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Tratamiento de Aguas Residuales

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Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales
Book · December 2012
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1 author:
William Antonio Lozano-Rivas
Universidad Piloto de Colombia
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CURSO
FUNDAMENTOS DE DISEÑO DE PLANTAS DEPURADORAS DE AGUAS
RESIDUALES

Autor:
Ing. WILLIAM ANTONIO LOZANO-RIVAS, MSc, PhD

BOGOTÁ D.C., COLOMBIA
Octubre de 2012

2
CONTENIDO

ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO...................................... 18

INTRODUCCIÓN GENERAL ................................................................................................ 19

UNIDAD 1. FUNDAMENTOS Y DISEÑO DE PRETRATAMIENTOS Y TRATAMIENTOS
GRUESOS.............................................................................................................................. 25

CAPÍTULO 1. DATOS DE PARTIDA ................................................................................. 25
Lección 1. Origen y Características de las Aguas Residuales ............................. 25
Lección 2. Carga contaminante y habitantes equivalentes .............................. 31
Lección 3. Esquema de depuración ....................................................................... 34
Lección 4. Consideraciones preliminares y criterios de selección ..................... 38
Lección 5. Cálculos hidráulicos................................................................................ 42
CAPÍTULO 2. PRETRATAMIENTO .................................................................................... 45
Lección 6. Caudales de diseño y canal de entrada ........................................... 46
Lección 7. Pozo de muy gruesos ............................................................................. 51
Lección 8. Desbaste .................................................................................................. 53
Lección 9. Desarenador ............................................................................................ 59
Lección 10. Desarenador-Desengrasador ............................................................. 62
CAPÍTULO 3. TRATAMIENTO PRIMARIO ........................................................................ 68
Lección 11. Fundamentos de la decantación primaria ...................................... 68
Lección 12. Tamices .................................................................................................. 71
Lección 13. Decantador primario ........................................................................... 75
Lección 14. Decantación asistida químicamente ................................................ 79
Lección 15. Manejo de residuos de pretratamiento y de lodos primarios ........ 82

UNIDAD 2. FUNDAMENTOS Y DISEÑO DE TRATAMIENTOS FINOS .................................. 84

CAPÍTULO 4. FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO BIOLÓGICO ................................. 84
Lección 16. Teoría de la aireación .......................................................................... 85
Lección 17. Equipos aireadores ............................................................................... 88
Lección 18. Teoría de la depuración biológica .................................................... 92
Lección 19. Control del proceso biológico ............................................................ 96
Lección 20. Modelos de reactores y características ............................................ 99
CAPÍTULO 5. TRATAMIENTO SECUNDARIO O BIOLÓGICO ..................................... 103
Lección 21. Lodos activados .................................................................................. 104

3
CAPÍTULO 6. TRATAMIENTO TERCIARIO Y REUSO DE AGUAS RESIDUALES
REGENERADAS .............................................................................................................. 132
Lección 26. Justificación del tratamiento terciario o avanzado ...................... 132
Lección 27. Desinfección ........................................................................................ 135
Lección 28. Nitrificación y desnitrificación ........................................................... 137
Lección 29. Eliminación de fósforo ........................................................................ 140
Lección 30. Reuso de aguas residuales regeneradas ........................................ 142

UNIDAD 3. VERTIDOS INDUSTRIALES Y TRATAMIENTOS ALTERNATIVOS ....................... 147

CAPÍTULO 7. DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES ........................ 147
Lección 31. Tratamientos mínimos requeridos para los vertidos industriales ... 147
Lección 32. Tanque de igualación ........................................................................ 149
Lección 33. Neutralización ..................................................................................... 152
Lección 34. Flotación por aire disuelto ................................................................. 155
Lección 35. Eliminación de contaminantes inorgánicos ................................... 158
CAPÍTULO 8. TRATAMIENTO EN EL SITIO DE ORIGEN ................................................ 160
Lección 36. Principios de la geodepuración ....................................................... 162
Lección 37. Trampa de grasas ............................................................................... 164
Lección 38. Tanques de decantación-digestión ................................................ 168
Lección 39. Filtro anaerobio ................................................................................... 172
Lección 40. Campode infiltración ........................................................................ 174
CAPÍTULO 9. TECNOLOGÍAS BLANDAS ..................................................................... 177
Lección 41. Sistemas de Lagunaje (Parte I) ......................................................... 178
Lección 42. Sistemas de Lagunaje (Parte II) ........................................................ 181
Lección 43. Humedales artificiales ........................................................................ 184
Lección 44. Filtros verdes ......................................................................................... 188
Lección 45. Filtros intermitentes .............................................................................. 191
Trabajos citados ............................................................................................................... 194

4
ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Contenido de las unidades y capítulos del módulo.......................... 22
Tabla 2. Principales productos de la descomposición de la materia
orgánica ................................................................................................... 27
Tabla 3. Aportes de carga por habitante y por día (valores promedio). ..... 33
Tabla 4. Equivalencias con algunos animales de cría ..................................... 33
Tabla 5. Características de las etapas de la depuración de aguas
residuales .................................................................................................. 36
Tabla 6. Niveles máximos recomendados de algunos compuestos antes de
entrar al reactor biológico (Balda R. , 2002). ...................................... 40
Tabla 7. Información adicional a la caracterización de las aguas que debe
ser evaluada antes del diseño de un sistema de depuración de
aguas residuales (Lozano-Rivas, Material de clase para las
asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012). ................ 40
Tabla 8. Rugosidad absoluta de los materiales ................................................. 44
Tabla 9. Valores de la constante K para diferentes tipos de singularidades.
.................................................................................................................... 45
Tabla 10. Valores de consumo doméstico e industrial por ciudades. ........... 47
Tabla 11. Fórmulas empíricas para el cálculo de los caudales mínimo y
punta para diferentes tamaños de población (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012) ...................................................................................... 49
Tabla 12. Criterios de diseño para el canal de entrada (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012)...................................................................................... 49
Tabla 13. Criterios de diseño para el pozo de muy gruesos (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012)...................................................................................... 52
Tabla 14. Criterios de diseño de las rejillas de desbaste (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012)...................................................................................... 57
Tabla 15. Cantidad de sólidos retenidos por las rejillas (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012) ...................................................................................... 58
Tabla 16. Velocidades de sedimentación para diferentes tamaños de
arenas a una temperatura de 16 °C y una eliminación cercana al
90% (Moreno López, 2009-2010) ............................................................ 60
Tabla 17. Criterios de diseño de los desarenadores (Lozano-Rivas, Material
de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales,
2012). ......................................................................................................... 61

5
Tabla 18. Criterios de diseño para desarenadores-desengrasadores
(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de
Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)............................................. 65
Tabla 19. Tipos de sedimentación (Lozano-Rivas, Diseño de Plantas de
Potabilización de Agua, 2012). ............................................................. 68
Tabla 20. Capacidad de trabajo de los tamices estáticos (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012)...................................................................................... 74
Tabla 21. Capacidad de trabajo de los tamices rotatorios (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012)...................................................................................... 74
Tabla 22. Criterios de diseño para decantadores primarios circulares
(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de
Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)............................................. 77
Tabla 23. Rangos óptimos de pH para aplicación de coagulantes (Lozano-
Rivas, Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de
Aguas Residuales, 2012). ........................................................................ 81
Tabla 24. Usos y dosis recomendadas para coagulantes y coadyuvantes en
tratamiento de aguas residuales (Lozano-Rivas, Material de clase
para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012). 82
Tabla 25. Características típicas de los lodos de decantación primaria
(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de
Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)............................................. 84
Tabla 26. Valores de concentración de saturación de oxígeno en agua
limpia a 1 atmósfera de presión (760 mm Hg). .................................. 86
Tabla 27. Concentraciones inhibitorias de algunos compuestos en procesos
de oxidación biológica (Lozano-Rivas, Material de clase para las
asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012). ................ 97
Tabla 28.Métodos de operación de los reactores de lodos activados
(Lozano-Rivas, Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales, 2012)
.................................................................................................................. 107
Tabla 29. Criterios de diseño según tipo de operación y medio de contacto
(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de
Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)........................................... 114
Tabla 30. Rendimientos promedio de los procesos anaerobios (Malina &
Pohland, 1992). ...................................................................................... 117
Tabla 31. Tiempos de retención celular (TRC) para diseño de los reactores
anaerobios (Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas
de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)..................................... 118
Tabla 32. Criterios de diseño de los UASB (Lozano-Rivas, Material de clase
para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012).
.................................................................................................................. 120

