Este documento presenta información sobre el tratamiento de aguas y desechos. Describe las principales fuentes de contaminación del agua, los contaminantes comunes en aguas residuales, y los procesos involucrados en el tratamiento primario, secundario y terciario de aguas, incluyendo clarificadores, lodos activados, digestión anaerobia y desinfección. También cubre temas como patógenos en aguas, composición típica de aguas residuales, sedimentación de sólidos, y microorganismos relevantes para el tratamiento

1. Universidad Autónoma de Nuevo León
Facultad de Ciencias Biológicas
Tratamiento de aguas y desechos
Dr Hugo Luna
Instituto de Biotecnología

2. FUENTES NO
PUNTUALES
CIUDAD
RURAL
SUBURBIOS
PARCELA
ESTABLOS
PLANTA DE TRATAMIENTO
FUENTES
PUNTUALES
FABRICA
Fuentes de contaminación del agua

3. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Sólidos suspendidos
Orgánicos
biodegradables
Patógenos y
parásitos
Nutrientes
Contaminantes de interés
en aguas residuales
Contaminantes
prioritarios
Orgánicos
refractarios
Metales pesados
Inorgánicos disueltos

4. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Planta de tratamiento de aguas

5. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Salida
de agua
4
3
3 3
3
3 Entrada
3 2
3 1 de agua
Lodo 3 2 2
1 1
2 2 1 1
2 1
1
Desechos 1
Reciclaje
de lodo
1.- Clarificadores primarios
2.- Tanques de lodos activados
3.- Clarificadores finales
4.- Tanques de cloración

6. TRATAMIENTO PRIMARIO TRATAMIENTO PRIMARIO DESINFECCION Y LIBERACION
(Oxidación Biológica)
1 Tamizaje, separación 4 El efluente es desinfectado
y molido de deschos 3 Efluente primario se sujeta por clorinación y liberado
a aireación; los microorga- al ambiente,
2 Sedimentación nismos oxidan la materia
de materia orgánica.
orgánica
Efluente
Drenaje Clorinador
Tanque de
sedimentación
primaria
Efluente
Sistema de Tanque de secundario
lodos activados sedimentación
Lodo primario
Lodo secundario
del tanque de
Digestor anaeóbico sedimentación
de lodos
6 El lodo efluente 7 El lodo es
es secado removido a
Lodo rellenos o
efluente tierras agrí-
5 Lodo resultante se colas
se digiere anaerobicamente
con la producción de metano.
DIGESTION DE LODO

7. Rejilla F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Bombas Proceso de Tratamiento de
Tornillo Clarificador
Desarenador
Primario Aguas Municipales
Reactor
Biológico Clarificador
Cárcamo de Secundario
Bombeo Sifón
Arenas
Río
Pesquería
Tanque de
Espesador Contacto de
Espesador de Bandas Cloro
Primario
Digestor
Anaeróbico
Filtro
Banda
Disposición
Final

8. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Principales etapas en el tratamiento de aguas de desecho
Etapa del tratamiento Procesos
Remoción del material particulado insoluble
mediante sedimentación, tamizaje, adición
Primario
de alumina, diversos agentes de coagulación
y otros procedimientos físicos.
Remoción biológica de materia orgánica di-
suelta mediante sistemas de filtros rodantes.
Secundario lodos activados, lagunas de oxidación, siste-
mas de aireación extendidos y digestores
anaeróbicos.
Remoción biológica y química de nutrientes
Terciario
inorgánicos e inactivación de virus.

9. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Dósis infectivas mínimas de algunos patógenos
Organismos Dósis
Salmonella 104 - 107
Shigella 101 - 102
Escherichia coli 106 - 108
Vibrio cholerae 103
Campylobacter 103 - 106
Giardia lamblia 101 - 102
Crytosporidium 101 quistes
Entamoeba coli 101 quistes
Ascaris 1 - 10
Virus de hepatitis 1 - 10 UFP

10. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Patógenos humanos en aguas de desecho
Organismos Enfermedades relacionadas
Bacterias
Aeromonas hydrophila Gastroenteritis y otras patologías
Campylobacter Diarrea principalmente, común en avícolas
Helicobacter pylori Gastritis, úlceras pépticas y carcinomas gástricos
Legionella pneumophila Fiebre de los legionarios
Leptospira Efectos hemorrágicos
Mycobacterium Tuberculosis
Pseudomonas aeruginosa Infecciones cutáneas
Salmonella enteritidis Diarrea y fiebres
Vibrio cholerae Cólera
Vibrio parahaemoliticus Diarrea en consumidores de mariscos
Yersinia enterocolitica Gastroenteritis
Protozoarios
Acanthamoeba Encefalitis granulomatosa amibiana
Cryptosporidium Enterocolitis aguda
Giardia lamblia Diarreas
Naegleria fowleri Meningoencefalitis amibiana

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Composición típica de aguas de desecho domésticas no tratadas
Concentración (mg/l)
Contaminantes
Baja Moderada Alta
Sólidos totales 350 720 1200
Disueltos 250 500 850
Volátiles 105 200 325
Sólidos Suspendidos 100 220 350
Volátiles 80 165 275
Sólidos Sedimentables 5 10 20
Demanda Bioquímica de O2 110 220 400
Demanda Química de O2 250 500 1000
Carbono Orgánico Total 80 160 290
Nitrógeno (Total como N) 20 40 85
Orgánico 8 15 35
Amonio 12 25 50
Nitritos 0 0 0
Nitratos 0 0 0
Fósforo (Total como P) 4 8 15
Orgánico 1 3 5
Inorgánico 3 5 10

12. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Sedimentación de
sólidos en aguas
residuales

13. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

14. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Unidad Válvula de Válvula de
Pasamanos de control drenaje purgado
Tambor giratorio
Bafles
Salida de
espuma
Rotor con propelas
ajustables
Salida de
lodos

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Esquema de filtros trampa
Brazo aspersor
rotatorio
Cama de piedras
recubierta con
bacterias y hongos
aeróbicos
Desechos Salida
líquidos

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Tratamiento Secundario Aeróbico - Filtro trampa

17. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Roca del filtro trampa cubierta por una biopelícula

18. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Tratamiento Secundario Aeróbico - Tanque de lodos activados

19. Tipos de microorganismos indicadores de problemas
en operaciones de lodos activados.
Causas Microorganismos
Baja carga orgánica Microthrix parvicella
Nocardia sp.
Haliscomenobacter hydrossis
Bajo oxígeno disuelto Sphaerothilus natans
Thiothrix sp
Presencia de sulfuros Thiothrix sp
Beggiatoa sp
Bajo pH Hongos
Deficiencia de nutrientes Thiothrix sp

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Efluent
primario
Tanque de
Tanque de
sedimentación
aereación
Efluente
claro
Aire
A
Retorno digestión
de lodos
de lodos
activados Exceso
de lodos
secundarios
Sistema de lodos activados

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Moscas
Pirámide de
Energía
Insectos,
Gusanos
Rotíferos,
Nemátodos
Protozoarios
holozóicos
ic s
tr ria
as
to te
au Bac
óf
HUMUS,
LODO
Bacterias y hongos heterotrofos;
protozoarios saprófitos
Sólidos orgánicos muertos
Desechos orgánicos solubles
INFLUENTE
Materia orgánica degradada
Sales minerales EFLUENTE

22. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Componentes básicos requeridos
Influente Tanque Efluente
Reactor sed.
Reactor aeróbico
anaeóbico
Recirculación de lodos
Desecho
de lodos
Procesos “PhoStrip”
Influente Tanque Efluente
Reactor
sed.
aeróbico
Reciclamiento de lodos
Reactor FT
anaeróbico con pH
alto
Desecho de lodos Cal

23. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Zona 1 Zona 2 Zona 3 Clarificador
anaeróbica anóxica rica en oxígeno secundario
Efluente
Consumo de
Del tratamiento Materia orgánica fosfato
disuelta y coloidal O2
primario Agua
+
Bacterias Creci- Bacterias Creci- Bacterias Creci- clara
miento miento miento
Retorno Lodo
de lodos activado
activados
Acidos PO4 - 3 PO4 - 3 NO3 -
Acidos
orgánicos
orgánicos
NH4 + + NH4 + NH4 +
Aireación Remoción
NO3- de lodos con
fosfatos
orgánicos
Mezclador excedentes
Retorno de lodos activados
Tratamiento
de lodos
Remoción biológica de fosfatos y nitratos

24. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Gas Metano
Entrada Capa de Espuma Remoción
de Lodo de Espuma
Sobrenadante Remoción del
Sobrenadante
Lodo en Digestión Activa
Lodo Estabilizado
Digestor anaeróbico de lodos

25. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

26. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

27. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Sedimentación Sedimentación
primaria secundaria
Agua Agua
cruda tratada
Lodos para
tratamiento
o disposición
Detalles del disco
Unidad de Biodisco

28. Técnica / Soporte
Atrapamiento:
Alginato
Técnicas de inmovilización
Carragenano
de microorganismos
Poliacrilamida para tratamiento de
Agarosa aguas residuales
Acarreadores epóxicos
Quitosano
Celulosa
Gelatina
Adsorción
Capa de arena
Ladrillo poroso
Virutas de madera
Enlace Covalente
Hidroxietil Acrilato

29. Ventajas de usar células inmovilizadas
en el tratamiento de aguas residuales
1) Continua operación del reactor sin problemas de lavado celular.
2) Facilidad de separación celular a partir de la mezcla de reacción .
3) Alta densidad celular.
4) Facilidad de reutilizar células .
5) Facilidad de mezclar células con diferentes capacidades biológicas .
6) Eficiencia en la productividad debido a un incremento en la concentración celular
por un volumen dado.
7) Aumento en la estabilidad de microorganismos o sus enzimas.
8) Disminución en los volúmenes de reactores
9) Protección de los microorganismos del estrés ambiental
10) Bajos costos de operación

30. Algunos microorganismos involucrados en la
remoción / recuperación de metales a partir de
aguas residuales
Microorganismos Metal
Zooglea ramigera Cobre
Saccharomyces cereviseae Uranio y otros metales
Rhizopus arrhizus Uranio
Chlorella vulgaris Oro, Zinc, Cobre, Mercurio
Aspergillus orhizae Cadmio
Aspergillus niger Cobre, Cadmio, Zinc
Penicillum spinolosum Cobre, Cadmio, Zinc
Trichoderma viridae Cobre

31. Tipos de microorganismos involucrados en la
degradación de compuestos recalcitrantes
Contaminantes Microorganismos
Compuestos Achromobacter, Alcaligenes , Acinetobacter , Arthrobacter,
Fenólicos Azotobacter, Bacillus, Flavobacterium , Pseudomonas putida,
Pseudomonas aeruginosa , Nocardia.
Benzoatos y Arthrobacter, Bacillus, Micrococcus, Moraxella, Miycobacterium , P.
compuestos putida, P. fluorescens
relacionados
Hidrocarburos Escherichia coli, P. putida, P. aeruginosa , Candida.
Detergentes Alcaligenes , Achromobacter, Bacillus , Citrobacter, Clostridium
resinae, Corynebacterium , Flavobacterium , Nocardia, Pseudomonas ,
Candida, Cladosporium
Plaguicidas:
DDT P. aeruginosa
2,4 D B. sphaericus
2,4,5-T Arthrobacter, P. cepacia
Parathion Pseudomonas , P. stutzeri, E. coli

32. Uso potencial de la biotecnología en el
tratamiento de aguas residuales
1) Eliminación del abultamiento de lodos activados.
2) Mejoramiento en la adhesión de la biopelícula
3) Estabilización de la nitrificación.
4) Prevención del taponamiento de filtros trampa.
5) Reducción de la limitación de O 2 en procesos aeróbicos.
6) Reducción del consumo de energía.
7) Disminución de las cantidades de lodos producidos.
8) Incremento en la remoción de fósforo.
9) Biodegradación de compuestos recalcitrantes.
10) Prevención de malos olores.
11) Simplificación de procesos para uso en pequeñas comunidades

