ESTABLECIMIENTO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO Y REUSO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE UN CENTRO COMERCIAL DE USOS MULTIPLES, APLICANDO LA NOM-003-ECOL-1997.

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1 ESTABLECIMIENTO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO Y REUSO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE UN CENTRO COMERCIAL DE USOS MULTIPLES, APLICANDO LA NOM-003-ECOL * Víctor Manuel Mesta Chacón. ** Joaquín Soto Larios ** Roberto Enciso. * GRUPO INGAMEX, Ingeniería Ambiental Mexicana, S.A. de C.V. Vía Adolfo López Mateos No , Edificio El Dorado C.P , Tlalnepantla, Edo. de México., Tel/Fax: (01) ingamex@data.net.mx ** GERENCIA. DE MANTENIMIENTO. Centro de Entretenimiento y Compras Mundo E, Boulevard Manuel Avila Camacho No. 1007, San Lucas Tepetlacalco, Tlalnepantla, México, Tel/Fax: (01) RESUMEN. Se establecen las bases Técnicas e Ingeniería Conceptual de la planta de Tratamiento y reuso de las aguas residuales del Centro de Entretenimiento y Compras Mundo E en Tlalnepantla de Baz, Edo. de México. Así como sus condiciones operacionales actuales y seguimiento de los parámetros de control de proceso y calidad de agua tratada de acuerdo a la NOM-003-ECOL Se enfatizan los beneficios no únicamente para el usuario de la planta, sino también para el Municipio y perímetro habitacional de su enclave, en cuanto al reuso del agua tratada. La integración del sistema de Tratamiento y reuso al proyecto de la infraestructura de servicios del Centro Comercial, es de tomarse como referencia, para el otorgamiento responsable de licencias de construcción de acuerdo a la ley de protección Al Medio Ambiente riego e impacto ambiental, para instalaciones similares en zonas con expectativas de restricción en la dotación de agua potable. 1

2 1. ANTECEDENTES. Con la finalidad de dar cumplimiento con lo que establece la Ley de Protección Al Medio Ambiente del Edo de México en materia de Riego e Impacto Ambiental, así como lo que indica al respecto el reglamento interno de la Secretaria De Ecología Del Estado de México, se realizaron todas las actividades y tramites conducentes al permiso de construcción del Centro De Entretenimiento y Compras Mundo E localizado en una zona con uso general del suelo de corredor de Alta Densidad. En lo concerniente al suministro de agua potable y lo que se refiere a la captación, conducción y Tratamiento de sus aguas usadas, se estableció como prioridad y condicionante para la autorización de las tomas de agua potable de la red municipal, la construcción de una planta de Tratamiento de las aguas usadas y reutilización de las aguas tratadas en las mismas instalaciones. Tomando como marco de referencia lo anterior y la entrada en vigencia de la NOM-003-ECOL-1997 en relación con la calidad de aguas tratadas para reuso, se desarrolló la Ingeniería Conceptual del Proyecto para la planta de Tratamiento. Debido a que al tiempo de desarrollo de la Ingeniería Conceptual del proyecto ejecutivo, no se contaba con el Efluente, se llevó a cabo un muestreo y su caracterización correspondiente en un centro comercial similar al del proyecto (Centro Comercial Santa Fe). Los resultados se utilizaron como base, en 1er término, para el predimensionamiento del área necesaria para construcción del sistema de tratamiento, previendo este requerimiento en el proyecto arquitectónico general; en 2do término para el desarrollo de las especificaciones técnicas que se emitieron, para la invitación a empresas especializadas al concurso para el suministro de servicios de Ingeniería y Equipamiento de la planta. 2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL CENTRO COMERCIAL DE USOS MÚLTIPLES. El centro de Entretenimiento y Compras Mundo E se proyectó en una superficie total de 217, m 2. De acuerdo al plan del centro de población del Municipio de Tlalnepantla, el predio se localiza en una zona de uso general de suelo de Corredor Urbano de Alta Densidad (7-A) con las colindancias siguientes: al norte con Zona habitacional; al sur, con comercios y zona habitacional; al Este, con el Boulevard Manuel Avila Camacho, al oeste con zona habitacional. El proyecto integral general, contempló la construcción de: Centro de Entretenimiento y Compras. 2

