Alfredo-Martinez-Cruz

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CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIONES Y 
ESTUDIOS SOBRE MEDIO AMBIENTE Y 
DESARROLLO 
 
 
 
 
 
“ESTRATEGIA PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LAS 
CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA PLANTA DE 
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE 
AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE NEZAHUALCÓYOTL, 
ESTADO DE MÉXICO” 
 
TESIS 
PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRÍA EN 
GESTIÓN Y AUDITORÍAS AMBIENTALES 
 
PRESENTA 
ALFREDO MARTÍNEZ CRUZ 
 
DIRECTORA DE TESIS 
DRA. MARÍA LILIANA MARÍN GARCÍA 
MÉXICO D.F., JULIO DEL 2015 
 
 
“ESTRATEGIA PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA PLANTA DE 
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
SIP-14 
 
 
 
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“ESTRATEGIA PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA PLANTA DE 
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
CARTA DE CESIÓN DE DERECHOS. 
 
 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
AGRADECIMIENTOS 
A Dios por darme vida y ánimo suficiente para seguir adelante, cualesquiera que 
sean las circunstancias. 
A mi Padre porque sé que está muy satisfecho por mis logros, siendo este uno más 
de ellos. 
A mi Madre por darme su amor incondicional. 
A mi Esposa por entenderme y soportarme en todos en estos 18 años que llevamos 
juntos. 
A mi Hermana y sobrina por su apoyo y amor. 
A todo el personal académico del CIIEMAD por el soporte y por las asesorías que 
me brindaron. 
A cada uno de los integrantes de mi Comité Tutorial y Comisión Revisora por sus 
acertadas observaciones que ayudaron a la elaboración de este trabajo. 
A mi Directora del Comité Tutorial: Dra. María Liliana Marín García, que desde la 
primera vez que la conocí me dio la confianza y el apoyo para terminar este 
proyecto. 
Al ODAPAS NEZAHUALCÓYOTL por las facilidades prestadas para la realización 
de la presente investigación. 
 
 
 
 
 
“La confianza en uno mismo en un requisito indispensable para el éxito y el logro de nuestras 
metas y no depende de nadie más que de uno mismo. Cada uno de nosotros está dotado de las 
habilidades necesarias para el desarrollo de esa confianza, solo es necesario desarrollarlas 
iniciando con la aceptación de que contamos con ellas” 
 
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“ESTRATEGIA PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA PLANTA DE 
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
ÍNDICE 
 
GLOSARIO DE TÉRMINOS ............................................................................................................x 
LISTA DE SIGLAS UTILIZADAS ................................................................................................ xiv 
ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................................... xvi 
ÍNDICE DE FIGURAS Y FOTOGRAFÍAS .................................................................................. xix 
RESUMEN ....................................................................................................................................... xxi 
ABSTRACT .................................................................................................................................... xxii 
1. - INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1 
1.1.- La importancia del agua, situación mundial y en México ...................................... 1 
1.2.- Las regiones hidrológico-administrativas en México, situación actual y futura
 ......................................................................................................................................................... 5 
1.3.-Diferentes usos del agua en el Estado de México. ................................................... 6 
1.4.- Marco legal de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR´s) y 
legislación relativa a la gestión de aguas residuales en México .................................. 6 
1.5.-Tratamiento de aguas residuales en México y las Plantas de tratamiento ........ 8 
1.6.- La PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl, normatividad a cumplir. ............... 10 
2.- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................................ 15 
2.1.- Estrategia de Investigación .......................................................................................... 16 
3.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................ 18 
3.1.- Objetivo general .............................................................................................................. 18 
3.2.- Objetivos específicos ..................................................................................................... 18 
4.- JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................... 19 
4.1.- Conciencia del problema hídrico, caso PTAR Nezahualcóyotl .......................... 19 
5.- HIPÓTESIS ................................................................................................................................ 20 
6.- MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................................... 21 
6.1.-Marco histórico de las aguas residuales ................................................................... 21 
6.2.- Las aguas residuales: origen, clasificación y caracterización ........................... 22 
6.3.- Instalaciones y procesos en las PTAR´s .................................................................. 25 
6.4.- Las alternativas aeróbicas y anaeróbicas en los tratamientos secundarios .. 27 
6.5.-El proceso de lodos activados ..................................................................................... 28 
6.6.-El proceso de lodos activados en México ................................................................. 29 
6.7.- El proceso de lodos activados a nivel mundial ...................................................... 31 
6.8.- El proceso de lodos activados en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl 31 
6.9.- Eficiencia en los sistemas de tratamiento de aguas residuales ........................ 33 
6.10.- Ventajas y desventajas del proceso de lodos activados ................................... 33 
 
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6.11.- Medidas de control del proceso de lodos activados. ......................................... 34 
7.- MATERIALES, EQUIPOS Y MÉTODOS .............................................................................. 36 
7.1.- Materiales y equipos ...................................................................................................... 36 
7.1.1.- Equipos en la PTAR ................................................................................................ 36 
7.1.2.- Equipos principales en el laboratorio ................................................................ 38 
7.1.3.- Zonas de muestreo .................................................................................................. 39 
7.2.- Metodología para obtener los parámetros de proceso ......................................... 39 
7.2.1.- Proceso de depuración en la PTAR .................................................................... 39 
7.2.2.- Principales variables de control del proceso ................................................... 40 
7.2.3.- Clasificación de los parámetros de control ......................................................40 
7.3.- Metodología en el área del laboratorio ...................................................................... 42 
7.3.1.- Metodología de muestreo ...................................................................................... 42 
7.3.2.- Normatividad vigente para la realización de los análisis físico-químicos 
en agua residual y agua residual tratada ....................................................................... 43 
7.3.3.- Parámetros evaluados ............................................................................................ 43 
7.4.- Metodología para la recopilación, interpretación y análisis de la información 
obtenida ...................................................................................................................................... 45 
7.4.1.-Datos de observaciones de sedimentabilidad de lodos activados ............. 45 
7.4.2.- Datos para la prueba de lodo sedimentado ...................................................... 46 
7.4.3.- Gráfica de volumen sedimentado del lodo contra el tiempo en la prueba 
de sedimentación ................................................................................................................. 46 
7.4.5.- Datos de la prueba de sólidos sedimentables ................................................. 47 
7.4.6.- Registro de datos para el cálculo de sólidos y sales disueltas .................. 48 
7.5.- Metodología para el control del proceso .................................................................. 48 
7.5.1.- Control de la relación F/M ...................................................................................... 49 
7.5.2.- Control de sedimentación ..................................................................................... 50 
7.5.3.- Control de la aireación ........................................................................................... 51 
7.5.4.- Control de la remoción del lodo en el sedimentador ..................................... 51 
7.5.5.- Control de sólidos en el proceso ......................................................................... 51 
7.5.6.-Control del tiempo de retención de sólidos (TRS). .......................................... 52 
7.5.7.-Temperatura y pH ...................................................................................................... 52 
7.6.- Metodología en la elaboración del esquema de mantenimiento y del manual 
básico de operación de la PTAR .......................................................................................... 52 
8.- RESULTADOS ......................................................................................................................... 53 
8.1.- Diagnostico técnico y operativo de la PTAR ........................................................... 53 
8.1.1.- Tratamiento preliminar ........................................................................................... 54 
 