33. Ensayos rápidos de toxicidad de efluentes
basados en microorganismos
Microorganismos Fundamento de la prueba
Microtox RM Inhibición de la bioluminiscencia de Vibrio fisheri
Toxi-Chromotest RM Inhibición de la sintesis de B-galactosidasa por E. coli.
Spirillum volutans Tóxicos causan perdida de movilidad de flagelos.
Nitrobacter Perdida de capacidad nitrificantes
Aeromonas y Pseudomonas Inhibición del crecimiento medido por absorbancia.
Ensayos de viabilidad Cultivos bacterianos en placas de agar
Respirometria Disminución de la actividad respiratoria de cultivos.
Microcalorimetría Disminución de la producción de calor por cultivos.

34. Elementos Biológicos
Tejidos
Componentes Células
de los
Organelos
biosensores
Membranas
Enzimas
Membranas
Receptores
Anticuerpos
Acidos Nucleicos
Moléculas Orgánicas

35. Enzimas
Deshidrogenasas
Ensayos rápidos de
ATPasas
toxicidad de efluentes
Esterasas basados en actividades
enzimaticas
Fosfatasas
Fosfolipasas
Ureasas
Luciferasas
B-galactosidasa
Glucosidasa
Tiptofanasa

36. Ventajas de las “microbiopruebas”
en análisis de toxicidad de
aguas residuales
1) Baratas.
2) Rapida ejecución
3) Adaptables a procesos automatizados .
4) Libres de mantenimiento
5) Requieren mínimo espacio
6) Insignificante trabajo postexperimental
7) Requieren bajo volumen de muestra .
8) Alta y rápida sensibilidad a toxicos
9) Respuesta precisa y reproducible a tóxicos .
10) Portabilidad

37. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Sistema de secado de lodos

38. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Planta de secado de biosólidos

39. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Proceso de secado de lodos

40. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Biosólidos
Residuos sólidos, semisolidos y/o líquidos generados durante el tratamiento
de aguas residuales, domésticas, industriales o urbanas. De acuerdo a la
presencia de microorganismos patógenos y metales, se les clasifica en:
Clase “A” - Virtualmente libres de patógenos
Clase “B” - Se tratan para remover la mayoría de estos.

41. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Reciclaje
(68 millones de toneladas)
29.7 % Combustión
(34 millones
de toneladas)
14.7 %
Rellenos Sanitarios
(128 millones
de toneladas)
55.7 %
Total de residuos municipales desechados por año

42. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Textiles, cuero, hule
Otros
7.1 %
3.4 % Papel
Madera
5.7 % 35.7 %
Vidrio
5.5 %
Desechos
alimenticios
11.4 %
Plásticos
11.1 %
Metales Hojarasca de jardín
7.9 % 12.2 %
Distribución porcentual de los residuos municipales

43. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Destino de los biosólidos
Disposición:
1) Rellenos sanitarios
2) Incineración
Reciclaje:
1) Aplicación agrícola
Estabilización química
Composteo
Peletización
2) Reclamación de tierra
3) Biocombustibles
4) Materiales de construcción

44. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Transportación Características del relleno sanitario
Compactación Cobertura
Celdas de
confinamiento
Pozo de
monitoreo
Tierra compa
cta
(15 a 20 cm) da
Manto acuífero
Arcilla compactada
(20 - 30 cm)
Plástico
Lago Sistema para
colector de 22 m
drenaje de
lixiviados lixiviados
Manto acuífero

45. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Planta de producción de metano

46. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Presión positiva
Presión negativa
(succión)
Cubierta del Válvula
compost preparado
Material crudo
bien homogenizado
Base porosa Tubo perforado
Trampa de condensado Filtro de olor de
compost tamizado
Composteo en una pila aireada estática

47. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Sistema de pilas aireadas

48. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Sistema de pilas aireadas

49. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Biosólidos en el campo

50. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Estructura del suelo fertilizado con biosolidos
sin biosólidos con biosólidos

51. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Area fertilizada con biosólidos
Cultivos generados con biosólidos

52. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Efectos de la fertilización orgánica con biosólidos
sobre el rendimiento del cultivo

53. F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna