas, lavaderos y demás servicios. A este segmento corresponden también 
los servicios de hoteles, restaurantes, escuelas, etc. Este tipo de agua contiene 
principalmente materia orgánica biodegradable (proteínas, carbohidratos, 
grasas animales) así como microorganismos patógenos (como Salmonella sp; 
Vibrio cholera, Staphilococus aureus) y sustancias inorgánicas como cloruros, 
amonio y nutrientes (Metcalf y Eddy, 2003). En la Tabla 2.2 se muestran las 
variaciones en la composición del agua residual doméstica típica. 
 
 
Tabla 2.2 Concentraciones típicas de agua residual doméstica (Metcalf y 
Eddy, 2003). 
CONSTITUYENTE 
 
CONCENTRACIÓN 
FUERTE 
CONCENTRACIÓN 
MEDIANA 
CONCENTRACIÓN 
DÉBIL 
Demanda Química 
de Oxígeno, mg/L 
1000 
 
500 
 
250Demanda Bioquímica 
de Oxígeno, mg/L 
400 
 
220 
 
110 
 
Sólidos Suspendidos 
Totales, mg/L 
350 
 
220 
 
100 
 
Nitrógeno Total, 
mg/L 
85 
 
40 
 
20 
 
Nitrógeno Orgánico, 
mg/L 
35 
 
15 
 
8 
 
Nitritos, mg/L 
 
0 
 
0 
 
0 
 
Nitratos, mg/L 
 
0 
 
0 
 
0 
 
Alcalinidad, como 
CaCO3, mg/L 
200 
 
100 
 
50 
 
Grasas, mg/L 
 
150 
 
100 
 
20 
 
 
 
2.5.2 Aplicación de los métodos de tratamiento de agua residual. 
El pretratamiento consiste en remover los constituyentes del agua residual 
como trapos, palos, arena, materia flotable y grasa que pueda causar 
problemas de mantenimiento u operacionales en los sistemas de tratamientos 
operacionales, de procesos y auxiliares. Algunos dispositivos de pretratamiento 
utilizados son las rejas y cribas de barras, los desarenadores y los 
distribuidores y medidores de gasto. 
 
El tratamiento primario consiste en la remoción de materia suspendida o 
sedimentable a través de medios físicos y mecánicos. Con este se reduce más 
del 30% de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) y 60% de los sólidos en 
suspensión. Algunas de las operaciones y dispositivos utilizados son los 
mezcladores y la fosa séptica. 
 
En el tratamiento secundario, los procesos biológicos y químicos son utilizados 
para remover la mayor parte de la materia orgánica. Dentro de los procesos 
biológicos se consideran los anaerobios y los aerobios. Los primeros se 
caracterizan por que llevan a cabo la transformación de la materia orgánica que 
es realizada por microorganismos en ausencia de oxígeno molecular y los 
segundos por microorganismos que requieren del oxígeno para llevar a cabo 
sus funciones. Para el caso de los procesos químicos, estos requieren de la 
adición de productos químicos para la eliminación de los compuestos 
orgánicos. En algunos dispositivos clasificados dentro del tratamiento 
secundario se encuentran los lodos activados, la laguna aireada y los discos 
biológicos rotatorios. 
 
En el tratamiento terciario, se utiliza una combinación adicional de operaciones 
unitarias y procesos unitarios para remover otros constituyentes, como sólidos 
suspendidos, nitrógeno y fósforo, los cuales no son reducidos 
considerablemente por los tratamientos secundarios. La desinfección por 
radiación y con agentes químicos y físicos es utilizada en este tipo de 
tratamiento. 
 
El tratamiento avanzado o terciario avanzado consiste en remover los 
materiales en suspensión o disueltos. Estos son los materiales restantes 
después de un tratamiento biológico normal cuando se va a reusar el agua. Se 
pueden utilizar la ultrafiltración y la adsorción con carbón activado (Sans et al, 
1989 y Metcalf y Eddy, 2003). 
 
Otra clasificación que puede hacerse de los procesos de tratamiento de aguas 
residuales está basada en su grado de complejidad o de mecanización. Existen 
los procesos intensivos y compactos, con tecnología más desarrollada 
(procesos tecnificados, como los lodos activados en sus diversas variantes y 
los reactores secuenciales alimentados por lotes, por mencionar algunos) y los 
llamados naturales, con mayor requerimiento de área y que recurren a la 
acción de la naturaleza con intervención humana reducida. Los sistemas 
lagunares, los lechos de raíces y los humedales constituyen los procesos 
naturales más conocidos (Noyola, 2007). 
 