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NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
8.1.2.- Reactores ................................................................................................................... 55 
8.1.3.- Digestores .................................................................................................................. 55 
8.1.4.- Equipos de bombeo de flujo principal y de lodos de recirculación ........... 56 
8.1.5.- Sedimentador ............................................................................................................ 56 
8.1.6.- Proceso de cloración .............................................................................................. 56 
8.1.7.- Área de filtros............................................................................................................ 56 
8.1.8.- Espesador y área de filtro prensa ....................................................................... 57 
8.1.9.- Depósito de agua tratada ....................................................................................... 57 
8.2.- Caracterización de los flujos de proceso ................................................................. 57 
8.2.1.- DBO5 de influente y efluente ................................................................................. 58 
8.2.2.- DQO de influente y efluente .................................................................................. 58 
8.2.3.- Concentración de fósforo en influente y efluente........................................... 59 
8.2.4.- Sólidos suspendidor totales en influente y efluente ...................................... 59 
8.2.5.- Cloro residual libre en el efluente (CRL) ........................................................... 60 
8.2.6.- pH en reactores y lodo recirculado ..................................................................... 61 
8.2.7.- Oxígeno disuelto en reactores y lodos recirculados ..................................... 62 
8.2.8.- Conductividad electrica en reactores y lodos de recirculación .................. 63 
8.2.9.- Temperatura en reactores y lodos recirculados.............................................. 64 
8.2.10.- Concentración de nitrógeno total en influente y efluente .......................... 65 
8.2.11.-Sedimentación de lodos activados en reactores ........................................... 66 
8.3.- Eficiencia de remoción obtenidas de los parámetros evaluados ...................... 73 
8.4.- Parámetros de operación en el proceso ................................................................... 74 
8.4.1.- Parámetros de operación en el proceso ............................................................ 74 
8.4.2.- Calculo del TRH ........................................................................................................ 75 
8.4.3.- Calculo del TRS ........................................................................................................ 75 
8.5.- Sólidos sedimentables y observaciones visuales de influente y efluente ...... 76 
9.- PROPUESTA DE MEJORA Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ......................................... 77 
9.1. Segunda caracterización. ............................................................................................... 78 
10.- PROPUESTAS DEL MANUAL BÁSICO DEL ÁREA DE LABORATORIO ................ 80 
10.1.-Indicaciones generales de seguridad ....................................................................... 80 
10.2.- Determinación de temperatura .................................................................................. 80 
10.3.-Determinación de pH ..................................................................................................... 81 
10.4.- Determinación de demanda bioquímica de oxígeno ........................................... 81 
10.5.- Determinación de DQO ................................................................................................ 82 
10.6.- Determinaciones de iones y elementos específicos ........................................... 83 
 
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10.7. Determinación de sólidos totales (sólidos suspendidos y sólidos 
suspendidos volátiles) ............................................................................................................ 84 
10.7.1.- Determinación de solidos totales (ST) ............................................................. 85 
10.7.2.- Determinación de solidos totales volátiles (SVT) ......................................... 86 
10.7.3.- Determinación de solidos suspendidos totales (SST) ................................ 86 
10.7.4.- Determinación de solidos suspendidos volátiles (SSV). ............................ 86 
10.7.5.- Determinación de sales disueltas totales (SDT)........................................... 87 
10.8.- Determinación de oxígeno disuelto ......................................................................... 87 
10.9.-Determinación de sólidos sedimentables ............................................................... 88 
10.10. -Determinación de cloro residual libre ................................................................... 89 
10.11.- Determinación de materia flotante ......................................................................... 89 
10.12.- Determinación de conductividad............................................................................ 90 
10.13. -Determinación de coliformes .................................................................................. 90 
11..-PROPUESTA DEL MANUAL BÁSICO DEL AREA OPERATIVA ................................ 92 
11.1.-Observaciones básicas ................................................................................................ 92 
11.2.- Rejas de limpieza automática .................................................................................... 93 
11.3.-Cárcamo de bombeo de agua cruda ......................................................................... 93 
11.4.- Reactores biológicos ................................................................................................... 93 
11.5.- Control de oxígeno disuelto (OD) ............................................................................. 93 
11.6.- Control de la sedimentación del lodo ...................................................................... 94 
11.7.- Relación alimento-masa (F/M) ................................................................................... 95 
11.8.- Tiempo de retención de sólidos (TRS) .................................................................... 96 
11.9.- Tiempo de retención hidráulica (TRH)..................................................................... 96 
11.10.- Control de grasas y aceites ..................................................................................... 96 
11.11.- Control de pH. .............................................................................................................. 97 
11.12.- Observaciones microscópicas ................................................................................ 97 
11.13.-Relacion entre los parámetros F/M y el TRL y la presencia de 
microorganismos ..................................................................................................................... 98 
11.14.- Sedimentador secundario ........................................................................................ 99 
11.15.- Control de turbiedad en el agua tratada del sedimentador ............................. 99 
11.16.- Control de la calidad en el licor de mezcla .......................................................... 99 
11.17.- Digestión aerobia de lodos .................................................................................... 100 
11.18.- Espesado de lodos ................................................................................................... 101 
11.19.- Deshidratado de lodos ............................................................................................ 101 
11.20.- Guía para la solución de fallas en la operación de la PTAR ......................... 102 
12.- ESQUEMA DE MANTENIMIENTO ................................................................................... 104 
 
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12.1.- Mantenimiento correctivo ......................................................................................... 104 
12.2.- Mantenimiento preventivo ........................................................................................ 105 
12.2.1.-Mantenimiento preventivo de motores eléctricos........................................ 105 
12.2.2.- Revisión y limpieza de motores eléctricos ................................................... 106 
12.2.3.- Mantenimiento preventivo de bombas centrifugas de recirculado de 
lodos ...................................................................................................................................... 106 
12.2.4.-Procedimiento para retro-lavado de filtros de arena silica ....................... 107 
12.2.5.-Procedimiento para el mantenimiento del compresor ................................ 107 
12.2.6.- Mantenimiento de las bombas sumergibles ................................................. 108 
12.2.7. Mantenimiento de los sopladores y guía de identificación problemas .. 108 
12.3.- Resumen de datos de mantenimiento en la PTAR ............................................. 110 
12.3.1.-Guia de solución de problemas en las bombas ........................................... 111 
12.3.2.- Propuesta del esquema de mantenimiento anual en la PTAR ................ 112 
13.- CONCLUSIONES ................................................................................................................. 115 
14.- COMENTARIOS Y RECOMENDACIONES FINALES .................................................. 116 
15.- BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 117 
ANEXO 1.- DETERMINACIÓN DE COLIFORMES ................................................................ 127 
ANEXO 2.- LISTADO DE HERRAMIENTAS BÁSICAS PARA EL MANTENIMIENTO EN 
LA PTAR ....................................................................................................................................... 130 
ANEXO 3.- MANUAL DE CONCEPTOS BÁSICOS PARA LOS OPERADORES ........... 131 
ANEXO 4.- DATOS TÉCNICOS DE LOS PRINCIPALES EQUIPOS DE LA PTAR ........ 138 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
GLOSARIO DE TÉRMINOS 
Acuífero: formación geológica de material poroso capaz de almacenar una 
apreciable cantidad de agua. 
Agua renovable: medición de volumen de agua, se calcula como el escurrimiento 
superficial virgen anual, más la recarga media de los acuíferos, más las 
importaciones de agua, menos las exportaciones de agua. 
Agua residual: aguas de composición variada provenientes de las descargas de 
usos municipales, industriales, comerciales, agrícolas, pecuarios, domésticos y 
similares, así como la mezcla de ellas. 
Agua residual municipal: se pueden incluir a la mezcla de aguas residuales 
domésticas con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de origen industrial, 
siempre que estas cumplan con los requisitos para ser admitidas en los sistemas de 
alcantarillado. 
Aireación: proceso de transferencia de oxígeno del aire al agua por medios 
naturales o artificiales (agitación mecánica o difusión con aire comprimido). 
Anaeróbico: condición en el cual no hay presencia de aire u oxígeno libre. 
Bacterias: grupo de organismos microscópicos unicelulares con cromosoma 
bacteriano único y con división binaria, intervienen en los procesos de estabilización 
de la materia orgánica. 
Biodegradación: transformación de la materia orgánica en compuestos menos 
complejos por acción de microorganismos. 
Clarificación: proceso de sedimentación para eliminar los sólidos sedimentables 
del agua residual. 
Cloro libre: es el cloro presente en forma de ácido hipocloroso (HOCI), ion 
hipoclorito (OCI-) y cloro molecular disuelto. 
Cloro residual: cloro presente en agua cuando ha sido adicionado durante el 
proceso de cloración. 
 