3 Hipermercado. Estacionamiento cubiertos y al aire libre. Vialidades Internas y Externas. Jardines. En una superficie total de: 97,247 m 2, el proyecto hidrosanitario del Centro Comercial, además del diseño y Construcción de la planta de tratamiento de sus efluentes, contempló la separación del Drenaje pluvial, y cisternas de captación (Tanques de Tormentas) con alternativas de su utilización en el mediano y largo plazo. Actualmente, el Centro Comercial alberga en sus instalaciones gran número de negocios de primer nivel y diferentes giros, principalmente: Restaurantes. Discoteques. Hipermercado. Centro de Entretenimiento y Cines. Gimnasio. Tiendas Departamentales. Banca Comercial. Servicios Generales. Todo lo anterior, demanda una infraestructura de Servicios de primer orden en cuanto a su operación y mantenimiento, nos corresponde por tanto en esta ocasión, involucrarnos en lo relativo a la infraestructura del tratamiento de agua usadas y el reuso del agua tratada, dejando para otro evento posterior, lo relativo al sistema de Captación, Tratamiento y utilización del agua de lluvia, contemplado también en el Proyecto Global del Centro Comercial. 3. DEMANDA Y APORTACIONES DE LA INFRAESTRUCTURA DE AGUA DEL CENTRO COMERCIAL Aportación y calidad de las aguas residuales. Previo al arranque y programa de estabilización del proceso biológico, se llevó a cabo un monitoreo y caracterización del efluente general del centro comercial durante (24) horas continuas, tomando muestras instantáneas cada hora en un período que comprendió el fin de semana, para conformar finalmente una muestra compuesta proporcional, lo anterior se hizo con la finalidad de establecer las condiciones máximas 3

4 tanto de carga hidráulica como orgánica que entrarían al Tanque regulador de caudales. Aforo de C.C. Mundo "E" Horas Volumen mínimo de amortiguación en T. Regulador: 226.0m 3 Caudal acumulado muestreo Promedio acumulado muestreo Promedio Acumulado ( diseño) Serie4 Figura No. 1. Monitoreo de Caudales a condiciones máximas, para su revisión de la capacidad de amortiguación del Tanque Regulador. 4. INGENIERÍA CONCEPTUAL DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO Y REUSO DE AGUAS RESIDUALES. Se establecieron las condiciones generales del sistema de tratamiento por construir, considerando las siguientes como premisas básicas en la integración de los procesos del tren de tratamiento: Tratamiento Físico-Químico y Biológico combinados. Utilización de Tecnologías plenamente comprobadas para alcanzar el grado de tratamiento establecido por la normatividad vigente, para reutilización del agua tratada. Generación mínima de olores, proponiendo métodos de manejo y control. Generación mínima de lodos de exceso proponiendo el equipamiento para su estabilización, deshidratación y disposición. Generación mínima de ruidos por la motorización del equipamiento propuesto. Sistema de desinfección final que garantice la destrucción remanente de microorganismos patógenos en el agua tratada y la red de distribución a puntos de reuso. Se especificaron las siguientes etapas mínimas del sistema de tratamiento por construir. 1. Pretratamiento Desbaste con rejillas. 4

5 Desarenado Tanque Regulador de Caudales (Mezclado y preaereación) Sedimentador Primario. 2. Tratamiento Biológico. Reactor Biológico. Tipo de Película Fija. (Biotorres, Biodiscos) Medio Suspendido (lodos Activados) Clarificador Secundario. 3. Filtración Terciaria. (Operación en serie) Arena Antracita o medios múltiples (presurizado) Carbón Activado Granular (GAC) (Presurizado) 4. Etapa Primaria de Desinfección. Oxidación Desinfección Química. (Cloro Hipoclorito.) 5. Etapa Final de Desinfección. Ozono U.V. 6. Manejo de Lodos de Exceso. Digestión Aerobia. Acondicionamiento/Deshidratación. Tabla No.1. Calidad del efluente y Agua Tratada considerada para diseño de la P.T.A.N. PARAMETRO UNIDAD INFLUENTE AGUA TRATADA NIVEL SECUNDARIO AGUA TRATADA NIVEL TERCIARIO (FILTRACION Y CARBON ACTIVADO) ph S.sed Mg/l 12 1 DQO (Tot) Mg/l 960 (Tot) (Tot) 30 (sol) DBO 5 (Tot) Mg/l 650 (Tot) 40-50(Tot) 5 (sol) SST Mg/l SSV Mg/l SSF Mg/l SAAM Mg/l ND 15 5 Coliformes totales NMP/100ml ND 1,000-10, Huevo de Helminto Hv/Lto ND ND <2 5

6 Tabla No. 2 Resultados de la caracterización del Efluente Real del C.C. a condiciones Máximas. PARÁMETROS UNIDADES RESULTADOS NORMA OFICIAL MEXICANA Temperatura C 24.7 NOM-AA Ph Unidades 7.34 NOM-AA Grasas y Aceites Mg/Lto 1,131 NOM-AA DBO total Mg/Lto 920 NOM-AA DBO soluble Mg/Lto 680 NOM-AA D.Q.O Total Mg/Lto 1,643 NOM-AA D.Q.O soluble Mg/Lto 1,054 NOM-AA Nitrógeno Total Mg/Lto 75.6 NOM-AA Fósforo Total Mg/Lto 18.0 NOM-AA Sólidos Totales Mg/Lto 1,438 NOM-AA Sólidos Totales Volátiles Mg/Lto 892 NOM-AA Sólidos Totales Fijos Mg/Lto 546 NOM-AA Sólidos Susp. Totales Mg/Lto 506 NOM-AA Sólidos Susp. Volátiles Mg/Lto 424 NOM-AA Sólidos Susp. Fijos Mg/Lto 82 NOM-AA Sólidos Sedimentables Ml/Lto 10 NOM-AA S.A.A.M. Mg/Lto NOM-AA Alcalinidad Total Mg/Lto 546 NOM-AA DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO Y EQUIPAMIENTO. El sistema de tratamiento de aguas Residuales se integra como sigue: Pretratamiento. Desbaste/desarenado. El sistema de pretratamiento consiste en una estructura que contiene un sistema dúplex de Desbaste de Sólidos Gruesos Suspendidos, mediante rejillas con (6.4) m.m. de claro libre que anteceden a canales desarenadores, ambos dispositivos son de limpieza 6

7 manual; después del punto de intersección de los canales del pretratamiento, se ubica un canal tipo PARSHALL para medición de caudales del Efluente general del centro comercial Igualación/Homogeneización. Debido a la Fluctuación, tanto de caudales como de carga orgánica, acordes a los horarios de actividad del centro comercial, la estructura de pretratamiento descarga a un Cárcamo de Igualación/Homogeneización que absorbe los picos horarios de caudales permitiendo a la vez, que a la planta de tratamiento, se alimente en forma continua el caudal promedio de diseño hidráulico 10 l.p.s. (158.5 G.P.M.). El Cárcamo de igualación además del equipo de rebombeo, esta equipado con un aereador sumergido que permite PREAEREAR el agua residual y mantener los Sólidos Sedimentables en suspensión, toda vez que disminuye el riesgo de ANAEROBISMO en esta etapa del tratamiento. El tiempo de retención hidráulica promedio es de; (6) horas Sedimentación Primaria/Clarificación Secundaria. El equipamiento utilizado para la separación de sólidos sedimentables y material flotante, principalmente Grasas y Aceites, tanto del agua cruda alimentada desde el Tanque de Igualación/Homogeneización para el sedimentador, como desde el reactor biológico, para el clarificador, son iguales mecánicamente por estandarización. Características: Tipo: Tracción y Alimentación Centrales. Diámetro: 6.8 metros. Altura lateral de agua: 3.8 metros Colector de Agua: Perimetral. Colector de Lodos: Doble rastra y Pozo Central de Natas. Transmisión: Flecha Tubular. Colector de Flotantes Brazo desnatador y Caja de Natas. Carga Hidráulica de diseño: 24.5 m 3 /m 2 /día (600 G.P.D./pie 2 ) Reactor Biológico: Tipo Contactores Biológicos Rotatorios El líquido sobrenadante proveniente del clarificador primario se descarga por gravedad a la etapa biológica, constituido por el reactor biológico rotativo de contacto, llamado comúnmente RBC o biodiscos. Un RBC o biodisco consiste en una serie de placas o discos circulares de material plástico, comúnmente polietileno de alta densidad, montados sobre un eje. Este eje 7

8 tiene en sus extremos soportes rotatorios (rodamientos, chumaceras) y en otro de sus extremos un sistema motriz. El sistema motriz es generalmente un motor eléctrico acoplado a un reductor de velocidad que permite el giro del eje. El biodisco se instala en un tanque, permitiendo que el material de contacto se sumerja parcialmente en las aguas residuales, 40% en nuestro caso. En un biodisco, los crecimientos biológicos se adhieren en la superficie del medio de contacto, hasta formar una película biológica (biomasa) sobre el mismo. Al girar los discos, la biomasa se pone en contacto en forma alternada con el agua residual que está en el tanque y con la atmósfera para la absorción de oxígeno. Al salir el agua del tanque, los discos percolan una capa líquida sobre la superficie de la biomasa, lo cual permite la oxigenación del agua y de los microorganismos. Esta oxigenación se lleva a cabo por difusión a través de la película líquida que queda adherida a la biomasa, técnicamente este reactor se conoce como de película fija. Los microorganismos utilizan el oxígeno molecular disuelto para efectuar la degradación aerobia de la materia orgánica. Cada vez que pasa por el líquido residual, la biomasa absorbe materia orgánica que es utilizada como fuente de nutrientes. Los principales productos de la oxidación bioquímica son: agua, dióxido de carbono, amoníaco y microorganismos que aumentan la población microbiana. El exceso de biomasa se desprende de los discos debido a las fuerzas cortantes originadas por la rotación de estos al pasar por el agua. Los microorganismos desprendidos se mantienen en suspensión en el líquido, salen del tanque con el agua tratada hacia el clarificador secundario. La rotación del disco cumple con varios propósitos: Sirve como dispositivo de mezclado en el tanque Mantiene la biomasa en condiciones aeróbias. Es el mecanismo de eliminación del exceso de biomasa en los discos por medio de los esfuerzos cortantes. Sirve para mantener en suspensión los sólidos arrastrados, que posteriormente son separados en el clarificador secundario. El Biodisco se encuentra dividido en cinco etapas, cada una separada por igual espaciamiento. Todas las etapas tienen igual área equivalente aunque la primera recibe la mayor carga contaminante lo anterior lo anterior es por estandarización. Los discos giran a baja velocidad (1.5 r.p.m.), esto promueve el máximo crecimiento de la biomasa y permite a los microorganismos crecer y multiplicarse hasta un espesor óptimo. 8

9 Estos microorganismos o biomasa se alimentan de la materia orgánica del agua residual, eliminando así la carga contaminante hasta los valores permitidos por la Normatividad Ambiental vigente para descarga a cuerpo receptor o para reuso. La especificación de diseño del reactor biológico es la siguiente Tabla 3. Especificaciones técnicas del biodisco Parámetro Valor de Diseño Caudal medio (m 3 /día) Caudal medio (l/s) DBO influente (mg/l) 455 DBO efluente (mg/l) 40 Capacidad (Kg. DBO 5 /día) 393 Número de Etapas 3 Diámetro exterior (m) 3.6 Area del medio plástico (m 2 ) Longitud del tubo de torque (m) 8.5 Potencia instalada por unidad (HP) 5 Velocidad de Operación (r.p.m.) 1.5 Capacidad de torque del reductor a 1.5 r.p.m. en pulg.lb Filtración con Arena y Carbón activado El sistema de filtración consta de tres unidades, cuya función es eliminar material suspendido, detergentes, color y materia orgánica remanente. La primera unidad es un filtro de lecho profundo con medio filtrante de arena-antracita, donde se remueve la materia suspendida remanente del clarificador, reteniéndose partículas de hasta 30 milésimas de pulgada. 9