 
2.5.3 Procesos Biológicos Unitarios. 
A diferencia de los procesos físicos unitarios, que su objetivo es tratar el agua 
residual por medio de la aplicación de fuerzas físicas, estos procesos 
comúnmente incluyen la sedimentación, filtración, flotación, entre otros. Se 
utilizan para remover partículas primarias y sólidos por medios físicos. Mientras 
que los procesos químicos unitarios tratan a través de reacciones químicas. 
Los procesos químicos unitarios utilizados para el tratamiento de aguas 
residuales incluyen la coagulación, desinfección, oxidación y precipitación 
química, por mencionar algunos. Ambos procesos unitarios pueden ser 
utilizados para ofrecer el tratamiento secundario completo de agua residual, 
incluyendo la remoción de fósforo por precipitación química. Los procesos 
químicos se han desarrollado para la remoción de metales pesados y 
compuestos orgánicos específicos, además del tratamiento avanzado de agua 
residual. Actualmente, las aplicaciones más importantes de los procesos 
químicos unitarios en el tratamiento son: 
♣ Desinfección de agua residual. 
♣ Precipitación del fósforo. 
♣ Coagulación de materia particulada encontrada en agua residual en 
varias etapas de los procesos de tratamiento. 
 
Los procesos biológicos se emplean cuando los principales contaminantes son 
orgánicos biodegradables, así como algunos aniones inorgánicos (nitratos, 
nitritos, sulfatos, sulfuros, fosfatos). En esas condiciones, las aguas residuales 
municipales, así como una gran variedad de desechos líquidos industriales, 
pueden tratarse por vía biológica, proceso que se sigue predominantemente. 
 
Los métodos biológicos son aplicados para remover los sólidos coloidales no 
sedimentables y estabilizar la materia orgánica disuelta. Para el agua residual 
doméstica el objetivo es reducir el contenido orgánico y en ocasiones, 
nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. 
 
Básicamente, los procesos biológicos se dividen en dos grupos: los aerobios y 
los anaerobios. El tratamiento aerobio se caracteriza por una alta tasa de 
síntesis celular (65%), por lo que hay una mayor generación de biomasa como 
lodo no estabilizado, cuyo tratamiento y disposición incrementa la dificultad 
técnica y el costo del tratamiento. Por el contrario, en el proceso anaerobio, el 
90% de la energía se encuentra en el metano producido, mientras que sólo el 
10% se emplea para la síntesis celular. 
 
2.5.3.1 Generalidades del tratamiento aerobio. 
Como describe Henry et al (1999), en los procesos aerobios (en presencia de 
oxígeno) las bacterias heterótrofas (las que obtienen carbono de compuestos 
orgánicos) oxidan alrededor de un tercio de la materia orgánica coloidal y 
disuelta a productos finales estables (CO2 + H2O) y transforman los dos tercios 
restantes en nuevas células microbianas susceptibles de eliminarse de las 
aguas residuales por sedimentación. 
 
Materia biodegradable coloidal, soluble y suspendida contribuyen a la DBO que 
sea metabolizada: 
 
microbios aerobios + DBO + O2 → celulas nuevas (biomasa) + CO2 + DBO + H2O
 
Ecuación 2.1 
 
Durante el proceso, parte del material biodegradado es convertido en CO2 
(mineralización) y una parte se convierte en biomasa nueva (asimilación). Bajo 
condiciones “de hambre”, parte de la biomasa microbiana puede ser 
metabolizada; esto se conoce como respiración endógena. 
 
Un problema asociado con el tratamiento aerobio es la eliminación del exceso 
de la biomasa producida durante la degradación de los contaminantes. 
Aproximadamente de 30 a 70% del carbono biodegradado es transformado en 
nuevas células, y el restante es convertido a CO2, los valores específicos 
dependen del proceso. Aunque la eficiencia del sistema recae en la producción 
de células nuevas activas, esto produce simultáneamente una nueva forma de 
contaminación, el exceso de biomasa de desecho, que debe ser eliminada de 
forma segura. Por lo tanto, el tratamiento aerobio sólo puede ser clasificado de 
30 a 70% eficiente, dependiendo el proceso específico que se utilice (Waites et 
al, 2005). 
 
