Obtención de parámetros hidrodinámicos, fisicoquímicos y químicos para la operación eficiente del tratamiento de aguas residuales municipales en el sistema humedal de la UAM-Azcapotzalco

169 páginas. Doctorado en Ciencias e Ingeniería.El agua siempre ha sido un factor determinante de los seres vivos; en México la CONAGUA reporta en sus Estadísticas del Agua en México, que del total de aguas residuales municipales solo se trata el 35%, mientras de las aguas residuales industriales y las descargadas directamente a cuerpos receptores de propiedad nacional, únicamente es el 18% el agua tratada. Las aguas residuales no tratadas aportan contaminantes orgánicos e inorgánicos, tanto nutrientes como compuestos potencialmente tóxicos, microorganismos patógenos, residuos de fertilizantes, plaguicidas y los llamados contaminantes emergentes, a los cuerpos receptores causando el deterioro de calidad del agua. En los últimos años, los sistemas naturales de tratamiento de aguas residuales se han establecido en todo el mundo como una alternativa a los sistemas convencionales, entre ellos, se tienen a los humedales naturales y a los artificiales, asimismo, los sistemas lagunares, donde se pueden realizar combinaciones, ya que tienen ventajas respecto a otros sistemas de tratamiento en cuanto a costos iníciales competitivos de construcción, bajos costos de operación y mantenimiento, poco personal especializado para su operación y mantenimiento, además son estéticamente agradables a la vista. Del caudal total de aguas residuales tratadas (83.6 m3/s)en 2008, de las 1833 plantas de tratamiento de aguas residuales municipales, sólo el 0.56% recurrió al uso de humedales como su proceso principal. Este proyecto tuvo como objetivo el evaluar los parámetros tanto hidrodinámicos, como los fisicoquímicos y químicos que permitan hacer eficiente el tratamiento de un agua municipal en un sistema Humedal-Laguna piloto instalado en la Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco, donde uno de sus objetivos fue el obtener las características para diseñar sistemas de tratamiento a mayor escala de aguas residuales, principalmente en aquellas poblaciones que no tienen ningún tipo de tratamiento, principalmente en las comunidades rurales. Para mejorar la eficiencia del tratamiento se remodeló y realizaron pruebas previas, físicas, fisicoquímicas y químicas en el humedal sub-superficial de flujo horizontal (SSFH). Una primera fase experimental fue el diseño a escala del humedal para las pruebas hidráulicas e hidrológicas, así como en el humedal remodelado. En un fase posterior se sembraron las plantas hidrófitas Phragmitesaustralisy Typha latifolia, monitoreando la tasa de crecimiento yse obtuvieron los parámetros fisicoquímicos, asimismo se modeló el transporte de sólidos totales en suspensión (ST) y la hidrodinámica del humedal mediante el software IBER, para finalmente obtener las cinéticas de degradación de la materia orgánica (MO) a través de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y de la demanda química de oxígeno (DQO), de los ST, compuestos nitrogenados y fósforo en dos periodos (en la época de estiaje y en el periodo posterior a las lluvias). Finalmente se evaluó la calidad del agua tratada por el humedal SSFH utilizando y comparando dos índices de Calidad del Agua, el colombiano y el mexicano.Water has always been a determining factor of living beings. In Mexico, the CONAGUA reports in its Water Statistics in Mexico, 35% of the total municipal wastewater is treated, while the industrial wastewater and those discharged directly to receiving bodies of national ownership, treatment percentage is 18%. Untreated wastewater contributes organic and inorganic contaminants, nutrients and potentially toxic compounds, pathogenic microorganisms, fertilizer residues, pesticides and the so-called emerging contaminants, to receiving bodies causing water quality deterioration. In recent years, natural wastewater treatment systems have been established around the world as an alternative to conventional treatment systems, including natural and man-made wetlands, as well as lagoon systems, where combine, since they have advantages over other treatment systems, such as: competitive initial construction costs, low operation and maintenance costs, require few unskilled personnel, for their operation and maintenance, in addition, they are aesthetically pleasing to the eye. However, in Mexico, where the shortage of the vital liquid and its wide contamination, it is important to pay attention to this type of treatment systems. Of total volume of treated wastewater (83.6 m3 / s) in 2008, of 1833 municipal wastewater treatment plants, only 0.56% resorted to use of wetlands as their main process. The objective of this project was to evaluate hydrodynamic parameters, as well as the physicochemical and chemical parameters that allowed the municipal water treatment to be made efficient in a wetland-pilot system installed in the Autonomous Metropolitan University, Azcapotzalco Unit, where one of its objectives was the obtaining characteristics for the development of treatment systems for a larger scale of wastewater, mainly in the populations that do not have any type of treatment, mainly in rural communities. To improve the efficiency of the treatment, it was remodeled and prepared previous physical, physicochemical and chemical tests in the sub-superficial horizontal flow wetland (SSFH). A first experimental phase was the design of a wetland scale for hydraulic and hydrological tests, as well as the remodeled wetland. At a later stage, the phytamitesaustralis and Typha latifolia hydrophytic plants were planted, monitoring the growth rate and the physicochemical parameters were obtained, the transport of total suspended solids (ST) and the hydrodynamics of the wetland using the IBER software were also modeled. Obtain the techniques of degradation of organic matter (COD), SST, nitrogen compounds and phosphorus in two periods (in the dry season) and in the period after the rains). Finally, the quality of the water treated by the SSFH wetland was evaluated, using and comparing the water quality indexes, the Colombian and the Mexican.Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México)

Evaluación de la calidad del agua de la laguna de Chignahuapan, Almoloya del Río, Edo. de México

La Laguna Chignahuapan pertenece al sistema lacustre de la Cuenca Alta Lerma, tiene serios problemas como: pérdida de agua por secado natural, fracturas y entrega de agua a la Ciudad de México, más descargas contaminantes. Es un área natural protegida para conservación de aves y biodiversidad; su hidrología está en riesgo, por lo que es importante vigilar su calidad. Se determinaron parámetros físico-químicos y químicos, también metales potencialmente tóxicos para la biota; la dureza del agua fue importante por la relación con los metales y su potencial tóxico. La temperatura del agua, oxígeno disuelto, DBO, DQO, los metales Pb y Zn, no mostraron condiciones deseables para mantener una buena vida acuática de acuerdo a los Criterios Ecológicos de Calidad del Agua, CE-CCA-001/89. Cu y Cd están todavía por debajo de límite de detección. Fe y Mn no presentan riesgo para la biota de acuerdo con éstos criterios.Chignahuapan Lagoon belongs to Lacustrine System of Upper Lerma Basin, it has serious problems as: water loss by natural drying, fractures and delivery of water to Mexico City, further pollution discharges. Is a Protected Natural Area for conservation of birds and biodiversity; its hydrology is at risk, so it is important to monitor its water quality. Were determined, physico-chemical and chemical parameters, also potentially toxic metals for biota; water hardness was important by the relationship with metals and its toxic potential. Water temperature, dissolved oxygen, BOD, COD, Pb and Zn metals, showed no desirable conditions to sustain a good aquatic life according to the Ecological Water Quality Criteria, CE-CCA-001/89. Cu and Cd are still below to detection limit, Fe and Mn aren´t present risk for biota according Criteria

Influencia de la dosificación de dos adsorbentes en la remoción de Cd (II) en solución acuosa

La adsorción es una técnica alternativa para la remoción de metales en solución acuosa, su diseño es de bajo costo y genera cantidades mínimas de residuos. En esta investigación se utilizó el modelo de Langmuir para determinar la influencia en el comportamiento adsortivo del Cd (II) con diferentes dosis de adsorbente (bagazo de cebolla y bagazo de coco), respectivamente. Se utilizó el contacto batch con pH y temperatura constante. El área superficial fue mayor para el bagazo de cebolla y los grupos funcionales en ambos adsorbentes fueron asociados a celulosa, hemicelulosa y lignina. Las capacidades máximas de adsorción (qmax) fueron de 79.36 y 50.32 mg. g-1, respectivamente, empleando 0.5 g de adsorbente. Por lo que el uso de estos adsorbentes sin modificación química son materiales viables para adsorber Cd (II).Adsorption is an alternative technique for the removal of metals in aqueous solution, it is design is low cost and generates minimal amounts of waste. In this investigation, the Langmuir model was used to determine the influence on the adsorptive behavior of Cd (II) with different doses of adsorbent (onion bagasse and coconut bagasse), respectively. Batch contact with constant pH and temperature was used. The surface area was greater for onion bagasse and the functional groups in both adsorbents were associated with cellulose, hemicellulose and lignin. The maximum adsorption capacities (qmax) were 79.36 and 50.32 mg. g-1, respectively, using 0.5 g of adsorbent. Therefore, the use of these adsorbents without chemical modification are viable materials for adsorbing Cd (II)

Superficial sediment evaluation of a dam in the state of Mexico, Mexico as deposit of Cd, Cu and Pb metals

El río Lerma en el Estado de México está muy contaminado por vertidos industriales, municipales y agrícolas. La presa José Antonio ha sido contaminada por este río con compuestos inorgánicos y orgánicos, además de una gran cantidad de material suspendido. Esta presa actúa como un regulador de avenidas, donde sus sedimentos se utilizan para mejorar el suelo agrícola de los alrededores. Se realizó una evaluación a través de la distribución geoquímica de metales pesados en los sedimentos de esta presa, donde actúan como secuestrantes de metales. Conocer la composición y la morfología de estos sedimentos puede proporcionar información para comprender la movilidad química de los diferentes metales pesados que contiene y el posible riesgo para la salud.Lerma River in The México State is very contaminated by industrial, municipal and agricultural discharges. The José Antonio dam has been contaminated by this river with inorganic and organics compounds, furthermore a large amount of suspended material. This dam acts as a regulator of avenues, where its sediments are used to improve the agricultural soil of the surroundings. An evaluation was carried out through the geochemical distribution of heavy metals in the sediments of this dam, where they act as metal sequestrants. Knowing the composition and morphology of these sediments can provide information to understand the chemical mobility of the different heavy metals it contains and the potential risk to health

Water quality indices in a lagoon system with screens in Mexico

Se presenta la eficiencia del tratamiento del agua residual municipal de un sistema lagunar piloto conformado con canales, donde cada uno contiene formas curvas con pendientes que mejoran la capacidad del tratamiento y evita las zonas muertas. La eficiencia del tratamiento de este sistema se evaluó a través del Índice de Calidad del Agua (ICA) en varios sitios de la laguna, midiendo los diferentes parámetros en varias secciones de este. El ICA resume estos parámetros y genera un criterio confiable de la calidad del agua evaluada. El ICA obtenido en el Sistema Lagunar fue "contaminado" al principio hasta "aceptable" a la salida del sistema de acuerdo con el modelo aplicado por CONAGUA. Por lo tanto, se concluye que el agua de tratamiento podría ser aceptable para riego.The efficiency of municipal wastewater treatment of a lagoon pilot system with channels where each one contains curved forms with slopes that improve treatment capacity and avoids dead zones is presented. Treatment efficiency of this system was evaluated through the Water Quality Index (WQI) in several sites of the lagoon, measuring the different parameters in several sections of this. WQI summarizes these parameters and generates a reliable criterion of water quality evaluated. WQI obtained in the Lagoon System was "contaminated" at the beginning until "acceptable" at the exit of the system, according to the model applied by CONAGUA. Therefore, it is concluded that treatment water could be acceptable for irrigation

Determinación de las constantes cinéticas para la degradación de nitratos mediante un humedal sub-superficial de flujo horizontal con P. australis y T. latifolia

Se determinó la degradación de nitratos mediante un humedal sub-superficial de flujo horizontal con curvas peraltadas, con tres lechos porosos de tezontle, sembrado con P. australis y T. latifolia, localizado en la UAM-Azcapotzalco. Para obtener las constantes cinéticas se obtuvieron los tiempos de retención hidráulica y la concentración de nitratos en dos temporadas del año, estiaje y periodo posterior a lluvias. Se obtuvieron coeficientes de Manning y Darcy, porosidad aparente del sustrato, se modeló la velocidad de flujo; parámetros que se utilizaron para obtener los tiempos de retención hidráulicos por sitio. Se midieron: temperatura, pH, potencial redox, oxígeno disuelto. Se observaron tres regiones en el perfil de las curvas cinéticas: región uno con curvas convexas, no correspondientes a cinéticas típicas, la segunda líneas casi rectas, obteniéndose cinéticas de orden cero y en la tercera perfiles cóncavos típicos de cinéticas de orden uno. Se logró una buena capacidad de tratamiento.Nitrate degradation was determined by a horizontal subsurface flow wetland with sloped curves and three porous beds of tezontle, planted with P. australis and T. latifolia, located at UAM-Azcapotzalco. To obtain the kinetic constants, the hydraulic retention times and the nitrate concentration were obtained in two seasons of the year, during the dry season and after the rainy season. Manning and Darcy coefficients were obtained, apparent porosity of the substrate, the flow rate was modeled; parameters that were used to obtain hydraulic retention times per site. They were measured: temperature, pH, redox potential, and dissolved oxygen. Three regions were observed in the profile of the kinetic curves: region one with convex curves, not corresponding to typical kinetics, in the second, almost straight lines were obtained and corresponding to zero order and the third was a concave profiles, typical kinetics of order one, a good treatment capacity was obtained

Curvas de evolución del sistema CO2(ac)-HCO3-- CO32- en aguas del río Lerma y de la presa José Antonio Alzate

Este trabajo se enfoca al caso del río Lerma y de la presa José Antonio Alzate en el estado de México, reciben aguas residuales industriales y agrícolas. El estado del sistema carbonato de un agua influye sobre los contaminantes, ya que uno de los usos de estas aguas es para riego. Es importante conocer, dada su contaminación, la condición de equilibrio del sistema carbonato en el agua del río y de la presa. El sistema carbonato es un amortiguador de los cuerpos acuáticos. Se estudió en este trabajo la construcción de curvas de evolución (diagramas de Tillmans) del sistema carbonato para cada cuerpo de agua, se consideraron las constantes de equilibrio ácidas para el sistema carbonato y el producto de solubilidad para el CaCO3. Los muestreos se realizaron en dos periodos, después de lluvias y en el estiaje.This work focuses on the Lerma River and the José Antonio Alzate Dam case in the State of Mexico, these water bodies receiving industrial and agricultural wastewater. The carbonate system state influences pollutants, since one of the uses of these waters is for irrigation. It is important to know, given its contamination, the equilibrium condition of the carbonate system in water from river and the dam. The carbonate system is a buffer of aquatic bodies. The construction of evolution curves (Tillmans diagrams) of the carbonate system for each water body was studied in this work; the acid equilibrium constants for carbonate system and solubility product for CaCO3 were considered. Sampling was carried out in two periods, after rains and in the dry season

Remoción de fósforo mediante un humedal de subsuperficial de flujo horizontal

Se estudió la cinética de degradación del fósforo en un humedal sub superficial de flujo horizontal (SSFH), se consideraron secciones sembradas con Phragmites australis (carrizo) y Typha latifolia (tule) y curvas con peralte entre los canales para un flujo homogéneo y sin cortos circuitos. Para las constantes cinéticas de degradación, se calcularon los tiempos de retención hidráulica (TRH) y la concentración de fosfatos en el estiaje de 2017, Para el cálculo del TRH por sitio se utilizaron: coeficientes de Manning, porosidad aparente del sustrato y velocidad de flujo. Se midieron: temperatura, pH, potencial redox, oxígeno disuelto. Se observaron tres secciones en el perfil de las cinéticas, causadas por las curvas del humedal y las regiones de carrizo y tule, se ajustaron las constantes a un estándar de 20°C. El tratamiento del fósforo produjo bajo rendimiento, es necesario completar éste mediante una laguna de oxidación u otro humedal.Phosphorus degradation kinetics were studied in a sub-surface wetland with horizontal flow (SSFH), three sections planted with Phragmites australis (Reeds) and Typha latifolia (Tule) were considered, with curves between channels for a homogeneous flow and without short circuits. For the kinetic constants of degradation, hydraulic retention times (TRH) and concentration of phosphates in the dry season of 2017 were calculated. For the THR calculation per site, the following parameters were used: Manning coefficients, apparent porosity of the substrate and flow velocity. Also were measured: temperature, pH, redox potential, and dissolved oxygen. Three sections were observed in the profile of the kinetics, caused by the curves of the wetland and the regions of reed and Tule; the constants were adjusted to a standard of 20 ° C. The phosphorus treated produced low yield, it is necessary to complete this through an oxidation lagoon or another wetland

CAPTACION Y TRATAMIENTO DE AGUA DE LLUVIA

El impacto que ha tenido la mano del hombre sobre la Tierra y las consecuencias que esto ha causado, han hecho indispensable la implementación de estrategias orientadas a la protección y el cuidado del medio ambiente. El agua es un recurso natural de suma importancia para cualquier forma de vida en el planeta. Sin embargo, en la actualidad, la contaminación y la sobreexplotación del recurso nos han obligado a buscar alternativas sustentables que nos provean de este vital líquido. Una de esas alternativas es el uso del agua que precipita. En el presente trabajo se da una propuesta de diseño para un sistema eficiente de captación de agua de lluvia, proponiendo la construcción de algunas adecuaciones en las instalaciones existentes en puntos estratégicos que llevan como objetivo la captación de la mayor cantidad de agua que precipita, para su posterior tratamiento y aprovechamiento