Evaluacion-de-la-calidad-fisicoqumica-del-agua-residual-y-tratada-en-un-proceso-primario-avanzado-considerando-el-tamano-de-partcula

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
 
 
 
 
 FACULTAD DE QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EVALUACIÓN DE LA CALIDAD FISICOQUÍMICA DEL 
AGUA RESIDUAL Y TRATADA EN UN PROCESO 
PRIMARIO AVANZADO CONSIDERANDO EL TAMAÑO 
DE PARTÍCULA 
 
 
 
 
 
 
T E S I S 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERA QUÍMICA 
P R E S E N T A : 
 ERIKA GONZÁLEZ BECERRIL 
 
 
 MÉXICO, D.F. 2009 
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
Jurado Asignado 
 
 
 
 
 
Presidente Profr. Rodolfo Torres Barrera 
Vocal Prof. Víctor Manuel Luna Pabello 
Secretario Profa. Alma Chávez Mejía 
1er Suplente Profr. Alfonso Duran Moreno 
2nd Suplente Prof. José Agustín García Reynoso 
 
 
 
 
 
Instituto de Ingeniería (IINGEN) 
 
 
 
 
 
Asesor Dra. Alma Chávez Mejía _________________ 
 
 
Sustentante Erika González Becerril _________________ 
 
 
 
 
 
 
 
Agradezco… 
 
 
A mi asesora de tesis, la Dra. Alma Chávez Mejía por 
orientarme y brindarme su confianza y apoyo. 
 
A los miembros de mi jurado: el Prof. Rodolfo Torres 
Barrera, el Prof. Víctor Manuel Luna Pabello, la 
Profa. Alma Chávez Mejía, el Prof. Alfonso Duran 
Moreno y el Prof. José Agustín García Reynoso, por 
sus aportaciones, su comprensión y tiempo dedicado 
en la revisión de la tesis. 
 
Al Instituto de Ingeniería, a la Dra. Blanca E. 
Jiménez Cisneros y a todos mis compañeros del Grupo 
de Tratamiento y Reúso por el apoyo, las enseñanzas 
y aportaciones recibidas para mi formación 
académica. Así como al CONACyT (Proyecto 52620-Y) 
por su financiamiento y apoyo a la investigación. 
 
En especial a Carolina, Lucila, Marlem, Alfonso, 
Jesús, Marco, Miguel, Alejandro, Iván, Jorge, 
Rosario y Tania por ayudarme, motivarme y por sus 
enseñanzas transmitidas. 
 
A la UNAM y la Facultad de Química por la formación 
académica recibida. 
 
 
 
 
 
 
 
Dedicatorias 
 
A mi padre Benjamin por otorgarme el mejor regalo 
que he recibido, la educación; por su compresión, 
apoyo, motivación, sus consejos y enseñanzas; por 
ser mi amigo y mi ejemplo a seguir. A mi madre 
Leticia por procurarme y estar conmigo. 
A mis hermanos por compartir conmigo los mejores y 
peores momentos de mi vida. A mi hermana Adriana por 
ser mi amiga, confidente, aliada y cómplice. A mi 
hermano Benji por enseñarme la importancia de la 
vida con su ejemplo. 
A mis compañeros y amigos (Adriana, David, Ángeles, 
Ale, Jannet, Teresa, Ana, Licha, Mary Chuy, Liz, 
Brenda, Pedro, Hendi, Guido, Gabo, Oscar, Ramplix, 
Checo, Raquel, Gaby, Juan Luis, Richard, Israel, 
Eladio, Martin, Juanito, Jesús, Berenice, Mayra, 
Ulises, Alicia, Eva, Yadira, Araceli, Felipe, 
Freddy, Aurora y Edmar) por otorgarme su amistad y 
por los momentos compartidos. 
En especial a mis amigos Edith, Fabián y Edgar por 
estar conmigo en el momento más difícil de mi vida, 
por motivarme, apoyarme, por sus enseñanzas y por 
los instantes de locura. Gracias totales. 
A Edgar por ser mi maestro de la vida, por enseñarme 
sin quererlo, por estar sin estarlo, por ser y no 
ser. Gracias por ser tú, por los momentos de luz y 
oscuridad, sin ti nada hubiera sido lo mismo. 
Al Ing. José Luis Soto por ser mi compañero, amigo y 
maestro, por orientarme y motivarme. Por los 
momentos “árabes” compartidos. 
A Ana García y Colóme por mostrarme la vida de otra 
forma, por abrir mi mente a otros caminos y ayudarme 
a crecer espiritualmente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A la Luna por ser mi fiel acompañante en mis 
desvelos 
Alah está con los pacientes 
Aljamdulila 
Índice 
 
 
i 
 
Contenido 
ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................................................V 
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................................. VII 
NOMENCLATURA ..................................................................................................................... VIII 
RESUMEN ......................................................................................................................................... 1 
I INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 3 
II ANTECEDENTES ......................................................................................................................... 5 
2.1 Importancia del reúso y tratamiento de aguas residuales ...................................................................... 5 
2.1.1 Descarga de contaminantes en México (Normatividad) ....................................................................... 5 
2.1.2 Plantas de tratamiento de agua residual en México ............................................................................ 8 
2.1.3 Procesos de tratamiento de agua residual ............................................................................................ 9 
2.2 Niveles de tratamiento de agua residual .............................................................................................. 10 
2.2.1   Proceso fisicoquímico ........................................................................................................................ 12 
2.2.1.1 Tratamiento Primario Avanzado (TPA) ........................................................................................ 13 
2.3 Proceso de tratamiento de agua residual en Puebla ............................................................................ 15 
2.3.1 Tratamiento Primario Avanzado en Puebla utilizada en el estudio .................................................... 21 
2.4 Parámetros convencionales que se emplean para determinar la  calidad del agua .............................. 21 
2.4.1 Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) ........................................................................................... 22 
2.4.2 Demanda Química de Oxígeno (DQO) ................................................................................................. 22 
2.4.3 Sólidos Suspendidos Totales (SST) ....................................................................................................... 22 
2.4.4 Nutrientes ............................................................................................................................................ 23 
2.4.5 Turbiedad  y Color ............................................................................................................................... 23 
2.5 Composición típica de aguas residuales domesticas ............................................................................. 24 
III OBJETIVOS Y METAS ........................................................................................................... 25 
3.1 Justificación ......................................................................................................................................... 25 
3.2 Planteamiento del problema................................................................................................................ 25 
3.3 Hipótesis ..............................................................................................................................................26 
Índice 
 
 
ii 
 
3.4 Objetivos .............................................................................................................................................. 26 
3.5 Metas ................................................................................................................................................... 26 
3.6 Alcances ............................................................................................................................................... 27 
IV MARCO TEÓRICO .................................................................................................................. 28 
4.1 Partículas en el agua residual ............................................................................................................... 28 
4.2 Tamaños de partícula en agua residual ................................................................................................ 28 
4.2.1 Materia orgánica relacionada con el tamaño de partícula ................................................................. 32 
4.2.2 Nutrientes relacionados  con el tamaño de partícula ......................................................................... 33 
4.2.3 Desempeño de los procesos de tratamiento relacionado con el tamaño de partícula ....................... 34 
4.3 Técnicas analíticas para determinar el tamaño de partícula ................................................................. 35 
4.4 Técnicas de Separación ........................................................................................................................ 37 
4.4.1 Técnica de separación por medio de mallas ....................................................................................... 37 
4.4.2 Filtración secuencial por membranas ................................................................................................. 39 
4.4.3 Flujo fraccionado de campo ................................................................................................................ 40 
4.4.3.1 Flujo fraccionado de campo por sedimentación (SFFF) ............................................................... 41 
4.4.3.2 Flujo fraccionado de campo térmico (TFFF) ................................................................................. 42 
4.4.3.3 Flujo fraccionado de campo eléctrico (EFFF)................................................................................ 42 
4.4.3.4 Flujo fraccionado de campo magnético (MFFF) ........................................................................... 42 
4.4.4 Método de sedimentación gravitacional ............................................................................................. 42 
4.4.4.1 Pipeta de Andreasen .................................................................................................................... 46 
4.4.5 Método de sedimentación centrifuga ................................................................................................. 47 
4.5 Técnicas de Medición ........................................................................................................................... 49 
4.5.1 Microscopio (analizador de imagen) ................................................................................................... 49 
4.5.1.1 Microscopio óptico ....................................................................................................................... 50 
4.5.1.2 Microscopio electrónico ............................................................................................................... 50 
4.5.2 Contadores de partícula ...................................................................................................................... 51 
4.5.2.1  Dispersión de luz ......................................................................................................................... 52 
4.5.2.2  Bloqueo de luz ............................................................................................................................. 53 
4.5.2.3  Zona de detección eléctrica ó Electrozona .................................................................................. 54 
4.5.2.3.1 Principio Coulter ................................................................................................................... 55 
V METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ...................................................................................... 58 
5.1 Ubicación del  sitio de muestreo .......................................................................................................... 58 
5.2 Toma y conservación de muestras ....................................................................................................... 61 
5.2.1 Preparación de los recipientes y equipos de muestreo ....................................................................... 61 
5.2.2 Recolección de muestras ..................................................................................................................... 61 
Índice 
 