 
2.5.3.2 Generalidades del tratamiento anaerobio. 
Se define como el proceso donde no se encuentra presente ni oxígeno ni 
nitrógeno. Estos procesos son llevados a cabo por un gran y variado grupo de 
microorganismos, los cuales normalmente viven en una relación simbiótica. Las 
condiciones de energía son complicadas y para muchas bacterias es tan difícil 
que es casi imposible existir, pero aún así han sido exitosos en varios casos. 
Muchas de lasbacterias son estrictamente anaerobias y no toleran el oxígeno 
en absoluto, por ejemplo la bacteria formadora de metano. 
 
Dos grupos de bacterias, convierten más del 90% de la materia presente 
primero en intermediarios (productos finales parcialmente estabilizados que 
incluyen ácido orgánicos y alcoholes) y después en metano y dióxido de 
carbono gaseosos (Henry et al, 1999): 
 
 
materia organica bacterias formadoras de acidos⎯ → ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ int ermediarios + CO2 + H2S + H2O 
Ecuación 2.2 
acidos organicos bacterias formadoras de me tan o⎯ → ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ CH4 + CO2 
Ecuación 2.3 
 
 
La degradación anaerobia se puede dividir en tres pasos, descritos en la Figura 
2.6. Dos pasos son biológicos, mientras que la hidrólisis es un paso enzimático 
(Henze et al, 2002). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.6 Degradación anaerobia de 3 pasos de la materia orgánica muy 
simplificada (Henze et al, 2002). 
 
 
2.5.3.3 Generalidades del tratamiento aerobio o anaerobio para sistemas 
de tratamiento de aguas residuales. 
Una visión general de criterios aplicados directamente al tratamiento de aguas 
residuales se da en la Tabla 2.3. Naturalmente, esta lista es sólo cualitativa y la 
elección de los dispositivos a continuación listados es subjetiva (Marchaim, 
1992). 
 
 
 
Tabla 2.3 Lista de criterios aplicables al tratamiento de agua residual 
(Marchaim, 1992). 
Criterio Aeróbico Anaeróbico 
partículas + grandes 
moléculas disueltas
pequeñas moléculas 
disueltas 
ácido acético + 
hidrógeno 
metano + dióxido de 
carbono 
hidrólisis, extracelular 
producción de ácido
producción de metano 
Rango de agua que puede ser tratada + 
Estabilidad del proceso y control + 
Tasas aplicables a cargas volumétricas + 
Potencia de entrada + 
Calor de entrada + 
Exceso de producción de lodos + 
Requerimientos excluyendo nutrientes + 
Requerimientos excluyendo oxígeno + 
Remoción de DBO + 
Remoción de DON o remoción de N + 
Remoción de P + 
Producción de subproductos valiosos + 
Sustancias orgánicas cloradas que puedan ser 
degradadas + 
 
 
Para decidir si se debe instalar un sistema de tratamiento de aguas residuales 
aerobio o anaerobio, varios aspectos básicos deben considerarse: 
♣ El tratamiento anaerobio no lleva a estándares bajos de contaminantes 
de DQO, DBO5 o COT que puedan cumplirse con los sistemas aerobios 
y que son necesarios por leyes ambientales. El tratamiento anaerobio de 
residuos y de agua residual es frecuentemente considerado un 
pretratamiento para minimizar la demanda de oxígeno y el lodo sobrante 
en una etapa aerobia de un post-tratamiento. Sólo después de un 
tratamiento aerobio final, puede la DQO, la DBO5 o el COT encontrarse 
debajo o en los límites fijados por las leyes ambientales. Si las 
concentraciones límites de nitrógeno y fósforo tienen que alcanzarse, 
más etapas de tratamiento deben considerarse como la nitrificación, 
desnitrificación y la remoción química o biológica de fósforo. 
♣ Agua residual altamente concentrada debe tratarse anaeróbicamente, 
pues existe la posibilidad de recuperar energía en el biogás y menores 
cantidades generadas de lodo sobrante. Para el tratamiento aerobio, se 
necesita una alta tasa de aireación y se genera mucho más lodo 
residual. La aireación causa formación de aerosol y eventualmente 
requiere una purificación de gases de salida. 
♣ Las aguas residuales con concentraciones bajas de contaminantes 
orgánicos deben ser tratadas de forma aerobia dada su alta estabilidad a 
concentraciones bajas de contaminantes, aunque el tratamiento aerobio 
es más caro y más lodo permanece para disposición. 
♣ Sistemas con tratamiento anaerobio son más caros de construir pero 
más baratos de operar que los sistemas con tratamiento aerobio 
(Jördening y Winter, 2005). 
 
El tratamiento anaerobio es ejecutado frecuentemente en lodos y aguas 
industriales. Se observa la Tabla 2.4 para apreciar un estimado comparativo 
con los tratamientos aerobios. Estos procesos biodegradan el agua residual o 
lodo contaminado para generar metano, dióxido de carbono y biomasa. 
 
Tabla 2.4 Comparación entre tratamientos aerobios y anaerobios de 
aguas residuales (Waites et al, 2005). 
Aerobio Anaerobio 
Aproximadamente 50% del 
carbono biodegradado es 
convertido en células nuevas. 
Del 5 al 10% del carbono 
biodegradado es convertido en 
células nuevas. 
Aproximadamente 50% del 
carbono biodegradado es 
convertido en CO2. 
Del 90 al 95% del carbono 
biodegradado es convertido en 
metano y CO2. 
Crecimiento rápido (minutos a 
horas). 
Crecimiento lento (días). 
 
No hay producción de energía. 
 
Energía producida en forma de 
metano. 
 
 
 
Revisando a Noyola (1998), es posible descubrir una visión superada de 
oponer estas tecnologías anaerobias modernas con las aerobias, ha sido 
resuelto en buena medida en tiempos recientes. Ahora se aceptan de forma 
más clara y eficaz que ambos tipos de procesos no se oponen; por el contrario, 
se complementan, al aportar cada uno su parte, paliando entre ambos sus 
respectivas desventajas o limitaciones. 
 
Los procesos biológicos más comúnmente usados son: el proceso de lodos 
activados, lagunas aireadas, filtros percoladores, biodiscos y lagunas de 
estabilización. 
 
 
2.5.3.4 Lodos Activados. 
Al inicio del siglo XX, el tratamiento de aguas residuales se estaba 
extendiendo. Debido al aumento de aguas residuales concentradas, los 
científicos y técnicos buscaron un tratamiento intensivo sin la ayuda de filtros. 
Desde 1890, en el Reino Unido así como en los Estados Unidos, se hicieron 
experimentos para resolver las condiciones desagradables producidas por las 
aguas residuales, al pasar aire a través de la fase acuosa. Fue alrededor de 
1912 cuando un gran avance fue hecho, no sólo al descargar los sólidos 
biológicos coagulados, sino para usarlos una y otra vez (Marchaim, 1992). 
 
Este proceso ha sido usado de forma extensiva en su diseño original como en 
muchos diseños modificados y mejorados. El proceso de lodos activados fue 
desarrollado en Inglaterra en 1914 por Ardern y Lockett y fue llamado así 
porque utiliza la producción de masa activada de microorganismos capaz de 
estabilizar el residuo aeróbicamente. Muchas versiones del proceso original 
que se encuentran en uso hoy en día son fundamentalmente similares. El 
sistema mostrado en la Figura 2.5 es el sistema de lodos activados de mezcla 
completa. Donde: (a) presenta el diagrama del proceso flujo tapón (b) muestra 
el diagrama del proceso de mezcla completa y (c) ilustra el diagrama del 
proceso de un reactor secuencial por lotes. 
 
Cuatro factores son comunes para todos los sistemas de lodo activado: 
I. Un lodo líquido floculento de microorganismos (sólidos 
suspendidos de licor mezclado [MLSS]) que es utilizado para 
remover materia orgánica soluble y particulada del influente. 
 
 
 a) 
 
 
 b) 
 
 
 c) 
 
Figura 2.7 Procesos típicos de lodo activado con distintos tipos de 
reactor (Metcalf y Eddy, 2003). 
 
 
II. Sedimentación quieta es usada para remover los MLSS de la 
corriente de proceso, produciendo un efluente bajo en sólidos 
suspendidos. 
III. Los sólidos sedimentados son recirculados como un lodo líquido 
desde el clarificador de regreso al bioreactor. 
IV. El exceso de sólidos son desechados para controlar el tiempo de 
retención de sólidos a un valor deseado (Grady et al, 1999). 
 
Operacionalmente, el tratamiento de los residuos con el proceso de lodos 
activados es logrado, de hecho, usando un diagrama de flujo donde el residuo 
orgánico es introducido en un reactor donde un cultivo aeróbico bacteriano se 
mantiene en suspensión. El contenido del reactor es referido como licor 
mezclado. En el reactor, el cultivo bacteriano lleva a cabo la conversión de la 
materia orgánica, de acuerdo con la estequiometría siguiente: 
 
Oxidación y

Otros materiales