10 La segunda unidad con medio de carbón activado remueve detergente, color y materia orgánica remanente. Los filtros son de operación automática, libre de mantenimiento rutinario. Requieren cambio del medio filtrante. Los tanques contenedores de estas unidades son de fibra de vidrio y presurizados. Su operación es secuenciada por ciclos programados de acuerdo al caudal acumulado en cada bateria de filtración en serie Oxidación Química La oxidación se usa para lograr la desinfección química con el propósito de eliminar organismos patógenos y realizar la descarga cumpliendo con las normas ambientales. El sistema de oxidación es con cloro, que será suministrado en forma de líquido. El tanque de contacto de cloro es construido en concreto, sin cubiertas, con canales que permiten desviar el flujo y promover el contacto que garantice la oxidación. El tiempo en el tanque de residencia es de 20 minutos. Se debe mantener una concentración de cloro residual mínima de 2-3mg/l Desinfección U.V. Este equipo constituido por un sistema de lamparas ultravioleta, se usa para garantizar en forma permanente una completa remoción de coliformes. Este equipo es automático, incluye contador de horas y monitores de intensidad por lámpara. Su capacidad en de 10 l.p.s Tratamiento de Lodos. Digestor de lodos. El sistema de digestión de lodo se usa con el propósito de lograr la reducción de sólidos volátiles en un valor mínimo de 40 %. Consta de un tanque de concreto, un sistema de aireación mecánica, constituido por un aereador superficial flotante que provee mezcla completa y oxigenación que garantizan la estabilización de la materia orgánica. El aereador es de baja velocidad, de 20 HP y motor TCCV. Filtro Prensa de Bandas. El sistema de prensado de lodos tipo bandas consta de bomba para alimentación de lodos, dosificador de polímero, compresor para tensado de las bandas, bomba de agua para lavado. La alimentación es manual, operando en un turno de 4-5 horas/día. La operación del filtro requiere monitoreo, que debe ser realizado por un operador calificado. 10

11 Tabla 4. Calidades de agua en cuatro puntos de Muestreo de la Planta de Tratamiento después del Período de estabilización biológico. PARÁMETROS UNIDADES DES.DE LA BOMBA DE ALIMENTACIÓ N AL CLARIFICADO R PRIMARIO SALIDA DEL CLARIFICADOR PRIMARIO LIM-AR SALIDA DEL CLARIFICADOR SECUNDARIO LIM-AR SALIDA DE LA CAMARA DE CONTACTO DE CLORO LIM-AR Fecha de muestreo 06/01/00 06/01/00 06/01/00 06/01/00 Temperatura C Ph Unidades Conductividad Eléctrica Mmhos/cm 1,206 1,385 1,241 1,265 DQO total Mg/Lto 1, DBO Total Mg/Lto Nitrógeno Mg/Lto Fósforo Total Mg/Lto Fosfatos Totales Mg/Lto Sólidos Totales Totales Mg/Lto 1,316 1,120 1, Sólidos Totales Volátiles Mg/Lto Sólidos Totales Fijos Mg/Lto Sólidos Suspendidos Tot. Mg/Lto Sólidos Suspendidos Vol. Mg/Lto Sólidos Suspendidos Fijos Mg/Lto Sólidos Sedimentables Ml/Lto <0.1 <0.1 Alcalinidad Total Mg/Lto S.A.A.M. Mg/Lto Grasas y Aceites Mg/Lto Coliformes Fecales NPM/100m <2.0 l Huevos de Helminto Hv/Lto No detectado 11