x 
 
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Coliformes: bacteriasGram negativas no espatuladas de forma alargada capaces 
de fermentar lactosa. 
Demanda bioquímica de oxígeno: cantidad de oxígeno que requieren los 
microorganismos para la estabilización de la materia orgánica a condiciones de 
tiempo y temperatura específicos (5 días a 20 oC). 
Demanda química de oxígeno: medida de la cantidad de oxígeno requerido para 
la oxidación química de la materia orgánica del agua residual usando como 
oxidantes sales inorgánicas de permanganato o bicromato de potasio. 
Desinfección: destrucción de microorganismos presentes en las aguas residuales 
mediante el uso de un agente desinfectante. 
Difusor: placa porosa, tubo u otro artefacto a través del cual se inyecta aire 
comprimido u otros gases en burbujas a la masa líquida. 
Digestión: descomposición biológica de la materia orgánica del lodo que produce 
una mineralización, licuefacción y gasificación parcial. 
Digestión aeróbica: descomposición biológica de la materia orgánica del lodo en 
presencia de oxígeno. 
Disposición final: disposición del efluente o del lodo de una planta de tratamiento. 
Edad de lodo: parámetro de diseño y operación propio del proceso de lodo activado 
que resulta de la relación de la masa de sólidos volátiles presentes en el tanque de 
aireación dividido por la masa de sólidos volátiles removidos del sistema por día. 
Efluente: líquido que sale de un proceso de tratamiento. 
Evapora-transpiración: pérdida de humedad de una superficie por evaporación 
directa junto con la pérdida de agua por transpiración de la vegetación. 
Espesador: tratamiento para remover líquido de los lodos y reducir su volumen. 
Grado de presión hídrica: indicador para evaluar la sostenibilidad de la extracción 
de recursos hídricos en el largo plazo, se calcula dividiendo el volumen autorizado 
de extracción de agua y el volumen de agua disponible. 
 
xi 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
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Índice volumétrico de lodo: volumen en mililitros ocupado por un gramo de 
sólidos, en peso seco, de la mezcla lodo/agua tras una sedimentación de 30 minutos 
en un cilindro graduado de 1,000 ml. 
Influente: agua u otro líquido que ingresa a un reservorio, planta de tratamiento o 
proceso de tratamiento. 
Licor mezclado: mezcla de lodo activado y desecho líquido bajo aireación en el 
proceso de lodos activados. 
Lodo activado: lodo constituido principalmente de biomasa con alguna cantidad de 
sólidos inorgánicos que recircula del fondo de los sedimentados secundarios al 
tanque de aireación en el tratamiento de lodos activados. 
Lodo activado de exceso: parte del lodo activado que se retira del proceso de 
tratamiento de las aguas residuales para su disposición posterior. 
Lodo digerido: lodo mineralizado a través de la digestión aeróbica o anaeróbica. 
Muestreo: toma de muestras de volumen predeterminado y con la técnica de 
preservación correspondiente para el tratamiento que se va a realizar. 
Muestra simple: es la que se toma en el punto de descarga, de manera continua, 
en día normal de operación que refleje cuantitativa y cualitativamente el o los 
procesos más representativos de las actividades que generan la descarga, durante 
el tiempo necesario para completar cuando menos un volumen suficiente para que 
se lleven a cabo los análisis necesarios para conocer su composición, aforando el 
caudal descargado en el sitio y en el momento de muestreo. 
Oxígeno disuelto: concentración de oxígeno solubilizado en un líquido. 
Parámetro: variable que se utiliza como referencia para determinar la calidad del 
agua. 
pH: logaritmo de signo negativo de la concentración de iones hidrógeno. 
 
 
xii 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
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Planta de tratamiento de aguas residuales: infraestructura diseñada para recibir 
aguas residuales y que remueve materiales que degradan la calidad del agua o 
pongan en riesgo la salud pública cuando descarguen a cuerpos o cauces 
receptores, infraestructura y procesos que permiten la depuración de aguas 
residuales. 
Proceso de lodos activados: tratamiento de aguas residuales en el cual se somete 
a aireación una mezcla (licor mezclado) de lodo activado y agua residual. El licor 
mezclado es sometido a sedimentación para su posterior recirculación o disposición 
del lodo activado. 
Reuso de aguas residuales: utilización de agua residual debidamente tratada para 
un propósito específico. 
Sedimentación secundaria: proceso de separación de la biomasa en suspensión 
producida en el tratamiento biológico. 
Tratamiento biológico: procesos de tratamiento que intensifica la acción de los 
microorganismos para estabilizar la materia orgánica presente. 
Tratamiento de aguas residuales: purificación o remoción de sustancias 
objetables de las aguas residuales. 
Tratamiento de lodos: procesos de estabilización, acondicionamiento y 
deshidratación de lodos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
xiii 
 
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LISTA DE SIGLAS UTILIZADAS 
A: ausente -en referencia a un contaminante-. 
AC: antes de Cristo. 
CAEM: Comisión de Aguas del Estado de México. 
CONAGUA: Comisión Nacional del Agua. 
CONAPO: Consejo Nacional de Población. 
DBO5: demanda bioquímica de oxígeno a 5 días. 
DL: dentro de límite. 
DOF: Diario Oficial de la Federación. 
DQO: demanda química de oxígeno. 
FL: fuera de límite. 
F/M: relación alimento-microorganismos, la “f” se deriva de la palabra food. 
hm3: hectómetro cubico, equivale a 1, 000,000 de m3. 
HP: caballos de potencia. 
INEGI: Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. 
IVL: índice volumétrico de lodos. 
Km3: kilometro cubico de agua, equivale a 1,000 hm3. 
l: litros. 
LAN: Ley de Agua Nacionales. 
LMP: límite máximo permisible. 
lps: litros por segundo. 
MGD: millones de galones por día. 
NE: no establecido en norma. 
ND: no determinado. 
NMP: número más probable. 
NOM: Norma Oficial Mexicana. 
OD: oxígeno disuelto. 
P: presente -en referencia a un contaminante-. 
pH: potencial hidrogeno. 
 
xiv 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
PM: promedio mensual. 
ppm: partes por millón. 
PTAR: planta de tratamiento de aguas residuales. 
Qe: flujo de efluente. 
Qr: flujo de lodos en recirculación. 
Qo: flujo de entrada de agua cruda. 
Qw: flujo de lodos de desecho. 
SEMARNAT: Secretaria del Medio Ambiente y Recurso Naturales. 
So: concentración de materia orgánica en el influente. 
SST: sólidos suspendidos totales. 
SSV: sólidos suspendidos volátiles. 
SSVLM: sólidos suspendido suspendidos volátiles en el licor mezclado. 
SSLM: sólidos suspendidos en el licor mezclado. 
TMRC: tiempo medio de retención celular. 
TRH: tiempo de retención hidráulica. 
TRS: tiempo de retención de sólidos. 
V: volumen del reactor. 
VRS: valor recomendado para el sistema. 
X: concentración de sólidos totales en el licor mezclado. 
Xe: concentración de materia orgánica del efluente. 
Xr: concentración de materia orgánica en lodo recirculado. 
Xs: concentración de sólidos suspendidos en el licor mezclado. 
Xv: concentración de sólidos suspendidos volátiles. 
Ω: Ohms, unidad de la resistencia eléctrica en el sistema internacional. 
 
 
 
 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DEMÉXICO.” 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 1. Cobertura en % de la población rural y urbana en México con servicios 
de agua potable y alcantarillado, periodo de los años 1990 a 2010 ........................ 4 
Tabla 2. Grado de presión en % sobre el recurso hídrico por regiones hidrológico-
administrativas, año 2012 ....................................................................................... 5 
Tabla 3. Descargas municipales de aguas residuales en México, en hm3/año y 
m3/s, año 2012 ........................................................................................................ 8 
Tabla 4. Estadísticas de PTAR´s municipales en México: número de PTAR´s 
en operación, capacidad instalada y utilizada en l/s y % de aguas residuales 
tratadas, años 2011 y 2012. ................................................................................... 8 
Tabla 5. Número de PTAR’s en operación por región hidrológico-administrativas, 
incluyendo capacidad instalada y caudal tratado en m3/s, año 2012 ...................... 9 
Tabla 6. Propósitos de los diferentes tipos de tratamiento en PTAR´s ................... 9 
Tabla 7. Límites máximos permisibles en mg/l de contaminantes en aguas 
residuales tratadas para reuso en riego ................................................................ 12 
Tabla 8. Grado de estudios del personal de la PTAR del Municipio de 
Nezahualcóyotl ...................................................................................................... 17 
Tabla 9. Composición típica de las aguas residuales urbanas en mg/l -a menos 
que se señale lo contrario- .................................................................................... 24 
Tabla 10. Principales flujos en la PTAR en mg/l y su nomenclatura ..................... 32 
Tabla 11. Rendimientos en % de remoción de los diferentes tipos de tratamiento 
en PTAR´s ............................................................................................................. 33 
Tabla 12. % de eficiencia como remoción de contaminantes en el proceso de 
lodos activados ...................................................................................................... 33 
Tabla 13. Ventajas y desventajas en el proceso de lodos activados .................... 34 
Tabla 14. Listado de los equipos principales en la PTAR del Municipio de 
Nezahualcóyotl ...................................................................................................... 38 
Tabla 15. Normas Oficiales Mexicanas de referencia para determinaciones físico-
químicas en aguas residuales ............................................................................... 43 
Tabla 16. Ejemplos representativos de los 3 tipos diferentes de sedimentación, 
en ml/l, reactor de lodos activados ...................................................................... 47 
Tabla 17. Valores recomendados de parámetros de operación en el sistema de 
lodos activados, en las unidades indicadas .......................................................... 48 
 
xvi 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
Tabla 18. Resultados en las unidades indicadas de análisis en influente y 
efluente ................................................................................................................. 53 
Tabla 19. DBO5 en mg/l de influente y efluente, primera caracterización ............. 58 
Tabla 20. DQO en mg/l de influente y efluente, primera caracterización .............. 58 
Tabla 21. Concentración de fósforo en mg/l en influente y efluente, primera 
caracterización ...................................................................................................... 59 
Tabla 22. Sólidos suspendidos totales en mg/l en influente y efluente, primera 
caracterización ...................................................................................................... 60 
Tabla 23. Cloro residual libre en mg/l en efluente, primera caracterización .......... 60 
Tabla 24. pH en reactores y lodo recirculado, primera caracterización ................ 61 
Tabla 25. Concentración de oxígeno disuelto en mg/l en reactores, primera 
caracterización ...................................................................................................... 62 
Tabla 26. Conductividad eléctrica en μS/cm, lodos de recirculación y reactores, 
primera caracterización ......................................................................................... 64 
Tabla 27. Temperatura en oC en lodos recirculados y reactores, primera 
caracterización ...................................................................................................... 65 
Tabla 28. Concentración de nitrógeno en mg/l en influente y efluente, primera 
caracterización ...................................................................................................... 66 
Tabla 29. Sedimentación en reactor 1 en ml/l, primera caracterización ................ 66 
Tabla 30. Sedimentación en reactor 2 en ml/l, primera caracterización ................ 67 
Tabla 31. Sedimentación en reactor 3 en ml/l, primera caracterización ................ 68 
Tabla 32. Sedimentación en reactor 4 en ml/l, primera caracterización ................ 69 
Tabla 33. Sedimentación en reactor 5 en ml/l, primera caracterización ................ 70 
Tabla 34. Sedimentación en reactor 6 en ml/l, primera caracterización ................ 71 
Tabla 35. Sedimentación en reactor 7 en ml/l, primera caracterización ................ 72 
Tabla 36. % de remoción de contaminantes en el agua residual tratada en la 
PTAR, primera caracterización .............................................................................. 74 
Tabla 37. Relación F/M en dia-1, primera caracterización ..................................... 75 
Tabla 38. Tiempo de residencia hidráulico en días, primera caracterización ........ 75 
Tabla 39. Tiempo de retención de sólidos en días, primera caracterización ........ 75 
 
xvii 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
Tabla 40. Sólidos sedimentables en ml/l en influente y efluente, primera 
caracterización ...................................................................................................... 76 
Tabla 41. Propuestas de mejora y sus resultados en su implementación ............ 77 
Tabla 42. % de remoción de contaminantes en influente y efluente, segunda 
caracterización ...................................................................................................... 78 
Tabla 43. Valores de parámetros en reactores, unidades indicadas, segunda 
caracterización ...................................................................................................... 78 
Tabla 44. Parámetros y condiciones de operación en las unidades indicadas, 
segunda caracterización ....................................................................................... 79 
Tabla 45. Comparación de parámetros de las dos caracterizaciones en las 
unidades indicadas ................................................................................................ 79 
Tabla 46. Relación de manuales de espectrofotómetros para las 
determinaciones de iones específicos ................................................................... 84 
Tabla 47. Guía para el control de espuma en los reactores ............................... 102 
Tabla 48. Guía para la solución de fallas en la PTAR ........................................ 103 
Tabla 49. Guía de identificación de problemas en los sopladores ...................... 109 
Tabla 50. Guía de solución de problemas en las bombas .................................. 111 
Tabla 51. Esquema de mantenimientoanual en la PTAR. Parte 1 ..................... 112 
Tabla 51. Esquema de mantenimiento anual en la PTAR. Parte 2 ..................... 113 
Tabla 51. Esquema de mantenimiento anual en la PTAR. Parte 3 ..................... 114 
Tabla 52. Número más probable (NMP) para determinación de coliformes ....... 129 
Tabla 53. Lista de herramientas indispensables en una PTAR .......................... 130 
Tabla 54. Equipos principales en una PTAR, incluyendo sus características 
y funciones principales ........................................................................................ 137 
Tabla 55. Datos técnicos de los principales equipos en la PTAR. Parte 1 .......... 138 
Tabla 55. Datos técnicos de los principales equipos en la PTAR. Parte 2 .......... 139 
Tabla 55. Datos técnicos de los principales equipos en la PTAR. Parte 3 .......... 140 
 
 
 
xviii 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
ÍNDICE DE FIGURAS Y FOTOGRAFÍAS 
Figura 1. Distribución de agua en el mundo, datos en 1012 hm3............................. 1 
Figura 2. Círculo de agua renovable en México, valores en hm3 ........................... 2 
Figura 3. Proyección de población mundial, en millones de habitantes, por nivel 
de desarrollo de países en zonas rurales y urbanas ............................................... 2 
Figura 4. % de uso de agua por sectores en México, año 2013 ............................. 3 
Figura 5. Valores de % de presión en recursos hídricos a nivel mundial ............... 4 
Figura 6. Principales instituciones, entidades y dependencias que se coordinan 
con la CONAGUA ................................................................................................... 6 
Figura 7. % de uso, por flujo tratado, de los diferentes procesos utilizados en el 
tratamiento de aguas residuales municipales en México, datos 2012 ................... 10 
Figura 8. Ubicación geográfica del Municipio de Nezahualcóyotl, Estado de 
México ................................................................................................................... 10 
Figura 9. Croquis de ubicación de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl ..... 11 
Figura 10. Diagrama de flujo del tren de aguas en la PTAR ................................ 13 
Figura 11. Diagrama de flujo del tren de lodos en la PTAR .................................. 14 
Fotografía 1. Residencia con baño en Mohenjo-Daro, Pakistán .......................... 21 
Fotografía 2. Acueducto romano .......................................................................... 21 
Figura 12. Esquema de una planta de tratamiento de aguas residuales típica .... 25 
Figura 13. Línea de agua y fangos en una PTAR ................................................. 25 
Figura 14. Tratamientos de aguas residuales urbanas ........................................ 26 
Figura 15. Tratamiento en la línea de lodos en PTAR´s ....................................... 27 
Figura 16. Balance de la materia orgánica en procesos aeróbicos y 
anaeróbicos en PTAR´s ........................................................................................ 28 
Figura 17. Esquema típico general de una PTAR de lodos activados con 
recirculación .......................................................................................................... 30 
Figura 18. Vista aérea de las 158 hectáreas donde se construye la PTAR 
Atotonilco, Hidalgo. ............................................................................................... 31 
Figura 19. Diagrama de flujo simplificado del proceso de lodos activados en la 
PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl, incluyéndose flujos y concentraciones 
principales ............................................................................................................. 32 
 
xix 
 
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Figura 20. Croquis de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl......................... 38 
Figura 21. Grafica representativa de sedimentabilidad en ml/l, licor mezclado en 
el proceso de lodos activados ............................................................................... 47 
Figura 22. Gráfica DBO5 en mg/l en influente y efluente, primera 
caracterización ..................................................................................................... 58 
Figura 23. Gráfica DQO en mg/l en influente y efluente, primera caracterización 58 
Figura 24. Grafica de concentración de fósforo en mg/l en influente y efluente, 
primera caracterización ........................................................................................ 59 
Figura 25. Gráfica de valores de sólidos suspendidos totales en mg/l en influente 
y efluente, primera caracterización ....................................................................... 60 
Figura 26. Gráfica de concentración de cloro residual libre en mg/l en el efluente, 
primera caracterización ........................................................................................ 60 
Figura 27. Gráfica de pH en reactores y lodo recirculado, primera 
caracterización ..................................................................................................... 61 
Figura 28. Grafica de concentración de oxígeno disuelto en mg/l en reactores 
y lodo recirculado, primera caracterización .......................................................... 62 
Figura 29. Grafica de conductividad eléctrica en μS/cm en reactores y lodo 
recirculado, primera caracterización ..................................................................... 64 
Figura 30. Gráfica de temperatura en oC en reactores y lodo recirculado, primera 
caracterización ..................................................................................................... 65 
Figura 31. Concentración de nitrógeno en mg/l en influente y efluente, primera 
caracterización ..................................................................................................... 66 
Figura 32. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 1, primera caracterización .. 67 
Figura 33. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 2, primera caracterización .. 68 
Figura 34. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 3, primera caracterización .. 69 
Figura 35. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 4, primera caracterización .. 70 
Figura 36. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 5, primera caracterización .. 71 
Figura 37. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 6, primera caracterización .. 72 
Figura 38. Gráfica sedimentación en ml/l en reactor 7, primera caracterización .. 73 
Fotografía 3. Lodo activado visto al microscopio ................................................. 97 
Figura 39. Relación entre las características microscópicas del lodo activado 
y los parámetros F/M y TRS .................................................................................. 98 
 
xx 
 
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RESUMEN 
El desarrollo de una estrategia, desde el punto de vista de proceso, involucra definir 
el mejor método para satisfacer un requerimiento de producción. En el caso de una 
planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) el producto obtenido es agua 
residual tratada y el requerimiento de producción involucra el cumplimiento de la 
normatividad vigente (principalmente la NOM-003-SEMARNAT-1997 que establece 
los límites máximos permisibles de contaminantes para aguas residuales tratadas 
que se reúsen en servicios al público)teniendo en cuenta las limitaciones de 
gestión, costos y de equipos disponibles. A través de la presente investigación se 
desarrolla una estrategia que busca el mejoramiento de las condiciones de 
operación en la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl. Se realizó una evaluación 
de sus condiciones de operación a través de análisis físico-químicos de los flujos, 
obteniéndose un historial de análisis periódicos realizándose un comparativo con 
las condiciones de diseño y verificando su eficiencia. Se evaluó el funcionamiento 
de los equipos y se realizaron propuestas de mejora, incluyéndose condiciones de 
operación. Adicionalmente, se abordó el factor humano del proceso elaborando un 
esquema de mantenimiento y un manual básico de operación con la intensión de 
mejorar la capacidad del personal. El resultado final es el planteamiento de una 
estrategia de optimización en la operación de la PTAR. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xxi 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
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ABSTRACT 
The development of a strategy, from the point of view of process involves defining 
the best method to satisfy a requirement of production. In the case of a plant 
wastewater treatment plant (WWTP) the product obtained is treated wastewater and 
the requirement of production involves compliance with current regulations (mainly 
NOM-003-SEMARNAT-1997, which establishes the maximum limits allowable 
pollutant for treated wastewater that is reused in services to the public) taking into 
account the limitations of management, costs and available equipment. Through 
this research a strategy to improve operating conditions in the municipality of 
Nezahualcóyotl WWTP is developed. An assessment of operating conditions was 
performed by physicochemical analysis of flows, obtaining a history of performing 
comparative analysis newspapers with the design conditions and verifying their 
efficiency. The operation of the equipment was assessed and proposals for 
improvement were made, including operating conditions. Additionally, the human 
factor in the process developing a maintenance schedule and a basic manual 
operation with the intention of improving staff capacity was discussed. The result is 
the proposal of a strategy of optimizing the operation of the WWTP. 
 
 
xxii 
 
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1. - INTRODUCCIÓN 
1.1.- La importancia del agua, situación mundial y en México 
El agua no es otra cosa que dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, así de 
simple pero a la vez así de complicado. Se trata de uno de los elementos más 
esenciales para la salud, tanto del planeta como de los animales que lo habitan, y 
que resulta fundamental en la supervivencia del ser humano. El agua forma parte 
del 70% del peso del cuerpo humano y una persona que no beba agua puede morir 
en pocos días. La sociedad consume agua en sus actividades diarias, generándose 
diferentes tipos de consumo: agrícola, industrial y doméstico; de ahí la importancia 
de su conservación. 
A primera vista podría pensarse que el 
agua es la única cosa que sobra en este 
planeta pues ¾ partes de la superficie 
son de agua, pero hay que resaltar que 
mayormente es agua salada. La 
disponibilidad de agua promedio anual 
en el mundo es de aproximadamente 
1,386 billones de hm3, de los cuales el 
97.5% es agua salada y solo el 2.5% - 
unos 35 billones de hm3- es agua dulce. 
De esta agua dulce casi el 70% no está 
disponible para el consumo humano 
porque se encuentra en glaciares, hielo 
y nieve (figura 1). Del agua 
técnicamente disponible para consumo 
humano solo una pequeña porción se 
encuentra en lagos, ríos, humedales y 
depósitos subterráneos poco profundos (CONAGUA, 2013a, p.24). Adicionalmente, 
mucha de esta agua teóricamente utilizable se encuentra lejos de las zonas 
pobladas, lo que dificulta su utilización. Ejemplo de esta situación es el 
abastecimiento de agua potable en la zona de la Ciudad de México, consumiendo 
 
1 
 
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un caudal de 32 m3/s, de los cuales el 67% se obtiene de fuentes subterráneas, 30% 
proviene del sistema Cutzamala, que transporta agua originada de los Estados de 
México y Michoacán -a 124 Km de la Ciudad- y el 3% restante se obtiene de 
manantiales locales (Transparencia D.F., 2014). 
Anualmente México recibe 
1,489 hm3 de agua en forma 
de precipitaciones. De esta 
agua se estima que el 71.6% 
se evapotranspira y regresa a 
la atmósfera, el 22.2% escurre 
por los ríos o arroyos, y el 
6.2% restante se infiltra al 
subsuelo de forma natural y 
recarga los acuíferos. El país 
cuenta anualmente con 471.5 
hm3 de agua dulce renovable -que es de hecho la cantidad máxima de agua que es 
factible explotar anualmente- (CONAGUA, 2013a, p.24). La figura 2 muestra los 
componentes y valores que conforman este círculo de agua renovable en México. 
A nivel mundial el 
comportamiento del 
crecimiento de la población 
rural y urbana presentan 
variaciones características: 
los niveles de población rural 
disminuyen y los de población 
urbana aumentan; sin 
embargo, estas tendencias son mucho más pronunciadas en los países en 
desarrollo que en los países desarrollados. De acuerdo con proyecciones estimadas 
al año 2050 se espera que estas tendencias se mantengan e incluso aumenten 
(figura 3). 
 