 
iii 
 
5.2.3 Medición de los parámetros in situ. .................................................................................................... 62 
5.2.4 Trasporte y conservación de las muestras .......................................................................................... 63 
5.2.4.1 Conservación de muestras para el tamaño de partícula ............................................................. 63 
5.2.4.2 Conservación de muestras para cada parámetro fisicoquímico .................................................. 64 
5.3 Fraccionado de las muestras ................................................................................................................ 65 
5.4 Determinación del Tamaño de Partícula .............................................................................................. 66 
5.5 Parámetros fisicoquímicos analizados .................................................................................................. 68 
5.6 Análisis de datos .................................................................................................................................. 69 
VI RESULTADOS Y ANÁLISIS .................................................................................................. 71 
6.1 Calidad del Influente ............................................................................................................................ 71 
6.1.1 Parámetros Fisicoquímicos .................................................................................................................. 71 
6.1.2 Distribución del Tamaño de Partícula ................................................................................................. 72 
6.2 Relación entre los parámetros tradicionales y el volumen del tamaño de partícula en el influente. .... 75 
6.3 Distribución de los parámetros básicos por intervalo de tamaño ......................................................... 80 
6.3.1 Partículas <11μm ................................................................................................................................ 81 
6.3.2 Partículas entre 11 a 20 μm ................................................................................................................ 81 
6.3.3 Partículas entre 20 a 80 μm ................................................................................................................ 81 
6.3.4 Partículas >80μm ................................................................................................................................ 82 
6.4 Calidad del Efluente ............................................................................................................................. 82 
6.4.1 Parámetros Fisicoquímicos .................................................................................................................. 82 
6.4.2 Distribución del Tamaño de Partícula .................................................................................................84 
6.5 Relación entre los parámetros fisicoquímicos y la distribución en volumen del tamaño de partícula en 
efluentes. ................................................................................................................................................... 87 
6.6 Distribución de los parámetros básicos por intervalo de tamaño para los efluentes ............................ 92 
6.6.1 Partículas <11μm. ............................................................................................................................... 92 
6.6.2 Partículas entre 11 a 20 μm ................................................................................................................ 93 
6.6.3 Partículas entre 20 a 80 μm ................................................................................................................ 93 
6.6.4 Partículas >80μm ................................................................................................................................ 93 
6.7 Concentraciones de los parámetros fisicoquímicos básicos en el influente y efluente ......................... 94 
6.8 Remoción del volumen de partículas en el tratamiento primario avanzado de acuerdo al tamaño de 
partícula .................................................................................................................................................... 95 
Índice 
 
 
iv 
 
6.9 Remoción de los parámetros fisicoquímicos en el tratamiento primario avanzado de acuerdo al 
tamaño de partícula................................................................................................................................... 96 
6.9.1 Materia orgánica ................................................................................................................................ 97 
6.9.2 Nutrientes ............................................................................................................................................ 97 
6.9.3 Sólidos Suspendidos Totales ................................................................................................................ 97 
6.9.4 Turbiedad y Color aparente ................................................................................................................. 98 
VII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................................... 100 
7.1 Recomendaciones .............................................................................................................................. 101 
VIII REFERENCIAS .................................................................................................................... 102 
APÉNDICE A: VALORES PUNTUALES DE LOS PARÁMETROS TRADICIONALES 
PARA CADA MUESTREO. ........................................................................................................ A­1 
APÉNDICE B: DISTRIBUCIÓN DE LOS PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS Y EL 
TAMAÑO DE PARTÍCULA (EN NÚMERO Y VOLUMEN) EN CADA INTERVALO DE 
TAMAÑO ...................................................................................................................................... B­1 
APÉNDICE C: DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULA PROMEDIO ................. C­1 
APÉNDICE D: EXPRESIONES COMUNES PARA CUANTIFICAR EL TAMAÑO DE 
PARTÍCULA ................................................................................................................................ D­1 
Índice 
 
 
v 
 
Índice de Tablas 
 
Tabla 2.1 Límites máximos permisibles para contaminantes básicos.                                                              
Norma (NOM‐001‐ SEMARNAT‐1996)  7 
Tabla 2.2 Inventario nacional de PTAR municipales en operación.                                                                
Modificado de SEMARNAT, CONAGUA, 2008  9 
Tabla 2.3 Tipos de configuraciones de los tratamientos fisicoquímicos                                                                       
(Fuente Shao et a.l, 1993 y 1996  en Chávez, 2004).  14 
Tabla 2.5 Inventario de plantas de tratamientos de aguas residuales en el estado de Puebla.                      
Fuente: SEMARNAT, CONAGUA, 2008  16 
Tabla 2.4 Plantas de tratamiento de agua residual en el Estado de Puebla.                                                  
Modificado de SEMARNAT, CONAGUA, 2008  17 
Tabla 2.6 Composición de las aguas domesticas no tratadas.                                                                                
Modificado de Metcalf and Eddy, 2003.  24 
 
Tabla 4.1  Técnicas analíticas para la determinación del tamaño de partícula  36 
Tabla 4.2 Apertura de tamices.  38 
Tabla 4.3 Equipos comerciales para tamizado seco y húmedo.  38 
Tabla 4.4 Ventajas, desventajas e intervalo de medición para la técnica de tamizado  39 
Tabla 4.5 Ventajas, desventajas e intervalo de medición para la técnica de filtración secuencial de 
membranas  40 
Tabla 4.6 Ventajas, desventajas e intervalo de medición para la técnica de Flujo fraccionado de campo  41 
Tabla 4.7 Equipos comerciales empleados para la sedimentación gravitacional.                                       
Modificación de Allen, 2003  45 
Tabla 4.8 Ventajas, desventajas e intervalo de medición para la técnica de sedimentación gravitacional  46 
Tabla 4.9 Equipos comercialmente empleados  para la sedimentación centrifuga.                               
Modificado de Allen, 2003  48 
Tabla 4.10 Ventajas, desventajas e intervalo de medición para la sedimentación centrifuga  49 
Tabla 4.11 Ventajas, desventajas e intervalo de medición para el microscopio óptica  50 
Tabla 4.12 Ventajas, desventajas e intervalo de medición para el microscopio electrónico  51 
Tabla 4.13 Especificaciones de sensores de dispersión de luz  52 
Tabla 4.14 Especificaciones de sensores de bloque de luz (volumétrico y in situ)  54 
Tabla 4.15 Equipos e intervalos de tamaño de medición.  56 
Tabla 4.16 Ventajas, desventajas e intervalo de medición para el Counter Coulter.  57 
 
Tabla 5.1 Métodos aplicados a parámetros fisicoquímicos analizados en in situ.  62 
Tabla 5.2 Tipo de conservador y el tiempo máximo de análisis de los parámetros fisicoquímicos básicos.  64 
Tabla 5.3 Método aplicado y equipo utilizad en el conteo de partícula.  68 
Tabla 5.4 Métodos aplicados a parámetros fisicoquímicos analizados en el laboratorio.  69 
 
Tabla 6.1 Resultados puntuales de los parámetros fisicoquímicos básicos de las aguas residuales                
para cada muestreo, promedio y desviación estándar.  71 
Tabla 6.2 Distribución de los parámetros fisicoquímicos en cada intervalo de tamaño del influente.  82 
Índice 
 
 
vi 
 
Tabla 6.3 Resultados de los parámetros fisicoquímicos en el efluente de una PTAR para cada muestreo, 
promedio y desviación estándar.  84 
Tabla 6.4 Distribución de los parámetros fisicoquímicos para cada intervalo de tamaño del efluente  93 
Tabla 6.5 Cantidad y porcentaje de remoción en volumen de partículas en los intervalos de tamaño  96 
Tabla 6.6 Porcentaje de remoción para los diferentes parámetros en los intervalos de tamaño                        
de partícula  98 
 
Tabla A.1 Valores puntuales y promedio de los parámetros tradicionales en el influente  A‐1 
Tabla A.2 Valores puntuales y promedio de los parámetros tradicionales de los efluentes  A‐2 
 
Tabla B.1 Distribución de los parámetros fisicoquímicos y el tamaño de partícula (en número y volumen) en 
cada intervalo de tamaño del Influentes  B‐1 
Tabla B.2 Distribución de los parámetros fisicoquímicos y el tamaño de partícula (en número y volumen)       
en cada intervalo de tamaño del efluente  B‐4 
 
Tabla C. 1 (a) y (b) Partícula atravesando la apertura del tubo del equipo (Counter Coulter)  C‐1 
Tabla C.2 Ejemplo de cálculo para el tamaño de partículas (adaptado de APHA, AWWA, WEF, 1998)  C‐3 
Tabla C.3 Distribución de tamaño de partícula promedio para el influente  C‐4 
Tabla C.4 Distribución de tamaño de partícula promedio para el efluente  C‐12 
 
Tabla D1 Expresiones comunes para cuantificar eltamaño de partícula  D‐1 
Índice 
 
vii 
 
Índice de Figuras 
 
Figura 2.1 Principales procesos de tratamiento de aguas residuales municipales.                                        
Fuente SEMARNAT, CONAGUA, 2008  10 
 
Figura 4.1 Composición del agua  residual y técnicas analíticas de medición de partícula en base al tamaño. 
Modificación de Levine, 1991  31 
Figura 4.2 Técnicas de separación en las aguas residuales de acuerdo a su tamaño de partícula.          
Modificado de Levine et al., 1991  37 
Figura 4.3 Dispositivo empelado para el fraccionamiento en campo de flujo.  40 
Figura 4.4 Distribución del tamaño de partícula en un flujo laminar.  41 
Figura 4.5 Sedimentación homogénea (a) incremental y (b) acumulativa  44 
Figura 4.6 Sedimentación en línea de salida (a) incremental y (b) acumulativa  44 
Figura 4.7  Esquema del funcionamiento de la Pipeta de Andreasen  47 
Figura 4.8 Técnicas de medición en las aguas residuales de acuerdo a su tamaño de partícula.           
Modificación de Levine et al., 1991  49 
Figura 4.9  Diagrama de funcionamiento del Coulter Counter  56 
 
Figura 5.1 Panorámica de la PTAR  de San Francisco  58 
Figura 5.2 Cámara de desbaste grueso  59 
Figura 5.3 TPA tipo Desadeg®  60 
Figura 5.4  Recolección de muestras (a) influente y (b) efluente  62 
Figura 5.5 Parámetros medidos in situ.  62 
Figura 5.6 Equipo utilizado para el almacenamiento de muestras  63 
Figura 5.7 Diagrama del fraccionado y evaluación de las muestras, indicando el método                                     
y equipo utilizados.  66 
Figura 5.8 Equipo Coulter Counter Multisizer 3TM  67 
 
Figura 6.1 Distribución de tamaño de partículas en (a) número y (b) en volumen en el influente  74 
Figura 6.2 Relación entre el volumen de partículas y (a) la materia orgánica, DQOt y (b) DBO5,                        
en el influente  76 
Figura 6.3 Relación entre el volumen de partículas con (a) el color aparente y (b) turbiedad                             
en el influente  78 
Figura 6.4 Relación entre volumen de partícula con (a) SST, (b) nitrógeno amoniacal y (c) orto fosfato  80 
Figura 6.5 Distribución de tamaño de partícula en número (a) y volumen (b) en el efluente  87 
Figuras 6.6 Relación entre el volumen de partículas con (a) color aparente, (b) DBO5 y (c) turbiedad, 
respectivamente.  89 
Figura 6.7 Relación entre el volumen de partículas (a) PO4
‐3, (b) N‐NH3, (c) DQOt y (d) SST, en los efluente  92 
Figura 6.8 (a) Concentraciones de los parámetros fisicoquímicos básicos  en mg/L                                   
(*excepto en la turbiedad que son UNT) y (b) concentración del color aparente en Pt‐Co,                             
para el influente y efluente.  95 
 
Índice 
 
viii 
 
Nomenclatura 
APHA     American Public Health Association       
ARC                                       Agua residual cruda         
ART                                       Agua residual tratada         
AWWA                                 American Water Works Association        
CONAGUA                             Comisión Nacional del Agua         
COT                                    Carbono Orgánico Total         
DBO                                        Demanda Bioquímica de Oxígeno         
DBO5                                      Demanda Bioquímica de Oxígeno en 5 días       
DQO                                       Demanda Química de Oxígeno       
DQOt                                      Demanda Química de Oxígeno total             
DTP                                         Distribución de tamaño de partícula           
EFFF     Electrical Fiel Flow Fractionation       
Efl                                            Efluente (agua residual)          
HACH     Comapañia que implementa analisis y pruebas para medir la calidad del agua 
Inf                                           Influente   (agua tratada)           
in situ     en el sitio o lugar         
L/s                                           Litros por segundo          
M     Muestreo           
m3 / mL                               Metros cúbicos de partículas por cada mililitro de agua residual (cruda o tratada)
m3 / s                                     Metros cúbicos por segundo                 
MFFF     Magnetic Fiel Flow Fractionation       
mg / L                                    Miligramos en un litro              
min                                         Minutos              
mL     Mililitro            
mL/s     Militro por segundo         
mm     Milímetros           
N                                             Nitrógeno              
N.A.                                        No aplica             
NH3‐N                                     Nitrógeno amoniacal          
NMX     Norma Mexicana         
NOM     Norma Oficial Mexicana         
OD     Oxígeno disuelto         
P                                            Fosforo           
Partículas/ mL                      Número de partículas por cada mililitro de agua residual (cruda o tratada) 
P.D.                                         Promedio diario            
P.M.                                        Promedio mensual           
PO4 
‐3                                    Orto fosfato           
PTAR                                     Plantas de tratamiento de aguas residuales     
Pt‐Co                                      Platino cobalto (unidades de color)       
Índice 
 
ix 
 
RAFA     Reactor Anaerobico de Flujo Ascendente    
SD                                           Sin dato              
SEMARNAT                           Secretaria del Medio Ambiente y Recursos Naturales   
SEM     Scanning Electron Microscopy       
SST                                          Sólidos Suspendidos Totales            
TEM     Transmission Electron Microscopy       
TFFF     Thermal Fiel Flow Fractionation       
TPA                                         Tratamiento primario avanzado       
uma     Unidades de masa atómica       
UNT                                     Unidad nefelométrica de turbiedad       
%                                             Porcentaje           
μ                       Micras o micrómetro          
μ S/ cm                microsiemens por centímetro           
 
 
Resumen 
 
 
1 
 
Resumen 
El conteo del tamaño de partículas es una técnica alternativa que determina de una manera 
precisa y rápida la variabilidad de la calidad de las aguas residuales, lo que permite realizar 
modificaciones en la operación de los procesos de tratamiento para cumplir con la calidad del agua 
establecida. Esta técnica, tiene la ventaja de evaluar los contaminantes en forma serial, lo que 
permitirá monitorear el rendimiento del proceso (en línea). 
El presente trabajo, tuvo como objetivo evaluar la calidad del agua residual y tratada de un 
proceso fisicoquímico tipo primario avanzado, considerando la distribución del tamaño de 
partícula (en volumen), el cual se relacionó de manera lineal con los parámetros básicos 
fisicoquímicos. A partir de las relaciones lineales positivas entre estos parámetros y el volumen de 
partículas, se obtuvieron las ecuaciones correspondientes, su aplicabilidad permitió conocer de 
manera indirecta, la cantidad de cierto parámetro presente tanto en las aguas residuales 
(influente) como en las aguas tratadas (efluente) y su afectación en su desempeño. Del mismo 
modo, se evaluó la distribución de los contaminantes en las diferentes fracciones de tamaños (11, 
20 y 80 µm) y los porcentajes de remoción presente en estos intervalos. 
Así, se estableció que el influente presentó una gran variabilidad (entre 11
 
y 30x10
6
 partículas /mL 
en número y entre 125 y 167x10
6
 µm
3
/ mL en volumen), que se vio reflejada en los valores de cada 
uno de los parámetros fisicoquímicos e influyó en las correlaciones obtenidas. 
La mayoría de las partículas (tanto en número como en volumen) se concentran en tamaños de 
partícula < 11 µm,el cual está asociado con la mayoría de los parámetros básicos, excepto con los 
SST, donde una cantidad importante se debe a la presencia de partículas mayores a 20 µm. 
El desempeño del proceso de tratamiento de los efluentes fue afectado por la variabilidad de 
partículas determinadas en el influente. Así, el incremento en el número y el volumen de 
partículas en el influente es directamente proporcional al aumento en el número y volumen de 
partículas del efluente, obteniendo una variabilidad entre 1.7
 
y 26 x10
6
 partículas/ mL y que ocupa 
un volumen de 11 a 87x10
6
 µm
3
/ mL. Más del 90 % de las partículas remanentes presentan 
tamaños < 11 µm. 
Resumen 
 
 
2 
 
El proceso fisicoquímico muestra una eficiencia de hasta 62 %, en los parámetros tradicionales 
evaluados, presentando la mayor remoción en partículas con tamaño > 11 µm. 
La baja eficiencia de remoción determinada en este tipo de proceso, se pudo deber a que durante 
la operación no se tomó en cuenta la variabilidad de la calidad presente, ya que los parámetros 
tradicionales no tienen una respuesta inmediata. Por lo que se sugiere, contar con un método 
rápido como el de la distribución de tamaño de partícula para modificar la operación en tiempo 
real.
I Introducción 
 
 
3 
 
I Introducción 
 
En la actualidad, la calidad del agua residual se evalúa a través de parámetros convencionales, 
los cuales indican la cantidad de los contaminantes presentes, dando una visión general de los 
efectos que provocan. Además, estos parámetros se emplean en el diseño y la operación de 
los procesos de tratamiento. La desventaja de su uso, es que el valor determinado es de 
carácter cualitativo, ya que durante su determinación no se consideran las características tales 
como la forma y el tamaño de las partículas, por lo que carece de validez estequiométrica 
(Adin, 1999). Además que son poco precisos y requieren de mucho tiempo en su 
determinación. Por ejemplo, entre los parámetros más utilizados se destaca el de los sólidos 
suspendidos totales (SST), el cual se realiza en 3 horas; la demanda bioquímica de oxígeno en 5 
días (DBO5) y la demanda química de oxígeno (DQO) en 4 horas, tiempo en el cual no se puede 
realizar modificaciones en la operación de las plantas de tratamiento, para que cumpla con la 
calidad establecida. 
Por la necesidad de contar con una técnica alternativa, en donde sea posible el monitoreo 
continuo que pueda optimizar el desempeño de los procesos de tratamiento, se contempla el 
empleo de una herramienta útil denominada conteo tamaño de partícula, el cual evalúa de 
manera eficiente y rápida la calidad, a partir de relaciones confiables entre el tamaño de 
partícula (en volumen) con los parámetros convencionales; y por tanto se puede conocer el 
desempeño de los procesos de tratamiento de aguas residuales. 
Es por ello que el presente trabajo tuvo como propósito evaluar la calidad del agua residual 
(influente) y tratada (efluente)en un proceso fisicoquímico tipo primario avanzado, 
considerando el tamaño de partícula, relacionando su valor de manera lineal con los 
parámetros convencionales como DBO5, DQO, SST, nitrógeno amoniacal (NH3-N ), orto 
fosfato(PO4
-3
), turbiedad y color aparente. 
La presente investigación está integrada por ocho capítulos de los cuales este es el primero. El 
capítulo dos se presentan los antecedentes, en el cual se describe acerca del estado que 
guarda el tratamiento del agua residual en México, los tipos de proceso, el caudal instalado y 
tratado a nivel nacional y en específico el de la Ciudad de Puebla, lugar donde se localiza la 
planta de estudio. Asimismo, se presentan tanto los niveles de tratamiento de agua residual, 
I Introducción 
 
 
4 
 
como la composición general del agua residual y la normatividad utilizada como marco de 
referencia. 
El capítulo tres incluye la justificación, el planteamiento del problema, la hipótesis, los 
objetivos, las metas y los alcances del trabajo. En el cuarto capítulo se describe el marco 
teórico, donde se hace referencia a la distribución de tamaño de partícula (DTP) en el agua 
residual y tratada, la materia orgánica, nutrientes y desempeños de los procesos fisicoquímicos 
relacionados con el tamaño de partícula, además de las técnicas analíticas (medición y 
separación) para determinar el tamaño de partícula. 
El capitulo cinco trata de la metodología experimental que se utilizó en el estudio, se explica 
acerca de las diferentes etapas que incluye el muestreo (preparación, recolección, medición in 
situ, transporte y conservación de muestra); y la forma en que se evaluaron los parámetros 
fisicoquímicos y el tamaño de partícula (total y particulada). 
El sexto capítulo contiene los resultados y análisis de los mismos, en donde se muestra el 
contenido de cada parámetro fisicoquímico y la distribución (en volumen y número) del 
tamaño de partículas; así como las relaciones encontradas entre estos, tanto para el influente 
como para el efluente en un proceso fisicoquímico. También se muestra la distribución 
presente de los parámetros fisicoquímicos y el porcentaje de remoción que se alcanza durante 
el tratamiento de acuerdo a diversos intervalos de tamaños. El capitulo siete está constituido 
por las conclusiones y recomendaciones derivadas del estudio. 
Finalmente, en el capítulo ocho, aparecen las referencias bibliográficas consultadas que se 
utilizaron para argumentar la presente tesis. De manera adicional, se presentan los cuatro 
apéndices que contienen los resultados de los parámetros fisicoquímicos en los diferentes 
intervalos de tamaños de partícula para cada muestra y su promedio (tanto en el influente 
como en el efluente), la distribución de los parámetros básicos y el tamaño de partícula en los 
intervalos de tamaño de estudio para cada muestra y su promedio, distribución de tamaño de 
partícula promedio para el influente y efluente de una planta de tratamiento de aguas 
residuales (PTAR) tipo primario avanzado y expresiones comunes para cuantificar el tamaño de 
partícula. 
I 
 
 
Planteamiento del problema 
Las técnicas tradicionales para  la evaluación de contaminantes tienen procedimientos  largos, 
como ejemplo la DBO5 requiere para su análisis de 5 días, la DQO su tiempo es de 4 horas y los 
SST de 3 horas, por lo que dificulta optimizar la operación en tiempo real y por ende obtener 
un agua con la calidad requerida; por esta razón, es inminente tener una técnica alternativa. El 
conteo  de  tamaño  de  partícula  permite,  a  partir  de  relaciones  en  volumen  con  los 
contaminantes, determinar de manera precisa,  rápida  y  en  tiempo  real  la  calidad del  agua. 
Esto  podría  permitir  mejorar  la  operación,  optimización  y  diseño  de  los  procesos  en  los 
tratamientos de agua residual.  
 
 
II Antecedentes 
 
 
5 
 
II Antecedentes 
2.1 Importancia del reúso y tratamiento de aguas residuales 
El agua es un recurso fundamental para la vida y el desarrollo de  los seres vivos, sin embargo, se 
ha  abusado  de  éste  al  pensar  que  es  un  recurso  renovable. Actualmente,  la  contaminación  ha 
aumentado  por  las  actividades  de  los  seres  humanos,  por  lo  que  es  imperativo  contar  con  un 
tratamiento para el reúso de la misma. 
El reúso de las aguas residuales trae consigo beneficios, por ejemplo: mejora de manera drástica el 
entorno (ya que gran cantidad de aguas residuales terminan en el mar o en ríos contaminándolos 
severamente),  atenúa  problemas  sociales  y  económicos,  reduce  la  explotación  de  aguas 
subterráneas y superficiales evitando su consecuencia en el medio ambiente, reduce problemas de 
salud generadas por el agua residual, entre otras. 
Existe muchos factores que promueven la reutilización del agua, entre ellas se destaca la densidad 
de  población,  sequia,  legislación  y  normas  de  calidad,  demanda  de  riego,  costosdel  agua  y 
sobreexplotación de acuíferos. 
De acuerdo al reúso que se requiere dar, debe ser el tipo de tratamiento aplicado, dependiendo 
de los contaminantes que deben ser removidos y la norma que se debe aplicar. 
 
2.1.1 Descarga de contaminantes en México (Normatividad) 
Las normas encargadas de regular  las descargas del agua residual son:  la NOM‐001‐ SEMARNAT‐
1996,  la  NOM‐002‐SEMARNAT‐1996  y  la  NOM‐003‐SEMARNAT‐1997,  las  cuales  establecen  los 
límites máximos permisibles de contaminantes en  las descargas de agua residual;  la primera, en 
aguas y bienes nacionales;  la segunda, en  los sistemas de alcantarillado urbano y municipal; y  la 
tercera,  en el reúso en servicios al público. 
La primera norma establece  la frecuencia de  los muestreos y  los  intervalos entre cada muestra y 
los  límites máximos para  los parámetros básicos se definen de acuerdo a  los cuerpos receptores 
que se descargan,  como los ríos, los embalses naturales,  artificiales y las aguas costeras. 
II Antecedentes 
 
 
6 
 
La segunda norma tiene como propósito controlar  los contaminantes de  las aguas residuales que 
llegan al alcantarillado evitando daños en la infraestructura, en esta se determina las descargas de 
aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano y municipal.  
La  tercera  norma  contempla  el  reúso  en  servicios  públicos,  en  donde  se  controla  los 
contaminantes que puedan dañar al medio ambiente o a la salud,  en ella se establece la cantidad  
de los contaminantes permitidos de acuerdo al tipo de reúso directo o indirecto. 
A  continuación  en  la  Tabla  2.1  se  especifican  los  requerimientos  que  la NOM‐001‐SEMARNAT‐
1996 contempla, por ser  la norma que se utiliza como marco de referencia, en ella se muestra  la 
concentración de contaminantes básicos para descargas de agua residual a bienes nacionales. 
Los límites máximos de los SST para el reúso en riego agrícola pueden contener valores entre 75 y 
150 mg/L de promedio mensual (P.M) y entre 125 y 200 mg/L en promedio diario (P.D); mientras 
que, para uso público urbano y protección a la vida acuática debe contener entre 40 a 75 mg/L de 
P.M y entre 60 y 125 mg/L en P.D. 
Una  tendencia  similar  se  observa  en  la  materia  orgánica  medida  como  DBO5,  en  donde  el 
contenido varía entre 75 y 150 mg/ L para el P.M y entre 150 y 200 mg/L en P.D, y puede ser usada 
para  riego  agrícola  y  explotación  pesquera,  navegación  y  otros  usos; mientras  que  para  el  uso 
público urbano y para la protección de vida acuática se establece cantidades menores de 30  a 75 
mg/L en P.M. y de 60 a 150 mg/L en P.D. 
En  los nutrientes medidos  como nitrógeno y  fósforo  se establece  concentraciones entre 5 y 40 
mg/L de P.M  y entre 10  y 60 en P.D., para  todos  los  cuerpos  receptores, excepto en  las aguas 
costeras  con  usos  en  la  explotación  pesquera,  navegación  y  recreación,  en  donde  estos 
contaminantes no aplican (N.A). 
 
 
 
II Antecedentes 
 
 
7 
 
Tabla  2.1  Límites  máximos  permisibles  para  contaminantes  básicos.  Norma  (NOM‐001‐ 
SEMARNAT‐1996) 
Parámetros  Ríos  Embalses Naturales y 
Artificiales 
Aguas Costeras 
mg/L excepto 
cuando 
especifique 
Uso en 
riego 
agrícola 
(A) 
Uso 
público 
urbano 
(B) 
Protección 
de vida 
Acuática 
(C) 
Uso en 
riego 
agrícola 
(B) 
Uso 
público 
urbano 
(C) 
Explotación 
pesquera , 
navegación 
y otros 
usos (A) 
Recreación 
(B) 
Estuarios 
(B) 
P.M  P.D  P.M  P.D  P.M P.D  P.M P.D  P.M P.D P.M  P.D  P.M  P.D  P.M P.D 
Temperatura 
°C (1) 
N.A  N.A  40  40  40  40  40  40  40  40  40  40  40  40  40  40 
Grasas y Aceites 
(2) 
15  25  15  25  15  25  15  25  15  25  15  25  15  25  15  25 
Materia 
Flotante (3) 
Ausente 
Sólidos 
Sedimentables 
(mL/L) 
1  2  1  2  1  2  1  2  1  2  1  2  1  2  1  2 
Sólidos 
Suspendidos 
Totales 
150  200  75  125  40  60  75  125 40  60  150  200  75  125  75  125
Demanda 
Bioquímica de 
Oxigeno 5 
150  200  75  150  30  60  75  150 30  60  150  200  75  150  75  150
Nitrógeno Total   40  60  40  60  15  25  40  60  15  25  N.A.  N.A.  N.A.  N.A. 15  25 
Fosforo Total  20  30  20  30  5  10  20  30  5  10  N.A.  N.A.  N.A.  N.A. 5  10 
(1) Instantáneo 
(2) Muestra Simple Promedio Ponderada  
(3) Ausentes según el método de prueba definido en la NMX‐AA‐006 
P.M Promedio mensual 
P.D Promedio Diario 
N.A No es aplicable 
(A), (B) y (C): Tipo de cuerpo receptor según la Ley Federal de Derechos 
 
 
 
II Antecedentes 
 
 
8 
 
2.1.2 Plantas de tratamiento de agua residual en México 
En México se cuenta con un total de 1 710 PTAR, con una capacidad  instalada de 106 m3/s, pero 
sólo se tratan 79 m3/s,  lo que constituye un 75 % de  la capacidad total  instalada del tratamiento 
total en las aguas municipales y las cuales se tratan el 38% del caudal total de las aguas residuales 
que se recolectan, 207 m3/s (SEMARNAT, CONAGUA, 2008). 
 
La Tabla 2.2 muestra el número de plantas que existen en cada estado de la República Mexicana, 
así  como  la  capacidad  del  caudal  de  diseño  y  operación  de  dichas  plantas. A  partir  de  ella,  se 
desprende que el Estado que tiene un mayor número de plantas es Durango con 165 (y un caudal 
tratado 3.5 m3/s), seguido por Sinaloa con 120  (con 5 m3/s) y Chihuahua con 119 (8.7 m3/s). Sin 
embargo, el Estado en donde se trata un mayor caudal es en Nuevo León con un volumen de 13 
m3/s, con tan sólo 61 plantas (SEMARNAT, CONAGUA, 2008). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
II Antecedentes 
 
 
9 
 
Tabla  2.2  Inventario  nacional  de  PTAR  municipales  en  operación. Modificado  de  SEMARNAT, 
CONAGUA, 2008 
Estado No. Plantas Capacidad instalada 
(m3/s) 
Caudal tratado 
(m3/s) 
Aguascalientes 108 3.9 3.0 
Baja California 25 6.5 4.9 
Baja California Sur 16 1.2 0.84 
Campeche 10 0.08 0.05 
Coahuila de Zaragoza 20 3.8 3.0 
Colima 50 1.4 0.9 
Chiapas 24 1.5 1.2 
Chihuahua 119 8.7 6.3 
Distrito Federal 27 6.5 2.8 
Durango 165 3.5 2.6 
Guanajuato 36 5.7 4.3 
Guerrero 35 1.9 1.1 
Hidalgo 12 0.2 0.2 
Jalisco 96 3.8 3.4 
México 75 7.2 4.9 
Michoacán de Ocampo 25 3.5 2.5 
Morelos 27 1.3 1.0 
Nayarit 60 1.9 1.2 
Nuevo León 61 13 12 
Oaxaca 65 0.91 0.69 
Puebla 67 3.0 2.4 
Querétaro de Arteaga 63 1.1 0.7 
Quintana Roo 29 2.1 1.6 
San Luis Potosí 19 2.1 1.7 
Sinaloa 120 5.0 4.1 
Sonora 66 4.2 3.0 
Tabasco 70 1.8 1.3 
Tamaulipas 33 3.6 3.6 
Tlaxcala 52 1.2 0.9 
Veracruz-llave 87 4.7 2.6 
Yucatán 13 0.08 0.07 
Zacatecas 35 0.5 0.4 
Total Nacional 1,710 106 79 
 