12 Como puede observarse, el efluente cumple con la NOM-003-ECOL-1997, en la siguiente forma: a) Servicios al Público con contacto directo. NORMA: Muestreo: DBO 5 SST Coli.Fec. Huevos de Helminto Mg/lto Mg/lto Nmp./100ml h/lto No Registrado. b) Servicios al Público con contacto indirecto u ocasional. NORMA: ESQUEMA DE COSTO BENEFICIO DE LA INTEGRACIÓN DE LA P.T.A.N. A LA INFRAESTRUCTURA DE SERVICIOS DEL CENTRO COMERCIAL I. De las siguientes gráficas de consumos mensuales de agua potable indicados:, Mes de Junio/99 (inicio de Estabilización de la P.T.A.N.) Mes de Septiembre/99 (Inicio de reuso de agua tratada) Mes de Enero/2000 (Consumos normalizados.) Es posible establecer, que al principio del presente año, el consumo promedio de agua potable en el centro comercial fue de 271 m 3 /día. Contra m 3 día que se consumían antes del inicio de la etapa de reuso de agua. Esto significa una reducción de: 50.96% restableciendo el suministro del servicio a una población equivalente de: habitantes, considerando una dotación de: 150 lto/hab/día II. Actualmente el costo de agua potable de la red municipal en la zona es de: 16.00$/m 3 con lo que el ahorro mensual promedio para el usuario es de: $137,094.00, únicamente en lo que se refiere a consumo de agua potable, con lo que deduciendo los costos de operación y mantenimiento de la P.T.A.N. se estima amortizar el costo de la inversión en un período máximo de (5) cinco años y mínimo de (3) tres años. 12

13 III. IV. Se espera que, en el mediano plazo, se legislé claramente lo referente a la recuperación de agua de lluvia y su utilización como agua potable en el área metropolitana, con la finalidad de concretar el proyecto de inversión correspondiente, con lo que se tendría la posibilidad de cerrar, casi en su totalidad, la toma de agua potable de la red municipal en época de lluvia, descargando entonces, agua residual tratada superior a la NOM-002-ECOL-1997 al alcantarillado Municipal. A finales del año pasado, la Asociación De Desarrolladores Inmobiliarios otorgó el premio a la Excelencia Inmobiliaria al nuevo Centro de Compras y Entretenimiento Mundo E, debido a las características Arquitectónicas e Infraestructura de servicios de primer nivel, con lo que la División Comercial de Grupo FRISA, continuará con la misma política en materia de Protección Ambiental para el desarrollo sus nuevos proyectos inmobiliarios. C O N S U M O D E A G U A P O T A B L E E N E L M E S D E J U N IO D E M P r o m e d i o D ÍA S Figura No. 2: Consumos de agua potable en el mes de Junio/99 CONSUMO DE AGUA POTABLE DEL MES DE SEPTIEMBRE DE M Promedio DÍAS Figura No. 3: Consumo de Agua potable en el mes de Septiembre/99 13

14 C O N S U M O D E A G U A P O T A B L E D E L M E S D E E N E R O D E L M P rom e d io D ÍA S Figuras No. 4:Consumo de agua potable en el mes de Enero del REFERENCIAS. 1. Design of Municipal Wastewater Treatment plants/prepared by a joint task force of the WEF and ASCE. Manuals of Practice No. 8 and No. 76 Vol. I and II, Library of congress No , Book press, Inc. Brattleboro Vermont. 2. EPA Process Desing Manual, Wastewater treatment Facilities for sewered small commmunties, EPA-625/ NOM-003-ECOL UV Design Manual for Consulting Engineers, Trojan Technologies Inc. 5. (1994), Sistemas Alternativos de Tratamiento De Aguas Residuales y Lodos Producidos Gerencia de Normas Técnicas C.N.A., Manual de Diseño de Agua Potable Alcantarillado y Sanamiento., Libro II, Sept. 14