6
Tabla 33. Definición de la sedimentabilidad del lodo según su IVL (Lozano-
Rivas, Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de
Aguas Residuales, 2012). ...................................................................... 123
Tabla 34. Criterios de diseño para decantadores secundarios circulares
(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de
Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)........................................... 125
Tabla 35. Parámetros recomendados para el diseñode tanques de
igualación (Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de
Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)........................................... 151
Tabla 36. Contaminantes inorgánicos y su eliminación (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012).................................................................................... 158
Tabla 37. Tipo de suelo según la tasa de infiltración estimada (CIDTA.
Universidad de Salamanca, 2005), modificada por el autor. ........ 164
Tabla 38. Unidades de gasto por artefacto sanitario para el diseño de
trampas de grasa (Lozano-Rivas, Material de clase para las
asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012). .............. 165
Tabla 39. Criterios de diseño de una Trampa de Grasa (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012).................................................................................... 165
Tabla 40. Dimensiones recomendadas para las trampa grasa, según el
caudal de diseño (Lozano-Rivas, Material de clase para las
asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012). .............. 166
Tabla 41. Valores de carga hidráulica y absorción efectiva (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas
Residuales, 2012).................................................................................... 174

7
ÍNDICE DE FOTOS

Foto 1. Biofltro. Fuente: http://www.uca-
it.es/gestion/contenidos/patprocont/BiofiltroBoletin.jpg ................... 37
Foto 2. Quema de biogás. PTAR Salitre, Bogotá D.C. Fuente: Lozano-Rivas,
2001. ............................................................................................................. 38
Foto 3. Canal de ingreso a una PTAR. Foto: William Antonio Lozano-Rivas. . 50
Foto 4. Contenedor para el depósito del material extraído del pozo de muy
gruesos. Al fondo, cuchara bivalva. Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/obr
allegada/17.jpg ......................................................................................... 52
Foto 5. Rejilla media con lámina perforada para escurrimiento del material
extraído. Foto: William Antonio Lozano-Rivas. ...................................... 55
Foto 6. Operario retirando manualmente los sólidos retenidos en la rejilla. No
cuenta con una canastilla o lámina de escurrimiento. Imagen
tomada de:
http://www.huber.de/typo3temp/pics/84ea1074e6.jpg?PHPSESSID=9
e770a877a3fbf5149553f1525633a7d ...................................................... 55
Foto 7. Rejilla de limpieza mecánica con peine giratorio. Imagen tomada
de: http://www.interempresas.net/Quimica/FeriaVirtual/Producto-
Reja-de-desbaste-37170.html .................................................................. 56
Foto 8. Canales desarenadores. Foto: Enrique Padilla Díaz. Imagen tomada
de:
http://www.flickr.com/photos/gepadi/2109061728/in/photostream/
...................................................................................................................... 60
Foto 9. Desarenador-desengrasador. Imagen tomada de:
http://www.vlcciudad.com/las-depuradoras-generan-679-
toneladas-de-fangos/ ............................................................................... 63
Foto 10. Desarenador-desengrasador vacío. A la derecha se aprecia la
zona de desarenado y de extracción de arenas. También el tubo
de alimentación de aire anclado al muro (arriba) y los difusores de
aire (abajo). En la izqueira está la zona de desnatado. Al fondo de
la fotografía, en azul, el puente grúa al que se ancla el desnatador
y el tubo de succión de arenas. Imagen tomada de:
http://usuarios.arsystel.com/raulh/edar_pinedo/1124.jpg ................. 65
Foto 11. Tamiz estático. Imagen tomada de:
http://www.plantasdetratamiento.com.mx/userfiles/image/pre4(1).j
pg ................................................................................................................. 73
Foto 12. Tamiz rotatorio. Imagen tomada de:
http://www.aguamarket.com/sql/productos/fotos/TR%206100%20fu
ncionando.jpg ........................................................................................... 73
file:///F:/Documents/WILLIE/JOBS/UNAD/EDAR/01.%20MODULO%20DISEÑO%20EDAR%20FINAL.docx%23_Toc337387066
file:///F:/Documents/WILLIE/JOBS/UNAD/EDAR/01.%20MODULO%20DISEÑO%20EDAR%20FINAL.docx%23_Toc337387066

8
Foto 13. Decantador vacío. Se aprecia la campana deflectora, la poceta
de fangos, el puente móvil con las rasquetas (barredor de fangos) y
el desnatador (barredor de grasa). Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/trat
am1/5.jpg .................................................................................................... 76
Foto 14. Motor encargado de desplazar el puente del decantador. Se
aprecia el vertedero dentado para la salida del agua clarificada.
Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/trat
am1/10.jpg.................................................................................................. 76
Foto 15. Decantadores primarios de una depuradora en España. Imagen
tomada de: http://2.bp.blogspot.com/-
anQFBdV23mY/TabFuQImiWI/AAAAAAAAAA4/Nc82nRHWWYk/s1600
/DSC_0173.JPG ........................................................................................... 78
Foto 16. Serpentín de mezcla. Imagen tomada de:
http://ptecdaf.com/images/flocculator.png ...................................... 80
Foto 17. Tratamiento primario químicamente asistido. En primer plano, el
serpentín de mezcla. Imagen tomada de: http://prechistvatelni-
valgeo.com/wp-content/uploads/2011/02/DAF12.jpg ...................... 81
Foto 18. Lavador de arenas tipo Geiger. Imagen tomada de:
http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/planta-de-lavado-
de-arenas-539813.jpg ............................................................................... 83
Foto 19. Tratamiento de lodos de una depuradora. Imagen tomada de:
http://www.hawaiireporter.com/wp-
content/uploads/2011/08/Screen-shot-2011-08-02-at-7.36.03-AM.png
...................................................................................................................... 84
Foto 20. Difusores de un reactor biológico de lodos activados. Imagen
tomada de:
http://www.brightwaterfli.com/files/20050331052309_Aeration-
001.jpg ......................................................................................................... 89
Foto 21. Detalle de un disco difusor. Imagen tomada de:
http://pic.pimg.tw/twtechtextil2011/985f54070544389b30601f523673
3e0b.jpg ...................................................................................................... 90
Foto 22. Aireador superficial de flujo radial. Imágenes tomadas de:
http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/surface-aerator-
for-wastewater-treatment-560483.jpg y de http://image.made-in-
china.com/2f0j00lBsakbVKnMgp/Wastewater-Treatment-System-
Wastewater-Aerator-LY-1-.jpg ................................................................. 90
Foto 23. Cepillo de aireación en un zanjón de oxidación. Imagen tomada
de:
http://www.cstwastewater.com/upload/images/CoolahShire_Brush
Aerators.jpg ................................................................................................ 92

9
Foto 24. Filtro percolador. Ejemplo de un reactor aerobio de biomasa
adherida (cultivo fijo). Imagen tomada de:
http://www.napier.govt.nz/photos/wastewater_test_1.jpg ............. 101
Foto 25. Reactor aerobio de lodos activos de mezcla completa. Imagen
tomada de:
http://www.sswm.info/sites/default/files/toolbox/www.water-
technology.net_projects_chicago_chicago1.html.jpg ..................... 101
Foto 26. Biodiscos. Imagen tomada de:
http://www.egevasa.es/portal/export/sites/default/Tecnologia/ImagenesTecnicasEgevasa/Biodiscos1.jpg_729600497.jpg .................... 103
Foto 27. Reactor de lodos activados. Imagen tomada de:
http://www.mixing.com/site/images/019.jpg ..................................... 106
Foto 28. Piezas plásticas usadas como medio de soporte de la biomasa en
el filtro percolador. Imagen tomada de:
http://www.icceltda.com/IMAGENES/x.jpg ....................................... 113
Foto 29. Aberturas de ventilación en la base de los filtros percoladores
(Balda R. , 2001). ...................................................................................... 113
Foto 30. Base de un filtro percolador con aberturas de ventilación. En la
parte superior se aprecia el falso fondo como sistema de drenaje.
Imagen tomada de:
http://www.egevasa.es/portal/export/sites/default/Tecnologia/Ima
genesTecnicasEgevasa/FiltroPercolador1.jpg_729600497.jpg ........ 114
Foto 31. Decantador secundario de una industria de textiles. Imagen
tomada de:
http://www.texma.com.sv/images/service/P6130014.JPG .............. 123
Foto 32. Espesador de lodos. Imagen tomada de:
http://cadcamcae.files.wordpress.com/2008/05/espesador-1.jpg 128
Foto 33. Digestor Anaerobio con conducciones de biogás y recirculación
de fangos digeridos. Imagen tomada de:
http://usuarios.arsystel.com/raulh/edar_pinedo/1246.jpg ............... 129
Foto 34. Depósito de acumulación del biogás (gasómetro) y antorcha de
quemado. Image tomada de:
http://usuarios.arsystel.com/raulh/edar_pinedo/1250.jpg ............... 129
Foto 35. Filtro prensa. Imagen tomada de:
http://www.gruptefsa.com/Racer/sp/Planta%20aguas%20Doe%20R
un%20Per%C3%BA32.JPG ....................................................................... 130
Foto 36. Filtro banda. Imagen tomada de: http://1.bp.blogspot.com/-
adKAtLWzKsU/T_Ilx6pe25I/AAAAAAAAAPE/3l06iJrWgy0/s1600/Sin+t%
25C3%25ADtulo.png ............................................................................... 131
Foto 37. Muchas hortalizas son regadas con ríos que reciben efluentes
tratados de las depuradoras agua residual, pero que no reciben
tratamiento para eliminar patógenos y otros contaminantes

