Propuesta de sistema doméstico para pretratamiento de aguas residuales

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

Ingeniería Ambiental

“Propuesta de sistema doméstico para pretratamiento de aguas residuales”

Proyecto final

Integrantes:

Corona Heredia José Carlos Fajardo Aguirre José Ignacio Fuentes Almaraz Jorge

Profesor: Salvador Fernando Arvizu Amador

Grupo: 3MV7

3 de diciembre del 2019

Introducción

En este trabajo se propone un sistema doméstico de pretratamiento de aguas residuales como proceso previo al ingreso al sistema de alcantarillado de aguas residuales municipales. Esta propuesta está delimitada a edificios de departamentos o viviendas de menor tamaño.

Objetivo

Proponer y construir el modelo a escala de un sistema de pretratamiento [1] de aguas residuales a nivel doméstico, en edificios de departamentos en la CDMX. El sistema será delimitado a la remoción de sólidos flotantes de gran tamaño, arena y grasa.

Justificación

En México en el año 2015, de las aguas residuales provenientes de abastecimiento urbano, público y rural (municipales), sólo el 52.7% se trataba. Esto es equivalente a 214.6m3 por segundo, de los cuales se reusó el 18.9% antes de su descarga. El resto del agua residual fue descargada directamente el ríos, lagos y mares. Aunado al impacto ambiental, derivado de la ya normalizada descarga de aguas residuales, en el mismo año se registraron 3754 muertes debido a enfermedades infecciosas intestinales provocadas por agua y productos agrícolas contaminados [2].

Es clara la necesidad de aumentar la capacidad de tratamiento de aguas residuales urbanas, con el principal objetivo de reducir el impacto ambiental. Esto presentaría, a largo plazo, reducción de costos derivados de la contaminación del agua, que en el año 2015 ascendieron a 57,403 mddp, lo equivalente al 0.3% de PIB [2]; estos costos aumentan proporcionalmente respecto al crecimiento de la población debido a la demanda de recursos hídricos.

La ciudad de méxico cuenta con 29 plantas de tratamiento de aguas residuales, de las cuales 27 utilizan el proceso secundario de lodos activados, una planta aplica el terciario (remoción de materiales que incluyen gases, sustancias orgánicas naturales y sintéticas, iones, bacterias y virus [3]) y otra el proceso primario (sedimentación) [4]. Cabe señalar que, de dichas plantas, la mayoría no funciona en toda su capacidad debido a falta de mantenimiento en las mismas, así como en las redes de aguas residuales.

Algunas de las etapas de tratamiento de agua suelen ser complejas, en el sentido de la necesidad de grandes contenedores para procesos como sedimentación y flotación, así como el uso de sustancias especiales. Esto complica cualquier intento de tratar las aguas residuales a nivel doméstico en todos sus etapas, sin embargo la

implementación un proceso previo (pretratamiento) que utilice materiales de fácil adquisición y reemplazo, en edificios de departamentos o conjuntos pequeños, por ejemplo, permitiría eficientar el tratamiento de aguas residuales en las plantas ya existentes.

Marco teórico

Las aguas residuales de definen como los fluidos residuales en un sistema de alcantarillado, derivados del uso de agua en una casa, comunidad, granja o industria, que contiene materia orgánica disuelta o suspendida [5]. Éstas producen un nivel de contaminación al agua que puede manifestar la presencia de sólidos, desechos orgánicos, detergentes, jabones y grasas.

El tratamiento de aguas residuales tiene como objetivo la reducción de consumo de agua potable en aquellas actividades que no la requieren.[pic 1]

Figura 1. Uso de agua residual tratada por los establecimientos que presentan plantas de tratamiento de aguas residuales en la Ciudad de México (2014) [3].

Las fases generales del tratamiento de aguas residuales son las siguientes [6]:

• Pre-tratamiento: se retiran los componentes más grandes (rocas, papel, troncos, etc.).
• Tratamiento primario: se retiran los componentes más finos (arena, grava, limo, arcilla, etc.).
• Tratamiento secundario: uso de lodos para convertir a los microorganismos en componentes fácilmente removibles.
• Manejo de biosólidos: los lodos excedentes se digieren (por incineración, oxidación o digestión aeróbica), deshidratan y almacenan para su posterior manejo.
• Desinfección (tratamiento terciario): se inactivan bacterias, virus y cualquier patógeno para evitar daños a la salud de las personas.
• Producto final: el agua depurada se utiliza para fines agrícolas y ganaderos en su mayoría y el resto retorna al medio ambiente.

Las aguas residuales sometidas a las fases de tratamiento mencionadas han de cumplir con un determinado nivel de limpieza. La calidad del agua se mide a través de los siguientes tres indicadores:

• Demanda bioquímica de oxígeno (DBO): indicador de la materia orgánica que

disminuye el oxígeno en el agua.

• Demanda química de oxígeno (DQO): indicador de descargas industriales.
• Sólidos suspendidos totales (SST): provenientes principalmente de descargas residuales y erosión del suelo.

Estos niveles para la calidad del agua encuentran aplicación y respaldo a través de las normas oficiales mexicanas emitidas por la SEMARNAT:

• NOM-001-Semarnat: Límites máximos de contaminantes en la descarga de aguas residuales a mares y ríos.
• NOM-002-Semarnat: Límites máximos de contaminantes permitidos en la descarga de aguas residuales a sistema de alcantarillado urbano o municipal.
• NOM-003-Semarnat: Límites máximos permisibles de contaminantes en las aguas residuales tratadas que se producen en los servicios públicos.
• NOM-004-Semarnat: Especificaciones y límites máximos de contaminantes permitidos en lodos y biosólidos para su aprovechamiento y disposición final.

Para la etapa de pre-tratamiento contemplada en este proyecto se toman como referencia los parámetros establecidos en la NOM-002-Semarnat (tabla 1).[pic 2]

Tabla 1. Límites máximos permisibles para descarga de aguas residuales a sistemas de alcantarillado urbano o municipal [7].

Desarrollo

El sistema propuesto consta de dos etapas, la primera de filtrado de sólidos y la segunda para la separación de grasas y sólidos finos no disueltos (figura 2).[pic 3]

Figura 2. Diagrama del sistema propuesto.

La primera etapa realiza el filtrado de sólidos; cuenta con diferentes tamaños de grava además del uso de arena. La grava de mayor tamaño se coloca en el fondo de contenedor, posteriormente se van colocando capas más finas de grava hasta que se coloca una capa de arena en la parte superior, donde se verterá el agua residual; ésta pasará a través de las etapas mencionadas y los elementos sólidos mezclados serán retenidos.

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