Tesis De Maestria Mexicana EGSB

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y
ARQUITECTURA

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO
E INVESTIGACIÓN

DISEÑO Y CÁLCULO DE UN TREN DE
TRATAMIENTO BIOLÓGICO PARA AGUAS
RESIDUALES URBANAS USANDO LA
TECNOLOGÍA DE LECHO GRANULAR
EXPANDIDO

TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRÍA
EN INGENIERÍA CIVIL PRESENTA

Manuel Erasmo Chávez Martínez
1

INDICE

2

RESUMEN

4ABSTRACT

5

INTRODUCCIÓN

6

OBJETIVO GENERAL.

9

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

9

HIPÓTESIS.

10

JUSTIFICACIÓN.

10

CAPITULO I. ANTECEDENTES

14

CAPITULO II. TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES.

18

CAPITULO III. FUNDAMENTOS DE MICROBIOLOGÍA.

25

CAPITULO IV. CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES
URBANAS

41

CAPITULO V. CINÉTICA Y MECANISMOS BIOLÓGICOS

72

CAPITULOVI.MODELOS DE REACTORESBIOLÓGICOS

121

.
CAPITULO VII. TRATAMIENTO ANAEROBIO

147

2

CAPITULO VIII. EL PROCESO DE LECHO DE LODOS GRANULAR
EXPANDIDO. (EGSB)

167

CAPITULO IX. DISEÑO Y CÁLCULO DEL TREN DE TRATAMIENTO
BIOLÓGICO.

225

CONCLUSIONES

258

GLOSARIO.

263

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

265

3

RESUMEN
El tratamiento anaerobio

para depurar las aguas residuales de diferentes

características, es una tecnología bienestablecida que se ha usado en los últimos años
para tratar preferentemente los residuos líquidos industriales y las aguas residuales de
origen urbano, con altas concentraciones de materia orgánica.
Sin embargo, el tratamiento de estos mismos residuos, con valores de DQO, menores a
1500 mg/L y a temperaturas inferiores a 15°C, era una barrera para los procesos
anaerobios, porque las eficiencias deremoción alcanzaban apenas niveles de 60 –
70% en el mejor de los casos, además de los problemas de lento arranque y
generación de malos olores, que venían aparejados con ello, por lo que se prefería el
tratamiento aerobio para esos y otros casos.
En los último diez años, el desarrollo de nuevas tecnologías de tratamiento anaerobio,
ha permitido acceder a procesos - denominados de alta tasa- quehan superado los
problemas mencionados y han posicionado a esta tecnología como la más
revolucionaria en su tipo, ya que permite tratar, no solo aguas residuales de baja carga
orgánica y a bajas temperaturas, sino que lo hace con niveles de eficiencia superiores
al 90% de remoción de la DQO, con requerimientos de equipo más simple de operar y
controlar y a montos de inversión y costos demantenimiento sensiblemente menores,
lo que ubica al tratamiento de aguas residuales, al alcance de más comunidades en
México. Una de estas tecnologías es la de lecho de lodo granular expandido, (EGSB,
por sus siglas en ingles), que en el año 2008, fue considerada por la revista
especializada Water Science Technology, la tecnología más revolucionaria, por su
aporte técnico, su costo accesible y susencillez en la operación y control. El presente
trabajo, aborda desde la perspectiva técnica, la implementación del equipo básico del
tratamiento biológico, que es el corazón del proceso que se menciona.

4

ABSTRACT
Anaerobic process is a well established technology for wastewater treatment that has
been used to treat high strength industrial wastewaters mainly, specially in the brewery,
dairy and foodindustries. However when treating low strength domestic wastewaters at
psicrophilic temperatures (below 15°C), anaerobic process seemed not to be the best
choice, since it had a poor development regarding COD removal efficiency. In recent
years, this perception has dramatically changed, since high rate treatment technology
came up, giving a new prospective to a domestic low strength wastewaterstreatment,
that allows to many small and medium size cities in México, to give a feasible and
affordable treatment to their liquid waste. Expanded Granular Sludge Bed (EGSB) is
one of those high rate anaerobic technologies, that performs a suitable and fast
wastewater treatment, since it combines, a high organic load, with an up flow liquid
velocities that comes in to a fast and efficient...