2 
 
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Este incremento en los niveles 
de población urbana generará 
una mayor demanda en el 
consumo del agua y un 
incremento en los valores de 
presión de los recursos 
hídricos. En México la 
concentración y el crecimiento 
acelerado de la población en 
localidades urbanas ha 
implicado fuertes presiones 
sobre el medio ambiente. Se 
estima, de acuerdo con datos de la CONAGUA, que en México en las doce zonas 
metropolitanas con una población mayor a un millón de habitantes se concentra el 
37.7% de la población -esto es 44.1 millones de habitantes- (CONAGUA, 2013a, 
p.14). En el último siglo la población mundial se multiplico 3 veces, en tanto que las 
extracciones de agua crecieron 6 veces; lo anterior se ha traducido en el incremento 
de presión sobre los recursos hídricos del mundo, ocupando México el lugar número 
8 en países con mayor extracción total de agua con 80.6 Km3/año (CONAGUA, 
2013a, p. 54). Esta agua extraída se utiliza de diferentes formas: un 76.6% para uso 
agrícola, un 8.9% para uso industrial y un 14.5% para abastecimiento público (figura 
4). 
México se encuentra en el lugar 58 de los 155 países evaluados respecto al mayor 
grado de presión sobre los recursos hídricos (figura 5). El grado de presión sobre 
recursos hídricos es un indicador que sirve para evaluar la sostenibilidad de la 
extracción de este recurso en el largo plazo y se calcula dividiendo el volumen 
concesionado de extracción de agua -lo que se extrae- entre el volumen de agua 
disponible. Partiendo de esta definición un valor de uno -o 100%- en este indicador 
 
3 
 
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reflejaría que se está 
extrayendo exactamente el 
valor de agua disponible, por 
lo que entre mayor sea este 
índice mayor el agua extraída,generándose una mayor 
presión sobre los recursos 
hídricos. En México el valor 
actual de este indicador es de 
17.5%, pero las proyecciones 
son que se alcancen valores 
cada vez mayores 
(CONAGUA, 2008, p.14). 
En el tema de cobertura de los servicios de agua potable y alcantarillado en México 
se ha pasado de niveles de 89% y 79% respectivamente en el año 1990, a niveles 
superiores del 95% en el año 2010 (tabla 1), confirmándose el aumento en la 
infraestructura de estos servicios. 
 
Tabla 1. Cobertura en % de la población rural y urbana en México con servicios de agua potable y 
alcantarillado, periodo de los años 1990 a 2010 
POBLACIÓN CENSO 1990 
(%) 
CONTEO 1995 
(%) 
CENSO 2000 
(%) 
CONTEO 2005 
(%) 
CENSO 2010 
(%) 
12-mar-90 05-nov-95 14-mar-00 17-oct-05 25-jun-10 
Agua potable 
Urbana 89.36 92.94 94.6 95.03 95.59 
Rural 51.22 61.39 67.95 70.61 75.69 
Total 78.39 84.58 87.8 89.2 90.94 
Alcantarillado 
Urbana 79.01 87.79 89.62 94.47 96.28 
Rural 18.09 29.71 36.71 57.48 67.74 
Total 61.48 72.4 76.18 85.62 89.61 
 
Fuente: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf. p. 79. 
 
 
 
 
4 
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf
 
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1.2.- Las regiones hidrológico-administrativas en México, situación actual y 
futura 
Para propósitos administrativos las aguas nacionales en las cuencas del país se 
encuentran organizadas en 37 regiones hidrológicas, que a su vez se agrupan en 
13 regiones hidrológico-administrativas. En algunas regiones, como las de la 
Península del Norte, Lerma-Santiago-Pacifico y Aguas del Valle de México, el valor 
de agua renovable per cápita es preocupantemente bajo (tabla 2). 
 
Tabla 2. Grado de presión en % sobre el recurso hídrico por regiones hidrológico-administrativas, año 
2012. 
No Región hidrológico-administrativa 
Volumen total de agua 
concesionado (hm) 
Agua 
renovable 
2011-2018 
(hm/año) 
Grado 
de 
presión 
(%) 
Clasificación 
del grado de 
presión 
I Península de Baja California 3,895 4,999 77.9 Alto 
II Noroeste 6,989 8,325 83.9 Alto 
III Pacifico Norte 10,460 25,939 40.3 Alto 
IV Balsas 10,652 22,899 46.3 Alto 
V Pacifico Sur 1,508 32,351 4.7 Sin estrés 
VI Río Bravo 9,397 12,757 73.7 Alto 
VII Cuencas Centrales del Norte 3,734 8,065 46.3 Alto 
VIII Lerma-Santiago-Pacifico 15,047 35,754 42.1 Alto 
IX Golfo Norte 5,630 28,115 20 Bajo 
X Golfo Centro 5,076 95,124 5.3 Sin estrés 
XI Frontera Sur 2,273 163,845 1.4 Sin estrés 
XII Península de Yucatán 3,353 29,856 11.2 Bajo 
XIII Aguas del Valle de México 4,720 3,469 136.1 Muy alto 
Total nacional 82,734 471,498 17.5 Bajo 
 
Fuente: www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf p. 59. 
 
En el siglo XXI se buscará el desarrollo de una sustentabilidad hídrica, por lo que 
se incrementará significativamente el tratamiento de aguas residuales, 
impulsándose su reúso (CONAGUA, 2013a, p. 151). Un aspecto importante a 
considerar en los escenarios futuros es el incremento de la población y su 
concentración en zonas urbanas. Se espera que en el año 2030 la población se 
incremente en 20 millones de personas y que el 75% de la población total se asiente 
en localidades urbanas. Algunas de las regiones hidrológico-administrativas para 
las que se espera mayor crecimiento poblacional son al mismo tiempo aquellas en 
 
5 
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
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donde ya existe un grado de presión mayor, como es el caso de la región XIII, región 
a la que pertenece el Estado de México (CONAGUA, 2013a, p. 129). 
1.3.-Diferentes usos del agua en el Estado de México. 
De acuerdo con datos oficiales en el Estado de México se tiene un volumen 
concesionado de agua de 2,658.6 hm3, de los cuales el 43% es para uso agrícola, 
el 50.4% es para uso público y el 6.6% es para uso industrial (CONAGUA, 2013a, 
p.51). De acuerdo con estos datos el mayor % es en las áreas de uso público y uso 
agrícola, por lo que si se piensa en una explotación sostenible se tiene que pasar 
necesariamente por el uso de plantas de tratamiento de aguas residuales y 
alternativas para el reúso de las aguas residuales tratadas. 
1.4.- Marco legal de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR´s) 
y legislación relativa a la gestión de aguas residuales en México 
La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), Organismo administrativo, normativo, 
técnico, consultivo y descentralizado de la Secretaria de Medio Ambiente y 
Recursos Naturales (SEMARNAT), tiene como misión administrar y preservar las 
aguas nacionales y sus bienes inherentes con la corresponsabilidad de los tres 
órdenes de gobierno y la sociedad en general (CONAGUA, 2013a, p. 94). La 
CONAGUA trabaja en conjunto con diversas instancias en el ámbito federal, estatal, 
usuarios, empresas, instituciones del sector privado y social, así como 
organizaciones internacionales (figura 6). 
 
Figura 6. Principales instituciones, entidades y dependencias que se coordina con la CONAGUA. 
Fuente: http://www.conagua.gob.mc/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.PDF p. 95. 
 