10
específicos. Imagen tomada de:
http://www.agenciadenoticias.unal.edu.co/uploads/pics/200909_4
d_52.jpg ..................................................................................................... 133
Foto 38. Lago Atitlán en Guatemala, afectado por la hipereutrofización
(exceso de nutrientes como nitrógeno y fósforo) que causa el
crecimiento excesivo de algas y macrófitas. Imagen tomada de:
http://www.nsf.gov/news/mmg/media/images/nitrogen_h.jpg .... 134
Foto 39. Cámara de contacto de cloro, antes de la descarga de aguas
tratadas de la depuradora. Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/trat
am3/imagenes/4.jpg .............................................................................. 135
Foto 40. Canal de contacto para desinfección de aguas residuales
tratadas. Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/trat
am3/imagenes/2.jpg .............................................................................. 136
Foto 41. Zona anóxica para desnitrificación. Imagen tomada de:
http://usuarios.arsystel.com/raulh/edar_pinedo/1207.jpg ............... 139
Foto 42. Sistema de ósmosis inversa para aguas de exceso de minería en
Yanacocha, Perú. Imagen tomada de:
http://www.esacademic.com/pictures/eswiki/79/OsmosisInversa.jpg
.................................................................................................................... 144
Foto 43. Sistema de filtros de anillas. Imagen tomada de:
http://www.hideco.es/images/equipos/MARCILLA11111.jpg ......... 144
Foto 44. Biodiscos o contactores biológicos rotativos (CBR). Imagen tomada
de:
http://www.egevasa.es/portal/export/sites/default/Tecnologia/Ima
genesTecnicasEgevasa/Biodiscos1.jpg_729600497.jpg .................... 145
Foto 45. Cámara de desinfección ultravioleta. Imagen tomada de:
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/268/365/410/410365268_486.JPG .. 146
Foto 46. Trampa de grasa con lámina perforada a manera de criba para
retención de sólidos. Imagen tomada de:
http://www.pallomaro.com/wp-content/uploads/2009/01/trampa-
de-grasas1.jpg .......................................................................................... 148
Foto 47. Trampa de grasas ubicada bajo los lavaplatos de un restaurante.
Imagen tomada de:
http://www.greenarrowenvironmental.com/wp-
content/uploads/2011/12/Small-Trap1.jpg ......................................... 149
Foto 48. Tanque de igualación. Imagen tomada de:
http://www.pantareiwater.com/wrt/image/DSC00570.JPG ........... 150
Foto 49. Unidad de flotación por aire disuelto. Imagen tomada de:
http://www.depuracionesvela.com/uploads/daf.jpg ..................... 157

11
Foto 50. Adecuación de terrenos para la instalación de un sistema
individual de tratamiento de aguas residuales, en el sitio de origen.
Imagen tomada de:
http://www.fcpa.org.pe/archivos/file/Proyectos/Proyectos%20ejecu
tados/C1L2%202009/Agua%20y%20Saneamiento/031%20Laramate/L
aramate%20-%20zanjas%20de%20infiltracion.jpg .............................. 160
Foto 51. El suelo puede ser considerado, con algunas restricciones, como
un gran filtro bioquímico. Imagen tomada de:
http://3.bp.blogspot.com/_d9ZU-
VwlMlA/TKPCfeKUfzI/AAAAAAAAABs/rSccyzocw78/s1600/suelo+deg
radado.jpg ................................................................................................ 162
Foto 52. Sistema de Lagunaje. Imagen tomada de:
http://www.widsethsmithnolting.com/files/4513/3613/9717/Civil_-
_BagleyStabilizationPonds.jpg ............................................................... 181
Foto 53. Sistema de Lagunaje. Imagen tomada de:
http://corporativoambitec.com/wp-
content/uploads/2012/03/laguna.gif .................................................. 182
Foto 54. Humedal artificial. Imagen tomada de:
http://www.biocharireland.com/uploads/1/1/1/9/11196594/6629842
_orig.jpg ..................................................................................................... 187
Foto 55. Pequeñas “parcelas” de investigación de humedales artificiales.
Imagen tomada de:
http://gemma.upc.edu/images/galeries/NEWWET/IMG_0642.JPG 187
Foto 56. Filtro Verde. Imagen tomada de:
http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/files/2011/10/Fig1_Vic
tor_IMDEA.jpg ........................................................................................... 188
Foto 57. Filtro verde. Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/tnc
/imagenes/5.jpg ...................................................................................... 190
Foto 58. Lecho de turba. Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/tnc
/imagenes/3.jpg ...................................................................................... 193

12
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Curva característica de la DBO (Ramalho, 1996). ..................... 28
Ilustración 2. Clasificación de los sólidos en las aguas (Collazos, 2008). ...... 29
Ilustración 3. Esquema del tratamiento de las aguas residuales. Tomado del
material de clase para las asignaturas de Tratamiento de
Aguas Residuales de Lozano-Rivas, W.A. ................................... 36
Ilustración 4. Etapas del tratamiento de lodos (CIDTA. Universidad de
Salamanca, 2005). .......................................................................... 38
Ilustración 5. Línea piezométrica. Tomada de: http://saint-gobain-
canalizacao.com.br ....................................................................... 42
Ilustración 6. Esquema del pretratamiento. Imagen tomada de:
http://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_resi
duales/Pretratamiento ...................................................................46
Ilustración 7. Pozo de muy gruesos. Tomada de:
http://www.consorcioaa.com/cmscaa/export/sites/default/i
mgs/1.entrada.gif ........................................................................... 51
Ilustración 8. Corte del pozo de muy gruesos. Imagen tomada de:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a5/Esque
ma_muygruesos.png ...................................................................... 53
Ilustración 9. Corte de un sistema de desbaste usando rejillas (una gruesa y
otra fina) de limpieza mecánica. Imagen tomada de:
http://www.consorcioaa.com/cmscaa/export/sites/default/i
mgs/2.desbaste.gif ......................................................................... 54
Ilustración 10. Rejilla de limpieza mecánica. Imagen tomada de:
http://www.huber.de/typo3temp/pics/3f0746d8ed.jpg?PHPSE
SSID=0221c611312d1533052042da3ab52ed4 ............................ 56
Ilustración 11. Zona de rejillas (Romero Rojas, 1999) ......................................... 57
Ilustración 12. Corte de un desarenador-desengrasador. Imagen tomada
de:
http://wastewatertreatmentplant.wikispaces.com/file/view/Gr
ift-chamber_clip_image002_0000.jpg/105369573/Grift-
chamber_clip_image002_0000.jpg modificada por el autor. . 64
Ilustración 13. Tipos de sedimentación para diferentes unidades (Arboleda
Valencia, 2000). .............................................................................. 70
Ilustración 14. Corte de un tamiz estático. Imagen tomada de:
http://www.vismec.co.th/images/sub_1224054424/STATICcapt
ure1.jpg ............................................................................................. 72
Ilustración 15. Esquema del corte de un tamiz rotatorio. Imagen tomada de:
http://www.depuradorasdeaguas.es/WebRoot/StoreES2/Shop
s/eb1450/4CAB/10F2/CA72/A18A/F3CF/D94C/9B1E/6626/tami
z-rotativo-esquema.jpg.................................................................. 74

13
Ilustración 16. Corte de un decantador primario. Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temar
io/tratam1/decantacion.htm ....................................................... 75
Ilustración 17. Descomposición biológica de la materia orgánica (Lozano-
Rivas, Material de clase para las asignaturas de Tratamiento
de Aguas Residuales, 2012). ......................................................... 85
Ilustración 18. Teoría de la doble capa de difusión molecular gas-líquido. . 86
Ilustración 19. Aireador de flujo axial. Imagen tomada de:
http://www.thewatertreatments.com/wp-
content/uploads/2009/10/surface-aerator.jpg ......................... 91
Ilustración 20. Equipo aspirante. Imagen tomada de:
http://www.isma.fr/images/aerateur/photo1_anglais.jpg ...... 91
Ilustración 21. Metabolismo aeróbico de la materia orgánica (Lozano-Rivas,
Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de
Aguas Residuales, 2012). ............................................................... 94
Ilustración 22. Metabolismo anaerobio de la materia orgánica (CIDTA.
Universidad de Salamanca, 2005). .............................................. 95
Ilustración 23. Tipos de reactores para el tratamiento de aguas residuales
(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de
Tratamiento de Aguas Residuales, 2012). ................................. 102
Ilustración 24. Esquema básico de un proceso de lodos activados. Imagen
tomada de
http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/5909/08Mj
km08de18.pdf?sequence=8 ....................................................... 104
Ilustración 25. Reactor de mezcla completa. Imagen tomada de:
http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/5909/08Mj
km08de18.pdf?sequence=8 ....................................................... 105
Ilustración 26. Reactor de flujo a pistón. Imagen tomada de:
http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/5909/08Mj
km08de18.pdf?sequence=8 ....................................................... 105
Ilustración 27. Métodos de aireación para reactores de lodos activados de
flujo a pistón (Lozano-Rivas, Material de clase para las
asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012). ..... 106
Ilustración 28. Partes de un filtro percolador. Imagen tomada de:
http://www.miliarium.com/Proyectos/depuradoras/tratamient
os/blandos/diseno6.gif ................................................................ 111
Ilustración 29. Distribución y actividad de la biomasa en un filtro percolador
(Romero Rojas, 1999). ................................................................... 112
Ilustración 30. Esquema de un filtro percolador con recirculación. Imagen
tomada de:
http://webcd.usal.es/web/EDAR/Unidades/CURSO/UNI_07/U_
07_IMG/7020601i.gif ...................................................................... 112

14
Ilustración 31. Esquema de un UASB. En la parte baja se encuentra la zona
de digestión y en la zona superior se aprecia la estructura de
sedimentación. Imagen tomada de:
http://www.uasb.org/discover/uasb-scheme.gif modificada
por el autor. ................................................................................... 118
Ilustración 32. Reactor UASB. En la parte baja se encuentra la zona de
digestión y en la zona superior se aprecia la estructura de
sedimentación (Romero Rojas, 1999). ....................................... 119
Ilustración 33. Reactor UASB (CIDTA. Universidad de Salamanca, 2005). ... 121
Ilustración 34. Reactor EGSB. Imagen tomada de:
http://www.pollutionsolutions-
online.com/assets/file_store/pr_files/12891/images/thumbnails/
800w-1_biobed_egsb_reactor_figure_1.jpg ............................. 122
Ilustración 35. Modelo 3D de un decantador secundario. Imagen tomada
de:
http://www.foro3d.com/attachments/117991d1258535656-
3ds-max-e-d-a-r-primera-fase-decantador-secundario-02.jpg
......................................................................................................... 126
Ilustración 36. Línea de fango (en amarillo) de una depuradora (Programa
de Master en Ingeniería del Agua de la Universidad de
Sevilla). ............................................................................................ 127
Ilustración 37. Proceso de nitrificación-desnitrificación de las aguas
residuales. Imagen tomada de:
http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temar
io/tratam3/imagenes/1.jpg ........................................................ 138
Ilustración 38. Esquema de un proceso Bardenpho® con una secuencia de
cuatro reactores (dos anóxicos y dos aerobios) con
recirculación del segundo al primer reactor a una tasa media
de 5 veces el caudal tratado. Imagen tomada de:
http://gabinetejmg.es/art_tec/Tec_elimi_nutrientes.pdf ....... 141
Ilustración 39. Esquema de un proceso Bardenpho® modificado, en la que
se añade un reactor anaerobio (ausente de oxígeno y
nitratos) en la cabecera que permite la eliminación de
nitrógeno y DBO también. Imagen tomada de:
http://gabinetejmg.es/art_tec/Tec_elimi_nutrientes.pdf ....... 141
Ilustración 40. Corte longitudinal de una trampa de grasas. Imagen tomada
de:
http://www.sswm.info/sites/default/files/toolbox/MOREL%2020
06%20grease%20trap.png y modificada por el autor. ........... 148
Ilustración 41. Solubilidad de hidróxidos metálicos a diferentes valores de pH
(Hoffland Environmental Inc.). .................................................... 153

15
Ilustración 42. Esquema de un tanque de neutralización para ajuste de pH
con ácido o agente alcalinizante. Imagen tomada de:
http://www.phadjustment.com/Images/jpg/CBatch_Simple.jp
g ....................................................................................................... 154
Ilustración 43. Corte de una instalación típica de lecho de caliza (Ramalho,
1996). ...............................................................................................155
Ilustración 44. Flotación provocada o acelerada (CIDTA. Universidad de
Salamanca, 2005). ........................................................................ 156
Ilustración 45. Esquema de funcionamiento de una unidad de flotación por
aire disuelto (Lozano-Rivas, Material de clase para las
asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012). ..... 157
Ilustración 46. Esquema de un sistema individual de tratamiento de aguas
residuales con 4 opciones de disposición de las aguas
residuales tratadas: 1) Riego; 2) Campo de Infiltración; 3) Pozo
de Absorción; y 4) Corriente Hídrica. Imagen tomada de:
http://www.rotoplast.com.co/wp-content/uploads/Sistema-
septico-domiciliario-diagrama.jpg ............................................ 161
Ilustración 47. Prueba de infiltración. Inicio de la prueba. Imagen tomada
de: http://www.cfia.or.cr/descargas/inflitracion.pdf ............. 164
Ilustración 48. Corte longitudinal de una trampa de grasa. Imagen tomada
de: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cosude/xv.pdf ..... 167
Ilustración 49. Corte transversal de una trampa de grasa, con cámara de
escurrimiento de la grasa extraída (a la derecha). Imagen
tomada de:
http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cosude/xv.pdf ............ 167
Ilustración 50. Corte longitudinal de un tanque séptico con filtro anaerobio
de gravas en la última cámara (Romero Rojas, 1999). .......... 169
Ilustración 51. Sistema Individual para un conjunto de viviendas con 4
opciones de disposición de las aguas residuales tratadas: 1)
Riego; 2) Campo de Infiltración; 3) Pozo de Absorción; y 4)
Corriente Hídrica. Imagen tomada de:
http://www.rotoplast.com.co/wp-content/uploads/Sistema-
septico-integrado-Diagrama.jpg ............................................... 171
Ilustración 52. Conjunto de tanque séptico con filtro anaerobio de flujo
ascendente. Imagen tomada de:
http://www.alianzaporelagua.org/Compendio/images/tecnol
ogias/tec_s/tec_s11.jpg ............................................................... 172
Ilustración 53. Sistema de tanque séptico y filtro anaerobio prefabricado.
Imagen tomada de:
http://www.depuradoras.eu/depuradoras/imagenes/grandes
/digestor.jpg .................................................................................. 173

16
Ilustración 54. Filtro anaerobio de flujo ascedente, independiente. Imagen
tomada de:
http://www.tecnifossas.com.br/filtro_anaerobio_2.jpg ......... 173
Ilustración 55. Configuración de un sistema individual con campo de
infiltración. Imagen tomada de:
http://www.fosasydepuradoras.es/image3.gif ....................... 175
Ilustración 56. Corte transversal y longitudinal de una zanja de un campo
de infiltración ................................................................................. 176
Ilustración 57. Costos asociados a una depuradora de aguas residuales
según el número de habitantes (CIDTA. Universidad de
Salamanca, 2005). ........................................................................ 178
Ilustración 58. Sistema simplificado de lagunaje. Autor: ITC, Instituto
Tecnológico de Canarias. Imagen tomada de:
http://2.bp.blogspot.com/-
8KKT2OkXvUI/TcKHOOpOc_I/AAAAAAAAAIc/raWEbLhDWHg/s
1600/Esquema+proceso+de+lagunaje.JPG ............................ 178
Ilustración 59. Laguna Anaerobia. Imagen tomada de la presentación
“Tecnologías No Convencionales para la Depuración de las
A.R.U.” del Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua
(CENTA). ......................................................................................... 179
Ilustración 60. Laguna Facultativa. Imagen tomada de: la presentación
“Tecnologías No Convencionales para la Depuración de las
A.R.U.” del Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua
(CENTA). ......................................................................................... 180
Ilustración 61. Dinámicas de transformación de energía, materia orgánica y
nutrientes, en una laguna facultativa. Imagen tomada de: la
presentación “Tecnologías No Convencionales para la
Depuración de las A.R.U.” del Centro de las Nuevas
Tecnologías del Agua (CENTA). ................................................. 180
Ilustración 62. Humedal artificial de flujo subsuperficial vertical. Autor:
Instituto Tecnológico de Canarias. Imagen tomada de:
http://2.bp.blogspot.com/-
wfxgzlUordY/Tb6n8YtkBeI/AAAAAAAAAIU/CwQv0GSh6Q4/s16
00/Humedal+Artificial+de+Flujo+Subsuperfiacial+Vertical+%25
28HAFSV%2529.JPG ...................................................................... 185
Ilustración 63. Esquemas de funcionamiento de los humedales artificiales.
Imagen tomada de: Hans Brix (Universidad de Aarhus,
Dinamarca). .................................................................................. 186
Ilustración 64. Funcionamiento de un filtro verde. Autor: Instituto
Tecnológico de Canarias. Imagen tomada de:
http://2.bp.blogspot.com/-

17
AG8EHzDz7po/TckUPexZN6I/AAAAAAAAAJs/Qd5QnXj43RM/s1
600/Esquema+Filtros+Verdes.JPG .............................................. 189
Ilustración 65. Filtro intermitente de arena. Autor: CEDEX-CENTA. Imagen
tomada de: http://2.bp.blogspot.com/--
CeMlavzyFQ/TcO0szXNB3I/AAAAAAAAAJI/1WctzuTA23M/s160
0/Filtros+intermitentes+de+arena.JPG ...................................... 191
Ilustración 66. Lechos de turba. Autor: CEDEX-CENTA. Imagen tomada de:
http://3.bp.blogspot.com/-
skfeEU6F4QY/T2xsXQWD7NI/AAAAAAAAAFA/ww5SJrzwT2k/s16
00/Secci%C3%B3n+transversal+de+un+filtro+de+turba.JPG 192

ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

El contenido de esta obra que recopila no sólo la experiencia del autor sino gran parte del
material empleado durante muchos años de docencia, ha sido elaborado por WILLIAM
ANTONIO LOZANO-RIVAS, quien es Ingeniero Ambiental y Sanitario, PhD en Biotecnología,
MSc en Ingeniería del Agua, Experto en Tecnología del Agua, con Especialización en
Creación de Modelos Ecológicos y estudios en Ciencias Hidrológicas. Fue ganador del
“Development Co-operation Prize”, otorgado por el Ministerio de Desarrollo Europeo, por
su trabajo investigativo e innovación tecnológica en tratamiento de aguas. Ha trabajado en
diversos proyectos hídricos y de saneamiento ambiental para la Empresa de Acueducto y
Alcantarillado de Bogotá, la Secretaría Distrital de Ambiente, el Instituto Colombiano de
Normas Técnicas y Certificación -ICONTEC- y la Pontificia Universidad Javeriana, entre otros.
En el año 2011 fue el coordinador del primer proyecto en Colombia para la evaluación de
alternativas para la recuperación de ríos urbanos. Como consultor independiente, cuenta
con una importante experiencia en el diseño, control y tratamiento de aguas residuales
industriales y de agua potable. Tiene una notable trayectoria como docente de pregrado y
postgrado de diversas universidades públicas y privadas en Colombia y como profesor
visitante de postgrado en la Escuela Universitaria Politécnica de la Universidad de Sevilla,
España. Es autor de varios libros y artículos científicos en prestigiosas revistas nacionales e
internacionales y autor y coautor de múltiples capítulos de libro en temas de gestión
urbana, tecnología ambiental, tratamiento de agua y manejo de recursos naturales.

INTRODUCCIÓN GENERAL

En la actualidad, más de 2600 millones de personas no tienen acceso a saneamiento básico
en el mundo y 1200 millones carecen de abastecimiento de agua potable (Madrazgo, 2009).
La carencia de una formación académica en las universidades de Latinoamérica que enfatice
en la enseñanza de soluciones económicas, efectivas y con posibilidad de autoconstrucción,
se constituye en un obstáculo para remediar estas graves deficiencias; las tecnologías
convencionales enseñadas por los docentes resultan, en más de la mitad de los casos,
inapropiadasy, además, inalcanzables, dadas las limitaciones financieras, técnicas y
administrativas de los países pobres donde el déficit de estos servicios básicos es crítico y
las necesidades en saneamiento crecen a un ritmo mucho mayor que sus recursos
económicos (Lozano-Rivas, Gutiérrez de Piñeres, Hernández, Romero, & Sánchez, 2009).

Lo anterior es, sin duda, una de las razones que impide avances visibles en materia de
cobertura de servicios de agua y saneamiento, porque es de todos conocido que la mayor
parte de estas carencias se concentran, especialmente, en comunidades con un bajo nivel
de ingreso, las cuales son también las que muestran un crecimiento poblacional más
elevado. Es sabido además que las mayores inversiones se realizan en las grandes ciudades,
lo que deja a la deriva los pequeños conglomerados y las zonas rurales, incentivando la
migración hacia los núcleos urbanos en busca de una mejor calidad de vida. El acelerado
crecimiento de estas urbes, aunado a la llegada permanente de familias campesinas y de
bajos recursos (muchas de ellas padeciendo el desplazamiento forzado) que intentan
ubicarse en los barrios marginales y suburbanos, dificulta también una gestión efectiva en
materia de saneamiento (Lozano-Rivas, 2009).

Los fenómenos de conurbación, aunados al crecimiento de la industria, así como al
advenimiento de nuevas tecnologías, sustancias químicas y productos, han incrementado
ostensiblemente el aporte y el nivel contaminante de los vertidos líquidos, la mayoría sin
ningún tipo de tratamiento, a los ecosistemas acuáticos. Esta realidad se recrudece al
conocer que las cifras del que fuera, hace casi un lustro, Viceministro de Agua y
Saneamiento Básico, señalaban que únicamente el 9% de las aguas residuales que se
generan en el país, son tratadas y que, adicionalmente, se tiene un déficit de cerca de 900
depuradoras según Jairo Romero Rojas, profesor de la Escuela Colombiana de Ingenieros
(Diario El Espectador, 2008).

Así, el país necesita de profesionales que tengan los conocimientos básicos y los criterios
esenciales, no sólo para seleccionar y diseñar las mejores opciones de tratamiento para
aquellas industrias y poblaciones que todavía lanzan sus desechos líquidos a los cauces
naturales que, casi siempre, son utilizados aguas abajo, como fuente de abastecimiento,
con grave amenaza para la salud pública, sino también para optimizar y garantizar una

20
adecuada operación de la infraestructura existente en las depuradoras (Lozano-Rivas,
2012).

Por esta razón, este curso tiene como objetivo principal, darte a conocer de forma sucinta,
práctica y didáctica, los criterios fundamentales que te permitan el dimensionamiento de
las unidades más frecuentemente usadas para la depuración de las aguas residuales en el
ámbito urbano, rural e industrial. Es preciso reconocer que la ciencia de la depuración de
las aguas servidas es un tema de mucha profundidad que abarca extensos conceptos de
bioquímica, microbiología, cinética, matemática e hidráulica, además de los aspectos
ambientales y sociales, por lo que de ninguna manera es posible abarcarla en un curso
universitario. De la misma manera, como lo repetiré en varios ocasiones durante las
lecciones, dimensionar tanques no presenta mayor dificultad pero, seleccionar los criterios
de diseño y las alternativas para cada uno de los procesos y operaciones unitarias
involucradas en el tratamiento del agua residual, sólo debe hacerse fundamentado en
repetidos análisis y ensayos de laboratorio que permiten dilucidar la dinámica de las
reacciones bioquímicas y fenómenos físicos y mecánicos que aseguran las eficiencias
requeridas en cada caso y para cada tipo de agua en particular.

El presente módulo se estructura en 3 unidades, 9 capítulos y 45 lecciones que pretenden
brindar las herramientas que permitan afianzar conceptos formadores de criterio en la
identificación de las necesidades de tratamiento, la selección de las mejores unidades, la
propuesta de soluciones individuales y el diseño de la unidades involucradas en cada etapa
de tratamiento para cada tipo de agua, así como para la optimización de sistemas de
depuración existentes.

En la Unidad 1 “Fundamentos y diseño de pretratamientos y tratamientos gruesos”, se
encuentran temas relacionados con el origen y características de las aguas residuales, las
consideraciones preliminares y los datos de partida necesarios para el diseño de
depuradoras, con un repaso de los cálculos hidráulicos requeridos. De igual forma, se
expone el diseño y funcionamiento de las unidades de pretratamiento y tratamiento
primario en los esquemas convencionales de depuración. La Unidad 2 “Fundamentos y
diseño de tratamientos finos”, hace énfasis en los conceptos esenciales del tratamiento
biológico de las aguas residuales y en el diseño de las unidades de tratamiento secundario
y terciario. De manera breve se tocarán temas de reúso de los efluentes de las depuradoras,
llamados aguas residuales regeneradas. Por último, la Unidad 3 “Vertidos industriales y
tratamientos alternativos” está dedicada a exponer el funcionamiento y los criterios para el
diseño de unidades de depuración de residuos industriales líquidos, tratamientos en el sitio
de origen, fundamentados en la geodepuración (muy empleada en las zonas rurales y
pequeños conglomerados), así como también para las tecnologías blandas (o naturales), las
cuales son usadas en casi el 50% de los sistemas de tratamiento de aguas residuales de
Latinoamérica por su bajo costo y escasas demandas en operación y mantenimiento.

21
Debe tenerse en cuenta que las fórmulas y coeficientes recomendados por un libro técnico
o incluidos en las Normas o Reglamentos de diseño, no eximen al proyectista de aplicar su
propio criterio si está debidamente sustentado en sus investigaciones, en su propia
experiencia o en nuevos avances científicos.

¡Éxitos!

El Autor.