2.1.3 Procesos de tratamiento de agua residual 
Los procesos de tratamiento del agua residual son operaciones unitarias que sirven para remover 
contaminantes, los cuales provocan un impacto ambiental y serios problemas en el sector salud.  
En  México,  se  cuenta  con  646  plantas  de  lagunas  de  estabilización  y  con  417  plantas  de 
tratamientos  de  lodos  activados.  De  acuerdo  al  caudal  tratado,  los  tratamientos  de  aguas 
residuales que más  se emplean  son  lodos activados  con un 44%, el  segundo  lugar  lo ocupa  las 
II Antecedentes 
 
 
10 
 
lagunas de estabilización con un 18% y el tratamiento primario avanzado (TPA) con 11%. Aunque 
existe un mayor número de  lagunas de estabilización el caudal tratado es menor que  la de  lodos 
activados  (SEMARNAT,  CONAGUA,  2008).  La  Figura  2.1  presenta  los  principales  procesos  de 
tratamiento de aguas residuales de acuerdo al  flujo tratado y el porcentaje que representa cada 
tratamiento que se emplea en el país.  
Cabe destacar, que el  tratamiento de  tipo primario  avanzado  sólo  lo  constituye 14 plantas;  sin 
embargo, ocupa el tercer lugar en los procesos de tratamiento más empleados en México. 
 
Figura  2.1  Principales  procesos  de  tratamiento  de  aguas  residuales  municipales.  Fuente 
SEMARNAT, CONAGUA, 2008 
2.2 Niveles de tratamiento de agua residual 
De acuerdoa la calidad del agua deseada se debe remover ciertos contaminantes, es por ello que  
el  tratamiento  del  agua  residual  se  clasifica  en  cuatro  niveles  principales,  que  son:  el 
pretratamiento, en el que se remueven sólidos de gran tamaño y se elimina material sedimentable 
mayor  a  10  cm;  el  tratamiento  primario,  en  el  que  se  eliminan  gran  cantidad  de  sólidos 
suspendidos y en general se debe ajustar el pH; el tratamiento secundario, donde se remueve  la 
materia orgánica biodegradable hasta con un 80%; y el terciario, en el que se eliminan sustancias 
como  detergentes,  plaguicidas,  nutrientes,  microorganismos  patógenos  y  metales  pesados 
(Ramírez, 1992 y Menezes, 1996). A continuación se describirán más detalladamente: 
1) Pretratamiento: El objetivo de este proceso es evitar que se dañen las tuberías y el equipo, 
dado que reduce considerablemente las partículas de gran tamaño. 
II Antecedentes 
 
 
11 
 
Durante esta etapa, se eliminan  los residuos de gran tamaño por medio mecánico. Como 
sólo  es  la  separación  física  de  los  contaminantes,  no  hay  transformación  en  la materia 
orgánica, por  lo que no existe  remoción de  contaminantes. En este paso  se utilizan  los 
desarenadores, el cribado, etc. (Metcalf and Eddy, 2003 y Ramírez, 1992) 
2) Tratamiento Primario: Remueve materia en suspensión, como arenas, arcilla y grasa. Esta 
eliminación  se  realiza en  forma mecánica o a partir de aditivos químicos, por  lo que es 
habitual que a este tipo de tratamiento se le dé el nombre fisicoquímico. Las operaciones 
unitarias  que  suelen  usarse  son  sedimentación,  flotación,  filtración,  neutralización  y 
homogenización. 
Dentro de este proceso se puede ubicar al TPA (que se detallará mas adelante), en el cual 
se  lleva  a  cabo  los  procesos  de  coagulación,  floculación  y  sedimentación.  En  el  agua 
existen  partículas  coloidales  con  la misma  carga,  por  lo  que  se  crea  una  estabilización 
entre ellas, que no permite que se aglomeren y se sedimenten. La adición de coagulantes 
provoca una neutralización de las partículas, las cuales se agrupan,  y el floculante permite 
que  crezcan  los  aglomerados  de  las  partículas  facilitando  su  sedimentación.  En  este 
tratamiento  la remoción de DBO es del 19%,  los SST es de 40%,  los fosfatos de 16% y  la 
turbiedad del 12% (Metcalf and Eddy, 2003 y Hernández, 2007). 
 
3) Tratamiento  Secundario:  Se  utilizan microorganismos  para  eliminar  los  contaminantes, 
con base en  la actividad metabólica de  los microorganismos. Estos procesos se clasifican 
de  acuerdo  a  la  dependencia  del  oxígeno  por  los microorganismos,  como  aeróbico  y 
anaeróbico.  Los  procesos  que  se  aplican  en  los  procesos  biológicos  aerobios  son  lodos 
activados,  biomasa  soportada  con  filtros  percoladores  o  biodiscos;  para  procesos 
biológicos anaeróbicos se encuentra reactores de contacto, reactor de manto de  lodos y 
flujo  ascendente,  etc. Para  el  tratamiento  secundario  la  remoción  aumenta obteniendo 
valores del 74% para DBO y turbiedad, 55% en los SST y en fosfatos del 28% (Metcalf and 
Eddy, 2003). 
 
4) Tratamiento  Terciario:  Se  eliminan  sustancias  inorgánicas  disueltas  como  los metales  y 
sales minerales, así  como  la materia orgánica y  compuestos que  contengan nitrógeno y 
fósforo. Entre  los procesos que  se aplican  son:  intercambio  iónico, adsorción de  carbón 
activado, microfiltración, ultrafiltración, ósmosis inversa, desinfección, etc.  
II Antecedentes 
 
 
12 
 
La  desinfección  se  refiere  a  la  destrucción  selectiva  de  microorganismos  que  pueden 
causar  enfermedades,  en  donde  se  emplea  agentes  químicos,  agentes  físicos, medios 
mecánicos y radiación. En el proceso terciario solo hay una remoción adicional del 5% para 
la DBO, 4% en SST,  la turbiedad de un 14% y en fosfatos una remoción del 54%. (Metcalf 
and Eddy, 2003). 
 
2.2.1   Proceso fisicoquímico 
Las aguas  residuales  contienen diversas  sustancias en  forma  suspendida,  coloidal o disuelta,  las 
cuales  contaminan  y  perjudican  la  calidad  del  agua,  para  tratarlas  se  requiere  de  diversos 
procesos. Sin embargo, existen partículas tan pequeñas (coloides) que son difíciles de tratar con la 
sedimentación por  gravedad, por  lo que es necesario que estas partículas  tengan un  tamaño  y 
peso mayor para poder separarlas con facilidad (Noyola, 1992; Weber 1979, Sánchez ,2001). 
Las partículas coloidales  tienen un  tamaño alrededor de 2x10‐4 a 2x10‐6 mm con carga negativa 
generalmente,  lo que provoca fuerzas de repulsión entre ellas; por  lo tanto es preciso,  la adición 
de aditivos químicos para neutralizar  las  cargas, y así  romper  la estabilidad de  los  coloides que 
posteriormente  con  ayuda  de  polímeros  aniónicos  formarán  agregados  de mayor  tamaño,  los 
cuales  precipitarán más  fácilmente  por medio  de  un  sedimentador;  a  este  proceso  se  le  llama 
fisicoquímico, el  cual  se aplica en presencia de  contaminantes  inorgánicos, materia orgánica no 
biodegradable o compuestos tóxicos para los microorganismos ( Sánchez, 2001 y Weber, 1979). 
La coagulación es el proceso en donde se agrega sustancias químicas como sales de aluminio, de 
hierro o algún policloruro de aluminio para neutralizar las cargas de los coloides, con un mezclado 
rápido para dispersar el coagulante. Los factores que influyen en el proceso de coagulación son: el 
tipo y la dosis del coagulante, el gradiente y  tiempo de mezcla, las propiedades y temperatura del 
agua  y  pH.  De  estos  sólo  los  cuatro  primeros  factores  pueden  ser  controlados  fácilmente 
(Hernández, 2007 y Sánchez, 2001). 
Después de la coagulación se procede a la floculación de las partículas, que es la aglomeración de 
los  coágulos  al  adicionar  polímeros  aniónicos mezclados  lentamente, para  formar partículas de 
mayor  tamaño,  facilitando su  tratamiento al provocar una mayor precipitación. Los agentes que 
intervienen para este procedimiento son: el gradiente y el tiempo de mezclado (Magaña, 2003 y 
II Antecedentes 
 
 
13 
 
Sánchez, 2001). La sedimentación es la separación de los floculos en el agua (Thiehm et a.l, 1999 y 
Weber, 1992). 
 