 
6 
http://www.conagua.gob.mc/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.PDF
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
La justificación legal para que el Municipio de Nezahualcóyotl pueda operar una 
PTAR jurídicamente está definida en el Artículo 115 párrafo III de la Constitución 
Política de los Estados Unidos Mexicanos, que a la letra dice: “…Los Municipios 
tendrán a su cargo las funciones y servicios públicos siguientes: a) Agua potable, 
drenaje, alcantarillado y disposición de sus aguas residuales…” (DOF, 2014, p. 
105), de lo que desprende que es responsabilidad de los municipios prestar esos 
servicios, sujetos a la observancia de leyes tanto federales como estatales 
(CONAGUA, 2013a, p. 95). 
La Ley de Aguas Nacionales (LAN) establece que la explotación, uso y 
aprovechamiento de las aguas nacionales se realizará mediante títulos de 
concesión o asignación otorgados por el Ejecutivo Federal a través de la 
CONAGUA. De manera similar, para las descargas de aguas residuales es 
necesario contar con un permiso de descarga expedido por la CONAGUA 
(CONAGUA, 2013a, p. 96). A nivel estatal, la Ley de Aguas para el Estado de 
México le atribuye a la CAEM (Comisión de Aguas del Estado de México) la función 
de prestar asistencia a los municipios para el tratamiento de aguas residuales y su 
reúso mediante la firma de contratos o convenios (CAEM, 2014). 
La CONAGUA ha expedido Normas que establecen las disposiciones, 
especificaciones y métodos de prueba que permiten garantizar que los productos y 
servicios ofertados por los organismos operadores de agua potable, alcantarillado y 
saneamiento, cumplan con el objetivo de aprovechar y preservar el agua en 
cantidad y calidad. Dentro de estas normas que involucran la operación y 
funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales -PTAR´s- se 
incluyen: NOM -003-SEMARNAT-1997, que establece los límites máximos 
permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reúsen en 
servicios al público (DOF, 1998); NOM-001-SEMARNAT-1996, que establece los 
límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas 
residuales en aguas y bienes nacionales (DOF; 1997)y la NOM-004-SEMARNAT-
2002, de protección ambiental -lodos y biosólidos- con especificaciones y límites 
 
7 
 
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ING. JORGE AYANEGUI SUÁREZ DEL MUNICIPIO DE 
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máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final 
(DOF,2003). 
1.5.-Tratamiento de aguas residuales en México y las Plantas de tratamiento 
Resulta de vital importancia hacer compatibles las actividades humanas con el 
cuidado al medio ambiente; sin embargo, a medida que los núcleos de las 
poblaciones aumentan se incrementan los problemas ambientales. A nivel municipal 
uno de estos problemas es precisamente la contaminación del agua, contaminación 
originada por el uso doméstico e industrial. La operación de PTAR´s forma parte 
importante en el desarrollo de este cuidado ambiental pero para que estos sistemas 
funcionen se requiere de su correcta operación y de un mantenimiento eficiente. De 
acuerdo con datos oficiales (CONAGUA, 2013a, p. 86) de las aguas residuales 
generadas en centros urbanos anualmente en el país solo reciben tratamiento 99.8 
m3/s de los 229.7 m3/s generados, esto es apenas el 43%- (tabla 3). 
Tabla 3. Descargas municipales de aguas residuales en México, en hm3/año y m3/s, año 2012. 
CENTROS URBANOS 
Descargas municipales miles hm3/ año m3 /s 
Aguas residuales 7.24 229.7 
Se recolectan en alcantarillado 6.63 210.2 
Se tratan 3.15 99.8 
 
Tabla 3. Descargas municipales de aguas residuales en México, en hm3/año y m3/s, año 2012 
Fuente: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf p.86. 
 
En la tabla 4 se registran las estadísticas del número de PTAR´s municipales a nivel 
nacional en los años 2011 y 2012, observándose un incremento en su número, 
pasando de 2,289 a 2,342, aumentándose en consecuencia la capacidad de 
tratamiento (SEMARNAT, 2012, p. 75). 
Tabla 4. Estadísticas de PTAR´s municipales en México: número de PTAR´s en operación, capacidad 
instalada y utilizada en l/s y % de aguas residuales tratadas, años 2011y 2012. 
Estadística Número de PTAR´s 
registradas en operación 
Capacidad 
instalada (l/s) 
Capacidad 
utilizada (l/s) 
% de aguas residuales 
tratadas (1) 
Año 2011 2,289 137,082.13 97,640.22 46.5 
Año 2012 2,342 140,142.08 99,750.23 47.5 
 
 (1) Porcentaje en relación con las aguas residuales recolectadas en alcantarillado del país. 
Fuente: SEMARNAT, 2012, p. 75. 
 
8 
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf
 
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Tabla 5. Número de PTAR´s en operación por regiones hidrológico-administrativas, incluyendo capacidad 
instalada y caudal tratado en m3/s, año 2012. 
No Región hidrológico-administrativa 
Número de 
plantas en 
operación 
Capacidad 
instalada 
(m3 /s) 
Caudal 
tratado 
(m3/s) 
I Península de Baja California 62 9.2 6.4 
II Noroeste 101 5.2 3.3 
III Pacifico Norte 342 10.1 7.8 
IV Balsas 207 9.8 7.3 
V Pacifico Sur 87 4.6 3.5 
VI Río Bravo 227 33.4 22.1 
VII Cuencas Centrales del Norte 138 6.1 4.8 
VIII Lerma-Santiago-Pacifico 588 29.7 23 
IX Golfo Norte 117 5.7 4.3 
X Golfo Centro 145 7.3 5.6 
XI Frontera Sur 119 3.7 2.6 
XII Península de Yucatán 89 3.1 2 
XIII Aguas del Valle de México 120 12.2 7.1 
Total nacional 2342 140.1 99.8 
 
 Fuente: http://www.conagua.mx.CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf p. 87. 
 
De acuerdo con datos del año 2012 las PTAR´s municipales se encuentran 
distribuidas en las 13 regiones hidrológico-administrativas, tal y como como se 
registra en la tabla 5. En la región XIII, Aguas del Valle de México, existen 120 
PTAR´s en operación con una capacidad instalada de 12.2 m3/s y con un caudal 
tratado de 7.0 m3/s; una de esas PTAR´s es la PTAR que tiene a su cargo el 
Municipio de Nezahualcóyotl (CONAGUA, 2013a, p.87). A fin de cumplir el objetivo 
de remoción de contaminantes las PTAR´s desarrollan diversos tipos de 
tratamientos, cada uno de ellos con un propósito definido. En la tabla 6 se incluye 
un resumen de estos tratamientos y sus propósitos. 
Tabla 6. Propósitos de los diferentes tipos de tratamiento en PTAR´s. 
 
Fuente: Elaboración propia. 
De las PTAR´s en operación a nivel nacional el 55% del caudal se trata en 
instalaciones de lodos activados, estableciéndose este proceso como el más usado 
en México -esto debido a que este tipo de tratamiento resulta ser adecuado para el 
TIPO DE 
TRATAMIENTO PROPOSITO 
Primario. Ajustar pH, remover material orgánico e inorgánico en suspensión. 
Secundario. Remover material orgánico coloidal y disuelto. 
Terciario. Remover materiales disueltos, gases, sustancias orgánicas naturales y sintéticas, iones, bacterias y virus. 
 
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http://www.conagua.mx.conagua07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf
 
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NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO.” 
tratamiento de descargas de origen municipal-. En la figura 7 se incluye la 
distribución porcentual, por flujo tratado, de las diferentes opciones de tratamiento 
en México a datos del año 2013. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7.% de uso, por flujo tratado, de los diferentes procesos utilizados en el tratamiento de aguas residuales 
municipales en Mexico, datos 2013. Fuente: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf 
p.88. 
1.6.- La PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl, normatividad a cumplir. 
El Municipio de Nezahualcóyotl 
(figura 8) se encuentra ubicado 
en la zona oriente del Estado de 
México, con una extensión 
territorial de 63.44 Km2 (Gobierno 
del Estado de México, 2014). 
El Municipio de Nezahualcóyotl 
tiene a su cargo la operación de 
la planta de tratamiento de aguas 
residuales Ing. Jorge Ayanegui 
Suárez; ubicada en Avenida 
Bordo de Xochiaca, esquina Calle 
7, Colonia Estado de México (figura 9). Resulta de vital importancia el 
aprovechamiento eficiente de la PTAR, haciendo un uso adecuado de su 
 
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http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SGP-2-14Web.pdf
 
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infraestructura; sin embargo, el 
logro de esta meta no solo 
depende del uso y condiciones 
de los equipos sino que además 
influyen las condiciones de 
operación. 
El influente que procesa la 
PTAR se obtiene directamente 
del Canal de aguas negras Rio 
Churubusco, el cual transporta 
aguas residuales de origen 
urbano provenientes del D.F. El reúso que se le da al efluente de la PTAR es para 
el riego de áreas verdes del mismo Municipio, usándose para ello una red de 
tuberías de más de 30 km. Para que el efluente obtenido pueda tener el reúso 
propuesto se debe cumplir con los límites máximos permisibles de contaminantes, 
establecidos en las normas ambientales vigentes, mencionadas ya en la sección 1.4 
:NOM-001-SEMARNAT-1996, NOM-003-SEMARNAT-1997 y la NOM-004-
SEMARNAT-2002. Los valores de los límites máximos permisibles para el reuso 
propuesto están registrados en la tabla 7. 
La PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl tiene el siguiente tren de tratamiento: 
•Proceso primario: filtración inicial de las aguas crudas -influente- en rejillas para 
eliminar el material flotante y material grueso (que flote o que se encuentre 
suspendido en el agua); material que pudiera afectar el desarrollo del proceso de 
depuración y a los equipos de la PTAR, sobre todo a las bombas. 
•Proceso secundario: proceso de depuración biológica a través de 7 reactores de 
forma rectangular usando el proceso de lodos activados. 
 