22
Tabla 1. Contenido de las unidades y capítulos del módulo.
UNIDAD 1
Nombre de la
Unidad
FUNDAMENTOS Y DISEÑO DE PRETRATAMIENTOS Y TRATAMIENTOS
GRUESOS
CAPÍTULO 1 DATOS DE PARTIDA
Lección 1 Origen y características de las aguas residuales
Lección 2 Carga contaminante y habitantes equivalentes
Lección 3 Esquema de depuración
Lección 4 Consideraciones preliminares y criterios de selección
Lección 5 Cálculos hidráulicos
CAPÍTULO 2 PRETRATAMIENTO
Lección 6 Caudales de diseño y canal de entrada
Lección 7 Pozo de muy gruesos
Lección 8 Desbaste
Lección 9 Desarenador
Lección 10 Desarenador-Desengrasador
CAPÍTULO 3 TRATAMIENTO PRIMARIO
Lección 11 Fundamentos de la decantación primaria
Lección 12 Tamices
Lección 13 Decantador primario
Lección 14 Decantación asistida químicamente
Lección 15 Manejo de residuos de pretratamiento y de lodos primarios
UNIDAD 2
Nombre de la
Unidad
FUNDAMENTOS Y DISEÑO DE TRATAMIENTOS FINOS
CAPÍTULO 4 FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO BIOLÓGICO

23
Lección 16 Teoría de la aireación
Lección 17 Equipos aireadores
Lección 18 Teoría de la depuración biológica
Lección 19 Control del proceso biológico
Lección 20 Modelos de reactores y características
CAPÍTULO 5 TRATAMIENTO SECUNDARIO O BIOLÓGICO
Lección 21 Lodos activados
Lección 22 Filtro percolador
Lección 23 Sistemas anaerobios
Lección 24 Decantador secundario
Lección 25 Manejo de lodos secundarios
CAPÍTULO 6
TRATAMIENTO TERCIARIO Y REUSO DE AGUAS RESIDUALES
REGENERADAS
Lección 26 Justificación del tratamiento terciario
Lección 27 Desinfección
Lección 28 Nitrificación y desnitrificación
Lección 29 Eliminación de fósforo
Lección 30 Reúso de aguas residuales regeneradas
UNIDAD 3
Nombre de la
Unidad
VERTIDOS INDUSTRIALES Y TRATAMIENTOS ALTERNATIVOS
CAPÍTULO 7 DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
Lección 31 Tratamientos mínimos requeridos para losvertidos industriales
Lección 32 Tanque de igualación
Lección 33 Neutralización
Lección 34 Flotación por aire disuelto

24
Lección 35 Eliminación de contaminantes inorgánicos
CAPÍTULO 8 TRATAMIENTO EN EL SITIO DE ORIGEN
Lección 36 Principios de la geodepuración
Lección 37 Trampa de grasas
Lección 38 Tanques de decantación-digestión
Lección 39 Filtro anaerobio
Lección 40 Campo de infiltración
CAPÍTULO 9 TECNOLOGÍAS BLANDAS
Lección 41 Sistemas de Lagunaje (parte I)
Lección 42 Sistemas de Lagunaje (parte II)
Lección 43 Humedales artificiales
Lección 44 Filtros verdes
Lección 45 Filtros intermitentes

UNIDAD 1. FUNDAMENTOS Y DISEÑO DE PRETRATAMIENTOS Y TRATAMIENTOS
GRUESOS

CAPÍTULO 1. DATOS DE PARTIDA

La formulación de un “Plan de Depuración”, podría resumirse en los siguientes puntos:

1. Caracterización
 Origen y naturaleza de las aguas residuales
 Estado de las redes de alcantarillado
 Localización y características de los puntos de vertido
 Dinámica de contaminación de los cauces fluviales receptores de los vertidos
2. Diagnóstico ambiental
 Evaluación de Impacto Ambiental
3. Establecimiento de objetivos de calidad
 Planteamiento de metas alcanzables y necesarias
4. Propuesta y estudio de las soluciones técnicas
 Comparación técnica y económica (incluye planes de financiación y costos
de mantenimiento y operación)
5. Selección de la mejor combinación de procesos y conveniencia tecnológica
6. Aspectos institucionales y operativos (sostenibilidad técnica y financiera)

En este esquema básico de trabajo, se hace necesario conocer con certeza el agua residual
que será depurada, la concentración de la materia orgánica que debe ser eliminada, su
caudal, su carga contaminante y su equivalencia en el número de habitantes, entre otros.
Estos datos de partida permiten efectuar una selección acertada de las unidades y de los
criterios de diseño que deben emplearse para alcanzar las eficiencias requeridas por la
normativa vigente.

En este capítulo se presentarán los datos de partida más relevantes para establecer,
estructurar, definir y trazar el planteamiento del “Plan de Depuración”, que son aplicables
a las descargas líquidas de poblaciones, urbes e industrias.

Lección 1. Origen y Características de las Aguas Residuales

Actualmente, la humanidad -en todos los niveles- viene mostrando creciente preocupación
por la conservación del entorno. Algunos mercados europeos han bloqueado su dinámica
transaccional a muchas industrias contaminadoras, obligándolas a adoptar estrategias o
políticas de producción más limpia (PML), buenas prácticas de manufactura (BPM) y

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mejores tecnologías disponibles (BTA, por sus siglas en inglés), entre otras medidas
enmarcadas en Planes de Mejoramiento Continuo y de Responsabilidad Socioambiental
Empresarial.

1.1. Contaminación hídrica

Desafortunadamente, las aguas residuales (al igual que los residuos sólidos) son un
producto inevitable de la actividad humana. En la antigüedad, diferentes civilizaciones
(desarrolladas por obvias razones en las riberas de ríos y lagos) hicieron uso de la capacidad
de asimilación o autodepuración del agua, pero con descargas tan pequeñas que sus
vertidos no presentaban mayor problema. No obstante, la densificación actual de las
ciudades y el crecimiento poblacional e industrial, entre otros aspectos, ha ocasionado que
esta capacidad limitada de autopurificación de los cuerpos hídricos haya sido excedida. Por
esta razón, se hace necesario “asistir” a la naturaleza mediante la instalación de
depuradoras y unidades de tratamiento de las aguas servidas.

Se considera como contaminación hídrica, la presencia de formas de energía, elementos,
compuestos (orgánicos o inorgánicos) que disueltos, dispersos o suspendidos alcanzan una
concentración tal, que limita cualquiera de los otros usos del agua (consumo humano, uso
agrícola, pecuario, industrial, recreativo, estético, conservación de flora y fauna, etc.). Esta
definición deja en evidencia que el uso del agua depende, de manera ineludible, a sus
características físicas, químicas, microbiológicas y organolépticas que definen su calidad en
función del uso establecido por una normativa.

1.2. Origen de las aguas residuales

Las aguas residuales, entonces, tienen diversos orígenes (e.g. doméstico, industrial,
pecuario, agrícola, recreativo) que determinan sus disímiles características. Las aguas
residuales pueden clasificarse de la siguiente manera:

 Agua Residual Doméstica (ARD): residuos líquidos de viviendas, zonas residenciales,
establecimientos comerciales o institucionales. Estas, además, se pueden subdividir
en:
Todos los cuerpos de agua poseen una capacidad natural y LIMITADA de dilución y
“autopurificación” de los elementos que incorpora, conocida como Capacidad de
Asimilación o Capacidad de Carga (Lozano-Rivas, 2012).
Las aguas residuales son aquellas aguas de desecho que contienen una gran cantidad
de sustancias contaminantes y que han sido empleadas en alguna actividad humana
sea doméstica, industrial, pecuaria, agrícola o recreativa.

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o Aguas Negras: aguas que transportan heces y orina, provenientes del
inodoro.
o Aguas Grises: aguas jabonosas que pueden contener grasas también,
provenientes de la ducha, tina, lavamanos, lavaplatos, lavadero y lavadora.
 Agua Residual Municipal o Urbana (ARU): residuos líquidos de un conglomerado
urbano; incluye actividades domésticas e industriales y son transportadas por una
red de alcantarillado.
 Agua Residual Industrial (ARI): residuos líquidos provenientes de procesos
productivos industriales, que incluso pueden tener origen agrícola o pecuario.

1.3. Características fisicoquímicas de las aguas residuales

Una cuidadosa y completa caracterización de las aguas residuales que pretenden ser
tratadas, es fundamental para asegurar el éxito de la depuradora. El fracaso de la mayor
parte de las depuradoras (al menos las conocidas por este autor) incluyendo la PTAR de una
de las ciudades más importantes del país, obedece a una mala caracterización de las aguas,
ya que impide seleccionar correctamente los tratamientos y aplicar criterios adecuados
para el diseño.

Materia orgánica: es la fracción más relevante de los elementos contaminantes en las aguas
residuales domésticas y municipales debido a que es la causante del agotamiento de
oxígeno de los cuerpos de agua. Está formada principalmente por CHONS (Carbono,
Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Azufre) constituyendo las proteínas (restos de origen
animal y vegetal), los carbohidratos (restos de origen vegetal), los aceites y grasas (residuos
de cocina e industria) y los surfactantes (detergentes).

Tabla 2. Principales productos de la descomposición de la materia orgánica
Tipo de materia orgánica
Tipo de descomposición
Aeróbica Anaeróbica
Nitrogenada
Nitratos (NO3=), anhídrido
carbónico (CO2), agua (H2O),
sulfatos (SO4=)
Mercaptanos, indoles, escatol,
ácido sulfhídrico (H2S),
cadaverina y putrescina.
Carbonácea
Anhídrido carbónico (CO2),
agua (H2O)
Anhídrido carbónico (CO2), gas
metano (CH4), gas hidrógeno
(H2), ácidos, alcoholes y otros.

Oxígeno disuelto: Es un parámetro fundamental en los ecosistemas acuáticos y su valor
debería estar por encima de los 4 mg/L para asegurar la sobrevivencia de la mayor parte de
los organismos superiores. Se usa como indicador de la contaminación o, por decirlo así, de
la salud de los cuerpos hídricos. Para el correcto funcionamiento de los tratamientos
aerobios de las aguas residuales, es necesario asegurar una concentración mínima de 1
mg/L.

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Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): es una medida indirecta de la cantidad de materia
orgánica contenida en una muestra de agua, determinada por el consumo de oxígeno que
hacen los microorganismos paradegradar los compuestos biodegradables. Se evalúa
analíticamente incubando una muestra con microorganismos por 5 días a 20 °C, tiempo
después del cual se lee la concentración final de oxígeno y se compara con la inicial; esta
prueba es conocida como DBO5 o DBO estándar1. También se hacen, eventualmente,
pruebas a 7 días (DBO7) y a 20 días (DBO última - DBOu o total – DBOt). Para las aguas
residuales domésticas, se estima que:

DBO5  0,75 DBOu

Una curva característica de la DBO evidencia que a los 5 días se ha degradado cerca del 70%
de la materia orgánica y que a partir del día 10 ésta curva se hace asintótica, como se
muestra en la Ilustración 1.

Ilustración 1. Curva característica de la DBO (Ramalho, 1996).

Demanda Química de Oxígeno (DQO): es también una medida indirecta de la cantidad de
materia orgánica contenida en una muestra. A diferencia de la DBO, esta prueba emplea un
oxidante fuerte (dicromato de potasio – K2Cr2O7) en un medio ácido (ácido sulfúrico –
H2SO4) en vez de microorganismos. Para el control de una depuradora, este método se
prefiere sobre el de la DBO, debido a que el resultado de la DQO se obtiene en unas 3 horas
y con un error mucho menor que la DBO obtenida a los 5 días.

1 Un error aceptable en la prueba de la DBO se estima que puede oscilar cerca de un 25%
y podría alcanzar hasta un 35%. Esta considerable discrepancia pone en tela de juicio la
conveniencia de su uso en el control de vertimientos y su empleo como argumento para
ejecutar procesos sancionatorios.

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La relación entre la DQO y la DBO es usada para estimar la biodegradabilidad de un vertido
así:

DQO/DBO ≥ 5 (No biodegradable)
DQO/DBO ≤ 1,7 (Muy biodegradable)

Para un ARD, esta relación oscila entre 2,0 y 2,5.

Tanto la DQO como la DBO se emplean para determinar la calidad del agua o la carga
contaminante de un vertido, para diseñar las unidades de tratamiento biológico y para
evaluar y/o controlar la eficiencia de los tratamientos.

Para mayor claridad en los conceptos de DBO y DQO, se recomienda consultar el documento “Medida de la
Contaminación Orgánica” de Ronzano y Dapena: Ir al documento

Sólidos: La materia orgánica se presenta, a menudo, en forma de sólidos. Estos sólidos
pueden ser suspendidos (SS), disueltos (SD), los que también pueden ser volátiles (SV), los
cuales se presumen orgánicos, o fijos (SF) que suelen ser inorgánicos. Parte de los sólidos
suspendidos pueden ser también sedimentables (SSed). Esta clasificación se muestra en la
Ilustración 2. Todos ellos se determinan gravimétricamente (por peso).

Ilustración 2. Clasificación de los sólidos en las aguas (Collazos, 2008).

Potencial de hidrógeno (pH): tiene importancia en el control de los procesos biológicos del
tratamiento de las aguas residuales (TAR). La mayoría de los microorganismos responsables
http://www.mediafire.com/view/?01s8pcefjwm6fb3

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de la depuración de las aguas residuales se desarrollan en un rango de pH óptimo entre 6,5
y 8,5 unidades.

Nitrógeno: es el componente principal de las proteínas y es un nutriente esencial para las
algas y bacterias que intervienen en la depuración del agua residual. Puede presentarse en
forma de nitrógeno orgánico (presente en las proteínas), nitrógeno amoniacal2 (producto
de la descomposición del nitrógeno orgánico)3 y formas oxidadas como nitritos y nitratos.
Valores excesivamente altos de nitrógeno amoniacal (>1500 mg/L) se consideran
inhibitorios para los microorganismos responsables del TAR.

Fósforo: es, junto con el nitrógeno, un nutriente esencial para el crecimiento de los
microorganismos. No obstante, valores elevados pueden causar problemas de
hipereutrofización en los cuerpos de agua lóticos (e.g. lagos, embalses, lagunas).

Las características típicas de las aguas residuales urbanas y otras industriales, pueden ser consultadas en
este documento: Ir al archivo y hacer clic en descargar, para una mejor lectura

1.4. Características microbiológicas de las aguas residuales

Un vertido de aguas residuales aporta una gran cantidad de materia orgánica que sirve de
alimento para hongos y bacterias encargados de la mayor parte de su descomposición.
Finalmente, los protozoos ciliados se alimentan de las bacterias, puliendo u optimizando el
tratamiento del agua.

Bacterias: son los principales responsables de la degradación y estabilización de la materia
orgánica contenida en las aguas residuales. Su crecimiento óptimo ocurre a pH entre 6,5, y
7,5. Algunas de las bacterias son patógenas, como la Escherichia coli, indicador de
contaminación de origen fecal.

Hongos: predominan en las aguas residuales de tipo industrial debido que resisten muy bien
valores de pH bajos y la escasez de nutrientes.

Protozoos: en especial los ciliados, se alimentan de bacterias y materia orgánica, mejorando
la calidad microbiológica de los efluentes de las PTAR.

Actinomicetos: son bacterias filamentosas conocidas por causar problemas en reactores de
lodos activados, generando la aparición de espumas (foaming) y pérdida de
sedimentabilidad del lodo, hinchamiento o bulking filamentoso, incrementando los sólidos

2 Amoniaco (NH3) y amonio (NH4+).
3 La suma del nitrógeno orgánico y el amoniacal es conocido como Nitrógeno Total
Kjeldahl, por la prueba analítica con la que se determinan estas formas.
http://www.mediafire.com/view/?1wcyj01duqfcf41

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del efluente y la disminución de la eficiencia del TAR. Uno de los actinomicetos más
recurrente en los reactores es la Nocardia.

Una revisión más profunda de la microbiología de las aguas residuales, puede ser consultada en el
documento “Revisión mínima de la microbiología fundamental de las aguas residuales” de Lozano-Rivas
(2012): Ir al archivo y hacer clic en descargar, para una mejor lectura

Lección 2. Carga contaminante y habitantes equivalentes

No es posible establecer con precisión unos valores “estándar” para las aguas residuales
independientemente de su origen, sea doméstico, urbano o industrial. Los hábitos
alimenticios, la calidad de vida o la pobreza, hacen variar las características fisicoquímicas y
microbiológicas de los efluentes domésticos. En las ciudades, los vertidos de las actividades
económicas e industriales hacen variar los parámetros; incluso, dos industrias de igual
naturaleza que manejen un proceso productivo similar, pueden generar aguas servidas de
características disímiles.

2.1. Carga contaminante

Aunque la concentración de un parámetro específico nos dice mucho de las características
contaminantes de un vertido, en el diseño de las unidades de tratamiento de las aguas
residuales y aún en los procesos de control de la contaminación hídrica (aunque todavía no
se use como criterio sancionatorio) es mucho más significativo el concepto de CARGA
CONTAMINANTE, la cual involucra también la valoración del caudal vertido.

Por ejemplo, la empresa “Anita” puede tener un vertido con una concentración de DQO
aparentemente baja (e.g. 20 mg/L) pero descarga un caudal excesivamente alto (e.g. 400
L/s) en el río. De otro lado, la industria “Berta” puede descargar un caudal muy pequeño
(e.g. 0,1 L/s) pero con unos niveles de concentración de DQO, significativamente altos (e.g.
80000 mg/L) al río. ¿Cuál empresa sería la más contaminante?

Si juzgamos estos vertidos según la concentración de DQO, podríamos sostener que la
empresa “Berta”, con 80000 mg/L de DQO es mucho más contaminante que “Anita” que
vierte sólo 20 mg/L. Nada más falso. La contaminación de un vertido o la cantidad de
materia orgánica aportada por un vertido, no sólo es función de su concentración medida
en DQO (u otro parámetro análogo) sino también de su caudal, debido a que la inclusión de
esta última variable, permite valorar dicho aporte en el tiempo.

La CARGA CONTAMINANTE, entonces,es la concentración (del parámetro medido en la
descarga) por el caudal vertido. Se expresa frecuentemente en kg/d y debe entenderse
como una masa de contaminantes aportada en una unidad de tiempo.
http://www.mediafire.com/view/?k44609234fau1ol

Carga Contaminante = Concentración * Caudal * 0,0864

Donde,

Carga contaminante (en kg/d)
Concentración (en mg/L)
Caudal (en L/s)

El valor 0,0864 es un factor de conversión para pasar de mg/s a kg/d, que se explica a
continuación:

1
𝑚𝑔
𝑠
∙
86400 𝑠
1 𝑑
∙
1 𝑘𝑔
1000000 𝑚𝑔
=
86400
1000000
= 0,0864
𝑘𝑔
𝑑

Si retomamos el ejemplo de las industrias “Anita” y “Berta”, tenemos que:

Nombre de la
industria
Concentración de
DQO (mg/L)
Caudal
vertido (L/s)
Carga contaminante (kg/d)
Anita 20 400 20*400*0,0864 = 691,2 kg/d (DQO)
Berta 80000 0,1 80000*0,1*0,0864 = 691,2 kg/d (DQO)

Como se puede apreciar, ambas industrias están aportando la misma cantidad de
contaminación al río.

Los parámetros más usados para estimar la carga contaminante a nivel mundial son: DBO5,
DQO, SST (Sólidos Suspendidos Totales), N (Nitrógeno) y P (Fósforo). No obstante, de ser
conveniente para un estudio específico, pueden emplearse otros parámetros distintos. En
Colombia, los parámetros más usados son DBO5 y SST.

2.2. Habitantes equivalentes

De la misma forma, considerando que no existen dos industrias iguales y con el fin de
ponderar la carga contaminante de un vertido industrial tomando como referente del
aporte del mismo contaminante a nivel doméstico, se ha adoptado el concepto de
HABITANTES-EQUIVALENTES4 (h-eq).

Una vez se tenga estimada la carga contaminante del vertido industrial, el número de
habitantes equivalentes se determina dividiendo la carga, por el aporte que hace un
habitante, es decir, una persona, por día, para el mismo parámetro.

4 Conocido también como población equivalente (pob-eq).

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Habitantes equivalentes (h-eq) = Carga contaminante/Carga por persona

Aunque en Colombia no se tiene oficializada una cifra del aporte diario de una persona para
ninguno de los parámetros, algunos de estos valores, fundamentados en la normativa
europea, se exponen en la Tabla 3.

Tabla 3. Aportes de carga por habitante y por día (valores promedio).
Parámetro Aporte de 1 habitante equivalente (h-eq)
DBO5 60 g/d
DQO 135 g/d
SST 90 g/d
N 10 g/d
P 4 g/d
Valores fundamentados en la Directiva 91/271/CEE (21 de mayo de 1991) de la Comunidad Europea y ajustados por el
autor con base en estimaciones propias para Colombia y España.

Por ejemplo, la industria “Berta” (ver numeral 2.1.) que aporta una carga contaminante de
691,2 kg/d de DQO, tiene un número de habitantes equivalentes, considerando un aporte
por habitante de 0,135 kg/d (135 g/d), de:

ℎ − 𝑒𝑞 =
691
𝑘𝑔
𝑑
𝐷𝑄𝑂
0,135
𝑘𝑔
𝑑
𝐷𝑄𝑂
= 5118,5 ≈ 5119 ℎ − 𝑒𝑞

También suele emplearse algunas equivalencias con los desechos líquidos generados de la
cría de algunos animales de granja y de lugares o edificaciones que prestan servicios
especiales, tal como se muestra en las Tablas 4 y 5.

Tabla 4. Equivalencias con algunos animales de cría
Animal Habitantes equivalentes (h-eq)

4 h-eq

3 h-eq

2,5 h-eq
Datos tomados del CIDTA de la U. de Salamanca, España. Imágenes tomadas de Office.com

Lugar Habitantes equivalentes (h-eq)

1 paciente de hospital = 4 h-eq

1 huésped de hotel = 2 h-eq

1 niño de guardería = 0,5 h-eq

1 campista = 0,7 h-eq
Datos tomados del CIDTA de la U. de Salamanca, España. Imágenes tomadas de Office.com

Lección 3. Esquema de depuración

La depuración de las aguas residuales, a cualquier escala, tiene como objetivos principales
la protección de la salud pública y la conservación de la calidad hidrobiológica de los
ecosistemas acuáticos.

El diseño de una depuradora dependerá, inicialmente, del origen (tipo) de agua a tratar, de
las características fisicoquímicas del efluente y del cumplimiento de la legislación vigente.

3.1. ¿Qué es una depuradora?
Pregunta de análisis: ¿por qué la gallina siendo un animal tan pequeño tiene una carga
contaminante equivalente a la generada por 2,5 personas?

Una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) o Estación Depuradora de Aguas
Residuales (EDAR), es el conjunto de procesos y operaciones unitarias encaminadas a la
depuración de las aguas residuales antes de su vertido al cuerpo receptor, mitigando el
daño al medio acuático (Lozano-Rivas, Antecedentes y Definiciones Básicas - Presentaciones
del curso "Diseño de Depuradoras de Aguas Residuales". (Documento en PDF), 2012).

De esta manera, la depuración de las aguas residuales busca eliminar o disminuir la
concentración de sustancias o elementos contaminantes que afectan la calidad del agua o
fuente receptora para un uso específico.

3.2. Operaciones y procesos unitarios de una depuradora

Debemos recordar que la diferencia entre operaciones unitarias y procesos unitarios radica
en que las primeras (operaciones unitarias) hacen referencia a unidades y procedimientos
en donde prevalecen mecanismos de tipo físico en las que no se presentan cambios a nivel
químico (e.g. una rejilla de retención de sólidos, un desarenador) mientras que los procesos
unitarios involucran reacciones químicas o bioquímicas y cambios a nivel molecular (e.g.
una unidad de coagulación y floculación, un reactor biológico, una torre de adsorción, una
cámara de desinfección).

De esta manera, los contaminantes de las aguas residuales pueden ser eliminados o
reducidos mediante la aplicación de uno o más fenómenos de tipo:

 Físico (operaciones unitarias de separación física)
 Químico (procesos unitarios de transformación química)
 Biológico (procesos unitarios de transformación bioquímica)

En los procesos unitarios de transformación bioquímica o reactores biológicos, la
degradación, reducción o eliminación de contaminantes se consigue por la intervención de
microorganismos que aprovechan la materia orgánica soluble e insoluble para alimentarse,
generar nuevos compuestos, gases y energía, así como también para multiplicarse,
generando nuevas células (síntesis celular). Estos procesos biológicos pueden dividirse en
dos grandes grupos:

 Procesos Aerobios
o En presencia del oxígeno libre generado por algas o alimentado por
dispositivos mecánicos.
 Procesos Anaerobios
o en ausencia de oxígeno libre

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Estos procesos y operaciones unitarias intervienen en diferentes etapas de la depuración
de las aguas residuales. El esquema de depuración se representa en la Ilustración 3:

Ilustración 3. Esquema del tratamiento de las aguas residuales. Tomado del material de clase para las
asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales de Lozano-Rivas, W.A.

Esta clasificación, mundialmente aceptada, corresponde al grado de depuración obtenida,
como se muestra en la Tabla 5.

Tabla 5. Características de las etapas de la depuración de aguas residuales
Etapa Objetivo
Unidades más
representativas
Tipo de
fenómenos
principales
involucrados
Niveles de eficiencia
Pretratamiento
Remover sólidos
gruesos para evitar
atascos, abrasión y
daños a tuberías,
bombas, equipos y a
otros elementos de la
depuradora.
 Pozo de gruesos
 Rejillas
 Desarenador
 Desengrasador
 Tanque de
Igualación u
homogenización
(efluentes
industriales,
especialmente)
 Tanque de
neutralización
(efluentes
industriales,
especialmente)
Físicos.

Químicos
(neutralización).
No se considera que
se logren
remociones
significativas en DBO
y SST.
Tratamiento Primario
Remover la mayor
parte de la materia
orgánica suspendida
decantable.
 Decantadores
primarios (por
gravedad o asistidos
químicamente)
 DAF (unidades de
flotación por aire
Físicos.

Químicos