2.2.1.1 Tratamiento Primario Avanzado (TPA) 
El TPA es un proceso  fisicoquímico que se adicionan  reactivos químicos en pequeñas dosis para 
eliminar  sólidos  suspendidos  y materia  orgánica medida  como DQO  y DBO,  así  como  también 
sólidos,  turbiedad,  color  (aparente  y  verdadero), bacterias,  virus, organismos, patógenos,  algas, 
etc. (Sánchez, 2001 ). El proceso también se emplea para eliminar fósforo y para obtener efluentes 
de una mediana calidad a bajo costo. 
Este tipo de proceso se ha aplicado por más de 100 años, aunque en  los años treinta se dejó de 
usar por las grandes cantidades de lodo que producía, las dosis altas de coagulante y el auge en la 
implementación de los procesos biológicos (Hernández,2007 y Chávez,2004). 
Hoy en día, el TPA se aplica para efluentes destinados al riego agrícola, en donde no se requiere 
eliminar  totalmente  los  nutrientes  y materia  orgánica  en  el  agua,  para  beneficiar  los  cultivos. 
Asimismo, se emplea para cuerpos receptores y descargas al mar; en donde no se necesita cumplir 
con  la NOM‐003‐SEMARNAT‐1997  considerando  30 mg/L  tanto de  SST  como de DBO5  (Chávez, 
2004). 
Por  lo  tanto,  este  proceso  trae  ventajas  como:  la  eliminación  parcial  de  materia  orgánica  y 
nutrientes, remoción del 70% de Pb, Zn y Cu, eliminación de organismos patógenos, se aplica para 
riego agrícola, se adapta a las variaciones de flujo, funciona en condiciones climáticas extremas, es 
una tecnología reciente de bajo costo, se requiere de un menor terreno e incrementa la capacidad 
de las plantas biológicas (Chávez, 2004; Magaña, 2003 y Hernández, 2007). 
En  la Tabla2.3 se muestra  los cuatro tipos de configuraciones de tratamiento fisicoquímicos con 
las operaciones unitarias empleadas y el porcentaje de remoción. 
El tratamiento químico primario presenta una remoción hasta 90% de SST y 75% de DBO, mientras 
el proceso primario convencional sólo se elimina el 65% de SST y 30% de DBO. Por otra parte, el 
TPA y el proceso químico secundario  tienen un porcentaje de  remoción similar para SST y DBO, 
II Antecedentes 
 
 
14 
 
encontrándose en un intervalo de 80‐85% y 50‐55% respectivamente (Chávez, 2004 y Hernández, 
2007). 
Tabla 2.3 Tipos de configuraciones de los tratamientos fisicoquímicos (Fuente Shao et a.l, 1993 y 
1996 en Chávez, 2004). 
Tipo  Operación Unitaria  % Remoción 
Tratamiento primario 
convencional 
Se  aplica  la  desarenación  y 
sedimentación 
65% de SST y 30% de DBO 
Tratamiento primario 
avanzado (TPA) 
Se  emplea  la  sedimentación 
con  la  adición  de  un 
coagulante y floculante 
80‐85%  de  SST  y  50‐55%  de 
DBO 
Tratamiento químico primario  Se  aplica  coagulantes, 
floculantes  y  tanques  de 
sedimentación. 
90% de SST y 75% de DBO 
Tratamiento químico 
secundario 
Se realiza en dos etapas, en  la 
primera se aplica un TPA y en 
la  segunda  etapa  se  adiciona 
bajas dosis de floculante. 
83% de SST y 52% de DBO 
 
En  la Figura 2.2 esquematiza  los cuatros  tipos existentes de configuraciones de  los  tratamientos 
fisicoquímicos, presentando  las operaciones unitarias que soporta. En el primario se  lleva acabo 
procesos  de  separación  física  como  la  desarenación  y  sedimentación,  por  lo  tanto  tienen 
porcentajes de  remoción bajas de SST y DBO. El TPA y el químico primario presentan procesos 
similares, dado que en ambos se adicionan coagulantes y  floculantes aprovechando el gradiente 
de alguna  línea de  conducción, poseen operaciones unitarias de desarenación y  sedimentación.  
Sin embargo, en el tratamiento químico primario se emplean mayores dosis de coagulantes (150 
mg/L) y requiere de una etapa de floculación, por esta razón,  éste tiene una mayor eliminación de 
contaminantes. 
Por último, el tratamiento químico secundario se realiza en dos etapas, la primera es parecida al 
TPA y la segunda es un proceso de floculación. 
 
 
Figura 
Chávez
 
2.3 P
Debido
de  las 
emplea
En Pue
2.4 m3/
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2.2  Configur
z, 2004. 
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e las plantas 
Tabla 2.5. 
hao  et  al.,  1
la 
 hace una de
pio  y  localida
o aplicado (Ta
3.0 m3/s de l
de Puebla. Lo
II Anteceden
 
1993  y  1996 
escripción bre
ad),  el  proce
abla 2.4). 
a cual se trat
os tratamient
tes 
 
15 
en 
eve 
eso 
tan 
tos 
II Antecedentes 
 
 
16 
 
A pesar de que sólo existen cuatro plantas con proceso de TPA, el volumen tratado es de 1 980 L/s, 
que representa al 82% del caudal total tratado (SEMARNAT, CONAGUA, 2008). 
Tabla 2.5 Inventario de plantas de tratamientos de aguas residuales en el estado de Puebla. 
Fuente: SEMARNAT, CONAGUA, 2008 
Proceso  Número de 
Plantas 
Reactor Anaeróbico de Flujo ascendente (RAFA).  26 
Lagunas de estabilización  15 
Fosa Séptica  7 
Lodos Activados  6 
Tratamiento Primario Avanzado (TPA)  4 
RAFA con Filtro Biológico  2 
Filtros Biológicos o Rociadores o Percoladores  2 
Biológico  1 
Discos Biológico o Biodiscos  1 
Zanjas de Oxidación  1 
Primario o sedimentación.  1 
Fosa séptica con WETLAND  1 
   
Total  67 
 
En  Puebla,  la  capacidad  de  las  plantas  empleadas  es  de  un  80%,  es  decir,  que  el  20%  de    la 
capacidad de las instalaciones no es utilizada. Sin embargo, esta cifra es buena en comparación del 
Distrito Federal que sólo opera al 43% de sus instalaciones.  
Se estima que la cobertura de alcantarillado en Puebla es del 79%, descargando 9.6 m3/s y sólo se 
trata 2.8 m3/s, lo que representa 30% del saneamiento. 
II Antecedentes 
 
 
17 
 
Tabla 2.4 Plantas de tratamiento de agua residual en el Estado de Puebla. Modificado de SEMARNAT, CONAGUA, 2008 
Plantas municipales de tratamiento de aguas residuales en operación en el estado de Puebla 
 
Municipio  Localidad  Nombre de 
Planta 
Proceso Capacidad 
instalada 
(L/s) 
Caudal 
Tratado 
(L/s) 
Cuerpo 
Receptor o 
Reúso 
Observaciones
Acatlan  Acatlan del Osorio  Acatlan Lodos Activados 40 40 Rio Acatlan Muestreo y visita el 2 /04/ 
2007 
Aljojuca  Aljojuca  Aljojuca Lagunas de 
Estabilización 
6.3 6.3 Muestreo y visita el 11 
/04/ 2007 
Aljojuca  San Miguel 
Tecuitlapa 
San Miguel 
Tecuitlapa 
Lagunas de 
Estabilización 
2.2 2.2 Reportada 2005
Atlequizayan  Ignacio Allende  Ignacio Allende RAFA o WASB 2.1 2.1 Reportada en 2006
Camocuautla  Camocuautla  Camocuautla RAFA o WASB 2.3 2.3 Reportada en 2006
Chalchcoimula 
de Sesma  
Ciudad Serdan  Ciudad Serdan Lagunas de 
Estabilización 
44 44 Áreas de 
Cultivo 
Vida útil agotada y roturas 
en emisor 
Chalchicoimula 
de Sesma 
Jesús Nazareno 
(Rancho Nuevo) 
Jesús Nazareno Lagunas de 
Estabilización 
1 1  Reportada en 2005.Inicio 
operación en 2006 
Chichiquila  Chichiquila  Chichiquila Lagunas de 
Estabilización 
5 4.2 Rio Tilapa
Chiconcuautla  Tlalhuapan  Tlalhuapan RAFA o WASB 1.4 1.4 Reportada 2006
Chietla  Pueblo Nuevo de 
Porfirio Díaz  
Pueblo Nuevo RAFA o WASB 1.2 1.2 Dren Agrícola Reportada 2006
Chila  Chila  Chila de las Flores RAFA o WASB 3.1 3.1 Barraca Seca Reportada en 2005. Inicio 
de operación 2006 
Chila  Francisco Ibarra 
Ramos 
Francisco Ibarra 
Ramos 
RAFA o WASB 2 2  Reportada en 2005. Inicio 
de operación 2006 
Chilchotla  Rafael J. García  Chilchotla RAFA o WASB 12 12
Coatepec  Coatepec  Coatepec Lagunas de 
Estabilización. 
1.1 1.1 Rio sin 
nombre 
Cuautempan  Ixtolco de Morelos  Ixtolco de 
Morelos 
RAFA o WASB 1.2 1.2 Reportada en 2006
Cuayuca de 
Andrade 
San Pedro Cuayuca  San Pedro 
Cuayuca 
RAFA o WASB 4.1 4.1 Barranca 
Grande 
Reportada en 2006
Eloxochitlan  Eloxochitlan  Eloxochitlan RAFA o WASB 1.7 1.7 Reportada  en 2006
II Antecedentes 
 
 
18 
 
Epatlan  San Juan Epatlan  San Juan Epatlan Biologico 3.5 3.5 Barraca Inicio de Operación 2006
Huehuetlan el 
Grande 
Santo Domingo 
Huehuetlan 
Santo Domingo 
Huehuetlan 
Zanjas de Oxidación 3.6 3.6 Rio 
Huehuetlan 
Huehuetlan el 
Grande 
Santo Domingo 
Huehuetlan 
Santo Domingo 
Huehuetlan 
Fosa  séptica 3.4 3.4 Rio 
Huehuetlan 
Reportada en 2005. Inicio 
de operación 2006 
Huejotzingo  Huejotzingo  Huejotzingo Filtros Biológicos o 
Rociadores o 
Percoladores 
60 40 Dren Agrícola Visita y muestreo 
22/03/2007 
Hueytamalco  Limontitan Grande  Limontitan Fosa Séptica 1.4 1.4 Reportada en 2006
Hueytamalco  El Progreso   El Progreso Fosa Séptica 2.1 2.1 Reportada en 2006
Hueytlalpan  Hueytlalpan  Hueytlalpan RAFA o WASB 2.6 2.6 Reportada en 2006
Huitzilan de 
Serdan 
Huitzilan  Huitzilan de 
Serdan 
RAFA o WASB 2.6 2.3 Reportada en 2006
Ixcamilpa de 
Guerrero 
Ixcamilpa   Ixcamilpa RAFA o WASB 2.3 2.3 Rio Tlapanco Reportada en 2006
Ixtacamaxtitlan  Ixtacamaxtitlan  Ixtacamaxtitlan 2 Fosa Séptica 1.5 1.5 Reportada en 2006
Ixtacamaxtitlan  Unión Ejido 
Mexcal Tepec. 
La unión Fosa Séptica 1.6 1.6 Reportada en 2006
Ixtepec  Ixtepec  Ixtepec 1 RAFA o WASB 1.5 1.5 Inicio de Operación 2006
Ixtepec  Ixtepec  Ixtepec 2 RAFA o WASB 1.5 1.5 Inicio de Operación 2006
Mazapil Tepec 
de Juárez 
Mazapil Tepec de 
Juárez 
Mazapil Tepec  Primario o 
sedimentario 
6 6  Dren agrícola Reportada en 2006
Palmar de Bravo   Palmar de Bravo  Palmarde Bravo Lagunas de 
Estabilización 
11 11 Riego Agrícola Visita y muestreo 
12/03/2007 
Puebla  Heroica Puebla de 
Zaragoza 
Atoyac Sur Primario Avanzado 400 200 Rio Atoyac Inicio de Operación 2006
Puebla  Heroica Puebla de 
Zaragoza 
Parque Ecológico Discos Biológicos o 
Biodiscos 
80 80 Rio Alseseca/ 
Riego Áreas 
Verdes 
Puebla  Heroica Puebla de 
Zaragoza 
Puebla Alseseca Primario Avanzado 700 500 Rio Alseseca
 
Inicio de Operación 2002
Puebla  Heroica Puebla de 
Zaragoza 
Puebla Barranca 
del Conde 
Primario Avanzado 340 180 Rio Atoyac Inicio de Operación 2002
Puebla  Heroica Puebla de 
Zaragoza 
Puebla San 
Francisco 
Primario Avanzado 1 500 1 500 Rio Atoyac Inicio de Operación 2002
II Antecedentes 
 
 
19 
 
Quimixtlan  Quimixtlan  Quimixtlan  Lagunas de 
Estabilización 
11 6  Barranca
San Juan 
Atzompa 
San Juan 
Atzompa 
San Juan 
Atzompa 
RAFA o WASB 1.9 1.9 Barranca sin 
nombre 
Reportada en 2006
San Martin 
Totoltepec 
San Martin 
Totoltepec 
San Martin 
Totoltepec 
Lodos Activados 3.5 1.5 Dren Agrícola Visita y muestreo el 
10/4/2007 
San Sebastian 
Tlacotepec  
Tlacotepec de Diaz  Tlacotepec de 
Diaz 
RAFA o WASB 2.7 2.7 Reportada en 2006
San Sebastian 
Tlacotepec  
Zacatilhuic  Zacatilhuic RAFA o WASB 2.7 2.7 Reportada en 2006
Soltepec  Soltepec  Soltepec y 
Mazapiltepec 
Lodos Activados 16 16 Dren Agrícola Requiere rehanilitación 
.Inicio de Operación en 
2006 
Tehuacan  San Pablo 
Tepetzingo 
S.T. Tepetzingo Fosa Séptica 3 2  Arroyo sin 
nombre 
Tehuitzingo  Santa Cruz Tejalpa  Santa Cruz 
Tejalpa 
Fosa Séptica 3 1  Barranca sin 
nombre 
Visita y muestreo 
2/04/2007 
Tenampulco  El chacal  El chacal RAFA o WASB 1.8 1.8 Reportada en 2006
Teopantlan  Teopantlan  Teopantlan Lagunas de 
estabilización 
5 5  Rio sin 
nombre 
Visita y muestreo 
10/04/2007 
Teotlalco  Teotlalco  Teotlalco RAFA + Filtro 
Biologico 
2.8 2.8 Barranca sea Reportada en 2006
Tepanco de 
López  
San Luis 
Temalacayuca 
San Luis 
Temalacayuca 
RAFA o WASB 2.7 2.7 Reportada en 2006
Tepeaca  Candelaria 
Purificación 
La candelaria 
Purificacion 
Lagunas de 
Estabilización 
2.8 2  Infiltración al 
subsuelo 
Tepeaca  San Mateo Parra  San Mateo Parra Lagunas de 
Estabilización 
4.7 4.7 Visita y muestreo 
12/3/2007 
Tepeaca  Tepeaca  Tepeaca Lodos Activados 60 60 Dren Agrícola Visita y muestreo 
12/3/2007 
Tepetzintla   Chicometepec ( 
San Simon) 
Chicotepec RAFA o WASB 1 1  Reportada en 2006
Tepeyahualco  Itzoteno ( San 
Miguel) 
Itzoteno ( San 
Miguel) 
Lagunas de 
Estabilización 
1.5 1.5 Reportada en 2005
Tilapa  Zolonquiapa  Zolonquiapa Lagunas de  2.4 2.4 Dren Agrícola Visita y muestreo 
II Antecedentes 
 
 
20 
 
Estabilización 12/3/2007
Tlahuapan  Santa Cruz Otlatla  Santa Cruz Otlatla RAFA + Filtro 
Biologico 
1.9 1.9 Rio Atoyac Visita en febrero 2007, no 
se muestrea debido  a que 
no se llenado la RAFA 
Tlahuapan  Santiago Coltzingo  Santiago 
Coltzingo 
Lodos Activados 3 1.8 Barranca sin 
nombre 
Visita y muestreo 
12/3/2007 
Tlapanala  Santo Domingo 
Ayotlicha 
Santo Domingo 
Ayotlicha 
RAFA o WASB 1.4 1.4 Rio Ahuehuyo Reportada en 2006
Tlapanala  Tlapanala  Tlapanala Lagunas de 
Estabilización 
8 5  Rio Tila Las lagunas requieren 
desazolve, visita en abril 
de 2007. 
Tochimilco  San Lucas Tulcingo  San Lucas 
Tulcingo 
RAFA o WASB 1.2 1.2 Barranca seca Reportada en 2006
Tuzamapan de 
Galeana 
Tetelilla de Islas  Tetelilla de Islas RAFA o WASB 2.2 2.2 Reportada en 2006
Venustiano 
Carranza 
Coronel Tito 
Hernández ( María 
Andrea) 
Coronel Tito 
Hernández 
Lodos Activados 4 4  Ultima Visita en Febrero 
2007 
Xochiltepec  Xochiltepec  Xochiltepec Filtros Biológicos o 
Rociadores o 
Percoladores 
5.2 5.2
Zacapala  Zacapala  Zacapala Lagunas de 
Estabilización 
2 1.5 Rio Axalmilpa
Zacapoaxtal  Ahuacatalan  Ahuacatalan RAFA o WASB 2.7 2.7 Reportada en 2006
Zautla  San Andrés 
Yahuitlalpan 
San Andrés 
Yahuitlalpan 
RAFA o WASB 1.7 1.7 Reportada en 2006
  Total de Plantas    67  3 019  2 423     
II Antecedentes 
 
 
21 
 
2.3.1 Tratamiento Primario Avanzado en Puebla utilizada en el estudio 
La  planta  de  estudio  se  llama  San  Francisco  y  se  ubica  en  la  localidad  de  Heróica  Puebla  de 
Zaragoza, Puebla. 
La planta trata un caudal de 1 500 L/s,  funcionando en un 100% de su capacidad  instalada. Esta 
planta trata el 49% respecto al caudal total de las PTAR en Puebla, y el 76% del volumen total en 
plantas con TPA.  
El tratamiento empleado es primario avanzado (tipo Densadeg), el cual  se integra de: un desbaste 
grueso,  desbaste  fino,  desarenador  y  densadeg,  el  detalle  de  las  etapas  se  explica  en  la 
metodología experimental (Capítulo V).  
El efluente tratado se descarga en el Rio Atoyac y después se envía a la Presa de Valsequillo para 
un reúso posterior. El efluente debe cumplir con  los parámetros establecidos en  la norma NOM‐
001‐SEMARNAT‐1996.  
 
2.4 Parámetros convencionales que se emplean para determinar la 
calidad del agua 
Los  contaminantes  que  frecuentemente  se  encuentran  en  el  agua  residual  son  sólidos 
suspendidos, materia orgánica biodegradable, nutrientes (fósforo y nitrógeno), microorganismos, 
metales pesados y sustancias  inorgánicas,  los cuales provocan una disminución en  la calidad del 
agua.  
La caracterización del agua residual permite establecer el tipo de tratamiento que se debe aplicar 
de  acuerdo  a  su uso.  La  calidad  se  suele determinar  a partir de parámetros  indicadores de  los 
contaminantes  entre  los  que  destacan:  materia  orgánica  medida  como  DBO5  y  DQO,  SST, 
nutrientes  (P  y  N),  turbiedad  y  color  (Metcalf  and  Eddy,  2003  y  Noyola,  1992).  Por  lo  que  a 
continuación se describen. 
 
 
II Antecedentes 
 
 
22 
 
2.4.1 Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) 
Determina  la cantidad de oxígeno para estabilizar biológicamente  la materia orgánica y ayuda en 
el  diseño  de  una  planta  de  tratamiento,  dado  que  permite  establecer  el  tamaño  de  las 
instalaciones y la eficiencia de los procesos. Se define como la cantidad de oxígeno que se requiere 
para que una población microbiana oxide la materia orgánica en un plazo de 5 días (NMX‐AA‐028‐
SCFI‐2001).  
La metodología determina los requerimientos de oxígeno de las aguas residuales y tratadas, la cual 
consiste  a  grandes  rasgos  en  llenar  en  un  frasco  hermético  con muestra  y  agua  de  dilución,  e 
incubarlo a una temperatura estable durante 5 días. Se calcula el oxígeno disuelto  (OD) tanto el 
inicial y final. 
El  exceso  de materia  orgánica  biodegradable  produce  abatimiento  del  oxígeno  disuelto  en  los 
cuerpos receptores y el crecimiento incontrolado de microorganismos (Noyola, 1992). 
 
2.4.2 Demanda Química de Oxígeno (DQO) 
Es un parámetro fisicoquímico que mide la cantidad de materia orgánica en aguas residuales que 
contenga compuestos tóxicos para  la vida biológica. La técnica consiste en agregar  la muestra en 
un  tubo preparado  con dicromato de potasio en exceso  y  ácido  sulfúrico, que  se digiere por 2 
horas y se  lee por medio de un espectrofotómetro o se determina titulométricamente (NMX‐AA‐
030‐SCFI‐2001). 
La materia orgánica medida como DQO provoca acumulación en el cuerpo receptor y riesgos de 
toxicidad (Metcalf and Eddy, 2003, Noyola, 1992). 
 
2.4.3 Sólidos Suspendidos Totales (SST) 
Determinan  los  sólidos  y  las  sales  en  aguas  naturales,  residuales  y  residuales  tratadas.  Estos 
contienen sólidos sedimentables y materia orgánica en suspensión y/o coloidal, que son retenidas 
en  el  elemento  filtrante.  Los  SST  tienen  impactos negativos,  ya  que producen  sedimentación  y 
II Antecedentes 
 
 
23 
 
azolvamiento en cuerpos  receptores, disminuyendo  la actividad  fotosintética  (Metcalf and Eddy, 
2003, Noyola, 1992 y NMX‐AA‐034‐ SCFI.2001). 
 
2.4.4 Nutrientes 
El nitrógeno y fósforo son nutrientes que ayudan alcrecimiento de protistas y plantas. El nitrógeno  
se utiliza para valorar la tratabilidad de las aguas residuales tanto domesticas como industriales, el 
nitrógeno se convierte en amoniaco por  la descomposición por bacterias. El  fósforo ayuda en el 
crecimiento de algas y otros organismos biológicos por lo que es necesario controlar su cantidad. 
Se ha encontrado que en el agua residual, el fósforo está entre 4 y 15 mg/L. 
Los nutrientes provocan eutroficación en cuerpos de agua y el crecimiento  incontrolado de algas 
que no permiten el paso de la luz (Metcalf and Eddy, 2003 y Noyola, 1992). 
 
2.4.5 Turbiedad  y Color 
La  turbiedad  indica  la  cantidad  de  partículas  suspendidas  o  disueltas  que  puede  ser  la  arcilla, 
materia  orgánica  e  inorgánica,  compuestos  solubles,  placton  y  microorganismos,  también  es 
utilizada como control de calidad y para conocer el funcionamiento de las plantas de tratamiento 
de agua (Metcalf and Eddy, 2003 y Noyola, 1992). 
La  turbiedad es una propiedad óptica que  se origina  cuando pasa un haz de  luz  a  través de  la 
muestra,  se  dispersa  y  absorbe,  en  vez  de  transmitirse.  Sus  unidades  son  UNT  (unidades 
nefelométricas  de  turbiedad),  que  se  determinan  con  el método  nefelométrico  (NMX‐AA‐038‐
SCFI‐2001). 
El efecto que produce la turbiedad está asociado con el sabor, olor y posibles daños a la salud. 
 
El color puede ser verdadero o aparente, el primero es el color presente en sustancias de forma 
disuelta, se mide en la muestra filtrada o centrífuga; y el segundo es aquel que tiene sustancias en 
forma disuelta  y  sólidos  suspendidos,  se mide  la muestra  agitada  sin  filtrar  (NMX‐AA‐045‐SCFI‐
2001). 
 
II Antecedentes 
 
 
24 
 
2.5 Composición típica de aguas residuales domesticas 
La  Tabla  2.6 presenta  las  concentraciones de  los  indicadores  típicos de  la  calidad  del  agua, de 
acuerdo a su contenido, en concentraciones altas, medias y bajas (Metcalf and Eddy, 2003). 
Los  valores  de  la  Tabla  muestran  que  la  materia  orgánica  medida  como  DBO5  y  DQO  en 
concentraciones altas varía entre 350 a 800 mg/L, mientras que  las concentraciones bajas van de 
110 a 250 mg/L. 
Los  nutrientes  medidos  como  fósforo  y  nitrógeno  (nitrógeno  amoniacal,  nitritos  y  nitratos), 
presentan  concentraciones  de  0  a  70  mg/L  y  de  0  a  20  mg/L  siendo  las  más  altas  y  bajas, 
respectivamente. Por último,  los SST  suelen  tener una concentración que varía entre 120 a 400 
mg/L. 
Tabla  2.6  Composición  de  las  aguas  domesticas  no  tratadas. Modificado  de Metcalf  and  Eddy, 
2003.  
Parámetros  Concentración (mg/L) 
  Alta  Media  Baja 
Sólidos Totales  1230  720  390 
Sólidos Disueltos Totales  860  500  270 
Sólidos Suspendidos 
Totales 
400  210  120 
Sólidos Sedimentables  20  10  5 
Demanda Bioquímica de 
Oxígeno ‐ DBO5 
350  190  110 
Demanda Química de 
Oxígeno ‐ DQO 
800  430  250 
Nitrógeno (total como N)  70  40  20 
 Nitrógeno Orgánico  35  15  8 
Nitrógeno Amoniacal  45  25  12 
Nitritos  0  0  0 
Nitratos  0  0  0 
Fósforo (total como P)  12  7  4 
Fósforo  Orgánico  4  2  1 
Fósforo Inorgánico  8  5  3 
Cloruros  90  50  30 
Grasas y Aceites  100  90  50 
IV Marco Teórico 
 
 
28 
 
IV Marco Teórico 
4.1 Partículas en el agua residual 
La  partícula  se  define  como  una  subunidad  de  materia,  la  cual  se  encuentra  en  aguas 
residuales  en  forma  de  moléculas  simples  o  agregados  complejos,  tales  como  células 
microbianas, materia  animal  y  vegetal,  arcillas  y  arenas.  En  la  actualidad,  se  conoce que  la 
mayoría de  las partículas no tienen una  forma específica  (son amorfas), ya que su  formación 
depende de  su origen y de  los procesos a  los que han sido expuestas  (Levine et al., 1991 y, 
Adin, 1999).   
Para  caracterizar  la  partícula  se  puede  evaluar  el  tamaño,  el  cual  es  una  representación 
numérica de la longitud física. Sin embargo, en el agua residual la mayoría de las partículas son 
irregulares por lo que no se puede representar en una sola dimensión (longitud), como lo es en 
el caso de partículas esféricas perfectas. Por eso, es común tomar en cuenta otras propiedades 
como son el diámetro, área superficial, la masa, el volumen, la velocidad de sedimentación o la 
respuesta  de  un  campo  eléctrico  u  óptico,  las  cuales  emplean  un  diámetro  esférico 
equivalente. 
Como  las  partículas  son  diferentes,  no  son medidas  por  su  tamaño  promedio  sino  como  
distribución, la cual se define como una cantidad presente en diversas clases de partículas en 
suspensión  (Chávez,  2004).  La  distribución  de  tamaño  de  los  contaminantes  en  aguas 
residuales da una visión de  la operación y el diseño de  la planta, por  lo que  los procesos de 
tratamiento químico dependen del tamaño de partícula (Neis y Tiehm et al., 1997). 
 
4.2 Tamaños de partícula en agua residual 
Las características específicas del agua residual y tratada generalmente no son determinadas 
durante su evaluación; a pesar de que estas características ayudan al diseño y operación de los 
procesos de tratamiento, no se puede hacer modificaciones  inmediatas en  la operación de  la 
planta  (Sophonsiri  y  Morgenroth,  2004).  Por  esta  razón,  el  tamaño  de  partícula  y  su 
distribución  surge  como  una  alternativa  para  evaluar  los  contaminantes,  por medio  de  la 
relación  entre  ambos;  y  de  esta  forma,  monitorear  de  manera  continúa  y  realizar 
modificaciones pertinentes en el proceso (Azema et al., 2002). 
IV Marco Teórico 
 
 
29 
 
La  literatura  demuestra  que  la  relación  existente  entre  el  contenido  de  contaminantes  en 
aguas  residuales y  tratadas con el  tamaño de partícula, proporciona  información  importante 
para el manejo y operación de una planta de tratamiento, así como para el diseño. 
De  acuerdo, con Levine et al. (1991) los contaminantes en aguas residuales se presentan entre 
los  intervalos  de  tamaño  <0.001  μm  a  >100  μm,  los  cuales  están  clasificados  en  cuatro 
intervalos de tamaño: disueltos (<0.001 μm), coloides (0.001‐1 μm), supracoloides (1‐100 μm) 
y sedimentables  (> 100 μm). Estos  intervalos varían de acuerdo a  la técnica empleada por el 
autor (Figura 4.1).  
En  la  literatura, existen diversos estudios  (Levine en 1985  y 1991  y Boller en 1993  y 1998), 
donde  se  muestran  la  manera  como  los  contaminantes  de  acuerdo  a  su  tamaño,  están 
distribuidos en partículas disueltas, coloidales, supracoloidales y sedimentable.  
Odergaard  (1995), evaluó  la eliminación de bacterias en  relación con el  tamaño de partícula 
menores a 1 μm. Tchobanoglous   et al., 1998, evaluaron y correlacionaron  los sólidos totales 
con  la distribución de  tamaño de partícula en un proceso de  lodos activados y  filtración con 
membranas, determinando el desempeño de esta última. Por otra parte, Landa et al. en 1997, 
estudiaron  la eficiencia de  la  filtración de un efluente proveniente de un sistema de TPA, en 
términos de concentración de sólidos suspendidos, DTP y conteo de huevos de helminto. Se 
encontró  que  el  60%  de  partículas  >  20μm  son  removidas  durante  el  proceso  de  TPA,  y 
adicionalmente el 18% durante la filtración. Neis y Tiehm en 1997, evaluaron la DTP, la DQO y 
fósforo en fracciones de partícula de 0.1, 0.4, 1, 3, 8, 32, 50 y 125 μm para efluentes primarios 
y secundarios en tres plantas de tratamiento. 
 
 En 1998, Boller, estudio la cantidad de microorganismo y la remoción de partículas <8 μm en 
procesos biológicos, encontrando relaciones lineales. 
En 1999, Adin observó que  los efluentes de aguas residuales contienen una gran variedad de 
partículas,  las cuales  tiene un gran  impacto en  la operación, manejo y diseño de plantas de 
tratamiento. Encontró que partículas coloidales presentan problemas en su remoción, debido