 
 
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Tabla 7. Límites máximos permisibles en mg/l en parámetros de contaminación en aguas residuales 
tratadas para reuso en riego. 
 
 
 
 
LMP: Límite máximo permisible PM: Promedio mensual 
SST: Sólidos suspendidos totales NMP: Número más probable 
DBO5: Demanda bioquímica de oxígeno 
*: Referencia: NOM-003-SEMARNAT-1997 (DOF, 1997). 
**: Referencia: NOM-001-SEMARNAT-1996 (DOF, 1998). 
 
Fuente: Elaboración propia. 
•Sedimentación secundaria: los sólidos más pesados que el agua precipitan, 
produciéndose su separación del líquido. En la PTAR se usa un sedimentador de 
forma circular. 
•Filtración del efluente: se usan filtros de arena y filtros de disco para separar las 
partículas en suspensión del agua residual tratada. 
• Desinfección: se usa solución de hipoclorito de sodio al 13%, dosificándose al 
efluente, buscándose eliminar -o al menos disminuir- la cantidad de 
microorganismos presentes. 
•Tratamiento de los lodos excedentes del proceso: los lodos son sometidos a un 
proceso de digestión aeróbico -reduciendo la presencia de patógenos, eliminando 
olores desagradables y reduciendo su potencial de putrefacción-. Se usan 2 tanques 
rectangulares y la aireación se realiza por aspas mecánicas. Posteriormente los 
lodos pasan a un espesador circular, en donde por gravedad se elimina humedad. 
Finalmente, se deshidratan mecánicamente en un filtro prensa. El destino final de 
los lodos obtenidos en este tratamiento es su recolección y traslado al relleno 
sanitario del mismo Municipio. En las figuras 10 y 11 se muestran los diagramas de 
flujo de los trenes de tratamiento de agua y de lodos respectivamente. 
PARÁMETRO LMP (PM) PARÁMETRO LMP (PM) 
Fósforo total (mg/l) 20 ** Arsénico (mg/l) 0.2 ** 
Grasas y Aceites (mg/l) 15 * Cadmio (mg/l) 0.2 ** 
DBO5 (mg/l) 30 * Cianuro (mg/l) 2.0 ** 
SST (mg/l) 30 * Cobre (mg/l) 4.0 ** 
Temperatura (0C) y pH 40oC y 5 a 10 ** Cromo (mg/l) 1.0 ** 
Materia flotante Ausente ** Mercurio (mg/l) 0.01 ** 
Sólidos sedimentables 
(ml/l) 
1 ** Níquel (mg/l) 2 ** 
Nitrógeno total (mg/l) 40 ** Zinc (mg/l) 10** 
Plomo (mg/l) 0.5 ** Coliformes 
NMP/100ml 
1,000 * 
 
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2.- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 
El Municipio de Nezahualcóyotl tiene una población de 1, 110,565 habitantes 
(INEGI, 2010, párr. 3), con una problemática ambiental generada por el consumo 
de agua potable y la consecuente generación de aguas residuales. Las aguas 
residuales que genera el Municipio son desalojadas por el Canal de la Compañía -
ubicado en la zona limítrofe del Municipio con el Municipio de Chimalhuacán-. 
Resulta importante destacar que el agua que trata la PTAR no proviene de las 
descargas generadas del Municipio sino que proviene de los flujos originados en el 
DF en su zona oriente, específicamente del Canal Rio Churubusco. 
Administrativa y operacionalmente la PTAR depende del Municipio de 
Nezahualcóyotl, detectándose deficiencias internas que influyen directamente en la 
operación de la planta, siendo precisamente estas deficiencias el origen de la 
presente investigación. A nivel general dentro de estas deficiencias se pueden 
incluir las siguientes: 
•La última remodelación en la PTAR fue en el año 2009, de ahí a la fecha no se ha 
dado algún tipo de mantenimiento preventivo. 
•Falta de un programa de mantenimiento preventivo y correctivo, así como de las 
fichas técnicas de los equipos y de los manuales de operación y de mantenimiento. 
•Deficiencias en los equipos, incluyéndose: 
 -Descompostura de dos de las tres bombas sumergibles, marca Naboni, con 
capacidad de 35 lps y potencia de 10 HP (se usan en el bombeo de agua cruda). 
Debido a esto el flujo inicial de tratamiento en la PTAR era de solo 35 lps, cuando 
el flujo de diseño es de 100 lps. El hecho de que no se depure la cantidad de agua 
de diseño genera dos situaciones: primero, un sobre dimensionamiento en la PTAR 
ya que la capacidad de los equipos -reactores, digestores y sedimentador- está 
sobrada, elevando los costos de operación sin procesar el flujo de diseño; y 
segundo, al depurarse un volumen inferior de agua residual al diseñado provoca 
que no se cuente con la suficiente agua residual tratada para cubrir las necesidades 
de riego en el Municipio. 
 
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 -Descompostura de una de las dos bombas de recirculación de lodos y al ser 
precisamente la recirculación de lodos un parámetro importante en el control del 
proceso se afectan las condiciones de operación. 
 -Descompostura del sistema motriz del sedimentador secundario. 
•Finalmente, existen deficiencias en la capacidad operativa del personal. De los 31 
empleados de la PTAR -10 del área de laboratorio y 21 del área de operación- 21 
de ellos tiene como nivel máximo de estudios secundaria -67%- (tabla 8) y del 
personal operativo solo 2 de ellos alguna vez han tomado un curso relacionado a la 
operación de plantas de tratamiento de aguas residuales. Es recomendable elevar 
la capacidad operativa del personal, por lo que se propone la elaboración de un 
manual dirigido a los operadores, incluyéndose conocimientos básicos de 
problemática del agua, hidrometría, fundamentos de caracterización y tratamiento 
de aguas (incluido en el anexo 3 de este trabajo). Se propone la redacción de un 
manual básico de operación de las áreas de laboratorio y operativa, además de la 
propuesta de un esquema de mantenimiento preventivo y correctivo (incluidos en la 
secciones 10,11, y 12 de esta investigación). 
Tabla 8. Grado de estudios del personal de la PTAR del Municipio de Nezahualcóyotl. 
Grado de estudios del personal de la PTAR 
Sin estudios Primaria Secundaria Bachillerato TSU Licenciatura 
1 10 10 7 2 1 
 
Fuente: Elaboración propia. 
En lo que respecta al influente no existen problemas de flujo de alimentación y las 
afectaciones por lluvias, aunque existen, son mínimas. Si bien es cierto que los 
equipos de tratamiento están a cielo abierto en caso de lluvias se puede controlar 
adecuadamente las condiciones del proceso. Con relación a la determinación de la 
eficiencia del proceso esta se definió de dos formas: la primera en función al caudal 
tratado y la segunda cómo % de remoción de contaminantes del efluente en 
comparación con el influente. 
2.1.- Estrategia de Investigación 
Haciendo uso de los equipos disponibles se realizaron análisis periódicos de las 
condiciones del influente y efluente (análisis físico-químicos, evaluando parámetros 
 
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