Visit to the Wastewater Treatment Plant of Atotonilco de Tula, Hidalgo
El pasado mes de octubre de 2013, los alumnos del grupo 1 de 5° semestre de Ingeniería Civil visitaron la planta de tratamiento de aguas residuales de Atotonilco de Tula, Hidalgo, como parte de las actividades de la materia de Introducción a la Ingeniería Ambiental. Esta planta, que comenzará a operar en 2015, tratará 23 m3/s de aguas residuales provenientes del Valle de México y hasta 35 m3/s en temporada de lluvias. Las etapas del proceso de tratamiento incluyen un pretratamiento físico, seguido de un tratamiento secundario de lodos activados, filtración y desinfección. Para la temporada de lluvias se utilizará un tratamiento fisicoquímico para cubrir el volumen total de agua. El agua tratada seguirá usándose para riego y los lodos de purga del tratamiento se estabilizarán en digestores anaerobios para producir metano y, a partir de éste, generar electricidad, logrando así que el proceso sea sustentable. Esta obra es de gran importancia ya que mejorará las condiciones de salubridad de hasta 700,000 hidalguenses y producirá cosechas de mayor valor agregado, al tiempo que minimizará los riesgos para la salud de los consumidores.
Palabras clave: Aguas residuales municipales, reúso del agua, proceso de lodos activados, cogeneración de energía
In October 2013, the civil engineering students of fifth semester-group 1 visited the wastewater treatment plant of Atotonilco de Tula, Hidalgo, as part of the curricular activities of their Introduction to Environmental Engineering course. This plant will start operating in 2015 and will treat 23 m3/s of wastewater coming from the Valley of Mexico, and up to 35 m3/s during the rainy season. The treatment stages include a physical pretreatment, followed by an activated sludge-based secondary treatment, filtration and disinfection. For the rainy season, a physicochemical treatment will be applied to cover the whole water flow. The treated water will be still used for irrigation and the waste sludge will be treated in anaerobic digesters to produce methane and generate electricity, making the system sustainable. These works are of great importance since they will improve the sanitation conditions of up to 700,000 people in Hidalgo, besides higher value crops will be obtained, while the health risks for consumers will be minimized.
Keywords: Municipal wastewater, water reuse, activated sludge process, cogeneration of energy
Con el propósito de que los alumnos de Ingeniería Civil pudieran acercarse a dos ramas de la ingeniería, tales como la construcción y la ingeniería ambiental, se realizó la visita a la planta de tratamiento de aguas residuales de Atotonilco de Tula. Esta magna obra de ingeniería es de gran importancia para los hidalguenses, ya que las poblaciones ubicadas aguas abajo de la planta, en el Valle del Mezquital, gradualmente dejarán de “convivir” con un canal de aguas residuales provenientes del Valle de México, sin que los campesinos dejen de recibir los nutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo, que contienen las aguas residuales que actualmente usan para riego. Incluso se comentó durante la visita que fue necesario hacer pruebas en planta piloto, evaluadas por técnicos de Chapingo, con el mismo proceso de la planta en construcción, para demostrar a los campesinos que el agua seguiría contando con estos nutrientes. Las aguas tratadas de la planta piloto fueron utilizadas para el riego de cultivos que tienen altos requerimientos de estos nutrientes. La planta se está construyendo en un terreno de 160 hectáreas del ejido Conejos, del municipio de Tula, Hidalgo y beneficiará a los distritos de riego de Tula, Ajacuba, Alfajayucan y Mixquiahuala.
La visita comenzó con una presentación en la sala de juntas que la Comisión Nacional del Agua tiene en el sitio, en la que se expusieron detalles de la construcción de la planta.
El proyecto, como cualquier otra obra, requirió de una evaluación y la presentación de una manifestación de impacto ambiental. Así, se encontraron con la necesidad de reubicar los especímenes de flora y fauna encontrados de la zona. Tal fue el caso de serpientes, como alicantes y cascabeles, y tortugas. En cuanto a las plantas, se implementaron viveros para su resguardo y serán reubicadas tanto en otros sitios como en la misma planta. Durante la primera etapa de la construcción, se encontraron vestigios arqueológicos de una escalinata teotihuacana, así como huesos fosilizados de mamut y otras especies. En este caso se solicitó la asesoría del Instituto Nacional de Antropología e Historia para remover las piezas y se hizo entrega de las mismas.
La localización de la planta se debió a que en sus alrededores desemboca el túnel emisor central, inician los canales de riego agrícola y ahí llegará el caudal del túnel emisor oriente, actualmente en construcción. Esta última obra facilitará la salida de aguas residuales de la ciudad de México y la prevención de inundaciones. La construcción de la planta de tratamiento se inició en 2009 por parte del consorcio Aguas Tratadas del Valle de México, conformado por Grupo CARSO (de Carlos Slim), Ingenieros Civiles Asociados (ICA) y otras empresas nacionales y extranjeras. Este consorcio realiza la construcción y operará la planta por 22 años. La inversión estimada en la construcción es de casi 10,000 millones de pesos, con una aportación federal del 49% y el resto como inversión y crédito privados. Después de esta información general, se mostró y describió el diagrama de flujo del proceso (Figura 1) para facilitar la comprensión de la visita.
Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de tratamiento.
Una vez concluida la presentación y aclaradas las dudas que se suscitaron, se procedió a la visita a cada una de las áreas que conformarán la planta, y se vigiló que no se interfiriera con las maniobras propias de la construcción. Se proporcionaron cascos y chalecos de seguridad a los visitantes, quienes debieron llevar camisa de manga larga y zapatos de seguridad (Figura 2).
El primer punto de la visita fue el canal de llegada de las aguas (Figura 3), que cuenta con cribas de barras y un sistema de autolimpieza. Posteriormente el agua pasará a una serie de desarenadores que eliminarán sólidos como grava y arena (Figura 4).
Figura 2. ¡Listos para la visita guiada!
Figura 3. Canal de llegada a la planta de tratamiento de aguas residuales de Atotonilco (digestores anaerobios al fondo).
Figura 4. Construcción de desarenadores.
A continuación el agua se conducirá hacia los tanques de sedimentación (primaria) para eliminar las partículas más pesadas que el agua. El agua que saldrá de estos sedimentadores pasará a los tanques de lodos activados (Figura 5); este proceso consiste en suministrar oxígeno para que las bacterias y otros microorganismos transformen la materia orgánica contaminante en compuestos más sencillos, idealmente en CO2, agua y más microorganismos. El agua se separará de los lodos en sedimentadores o clarificadores secundarios (Figura 6) y el lodo se retornará a los tanques de lodos activados para seguir depurando el agua residual. El efluente de este proceso pasará después a los tanques de contacto de cloro, en los que se suministrará cloro gas o hipoclorito para su desinfección. El agua ya tratada se enviará a canales de riego o bien al río El Salto, que desemboca en la presa Endhó, de manera que esta presa también se irá saneando paulatinamente después de que la planta entre en operación.
Figura 5. Vista aérea de los tanques de lodos activados y de contacto de cloro (zig-zag en la parte superior).
Figura 6. Tubos de salida del agua clarificada
Además del tren de tratamiento descrito, la PTAR Atotonilco contará con un proceso fisicoquímico que se utilizará principalmente en temporada de lluvias, durante la cual el gasto de entrada a la planta puede ascender a más de 40 m3/s. En este caso el volumen excedente de agua, en lugar de pasar al proceso de lodos activados, entrará a este proceso en el que se utilizarán sustancias químicas (no especificaron cuáles) para separar los sólidos del agua y ésta pasará directamente a desinfección. En la Figura 7 se observan los separadores de lamelas que se montan en los sedimentadores para favorecer el paso del agua de abajo hace arriba y la retención de sólidos.
Figura 7. Lamelas (estructuras negras) que facilitan la separación agua-sólidos.
Tanto en el proceso fisicoquímico, como en el tratamiento primario y en el de lodos activados (lodos de purga), se generan importantes volúmenes de lodos que también requieren de un tratamiento antes de poder enviarlos a disposición final. Estos lodos tienen un gran contenido de agua, por lo que en primer lugar se concentran en equipos llamados espesadores, que funcionan ya sea por gravedad o por flotación. Una vez espesados, dado que tienen todavía una carga importante de materia orgánica, son bombeados a digestores anaerobios. Estos digestores son tanques cerrados y aislados térmicamente (Figuras 3 y 8) en los que los microbios que no necesitan oxígeno atmosférico pero degradan esta materia orgánica cuando se encuentran alrededor de 37 °C, forman metano, que es el combustible conocido como gas natural, dióxido de carbono y otros gases de nitrógeno y azufre. Este gas metano se separará del resto de los gases y se utilizará para generar entre el 60 y 70% de la energía eléctrica que la PTAR requerirá para su operación. El metano se enviará a una máquina de cogeneración donde se quemará para producir calor, dióxido de carbono y agua. El vapor de agua hará funcionar las turbinas conectadas a un generador que al girar provoca un campo magnético para producir electricidad. Este sistema permitirá también mantener la temperatura de los digestores, lo que aumentará la eficiencia del proceso.
Figura 8. Digestores anaerobios con aislante térmico (cubierta amarilla) y edificio de control de cogeneración.
Una vez que salen de los digestores, los lodos ya digeridos, es decir, reducida su carga orgánica, se deshidratarán y serán enviados a un monorelleno constituido por terrrazas de suelo compactado y recubiertas con una membrana de polietileno para evitar escurrimientos hacia el subsuelo. Ahí los lodos terminarán de deshidratarse y los líquidos que se lixivien serán enviados a los tanques de lodos activados, de modo que no haya ninguna descarga al ambiente. Una vez verificada la calidad de los lodos, estarán a disposición del público para su uso como fertilizante. En este punto concluyó el recorrido.
Dado que en el momento de la visita las principales actividades de la obra eran de montaje electromecánico, no fue posible conocer más detalles de interés para los estudiantes sobre los procesos constructivos; sin embargo, los alumnos pudieron constatar las dimensiones de la obra y la conformación física de una planta de tratamiento de aguas residuales municipales. La información sobre los procesos fue también bastante general, ya que estas visitas están dirigidas al público en general.
Se agradece a la licenciada Marianela Carballar, responsable de las visitas en CONAGUA, al ing. Saúl Miranda, quien fue enviado por CONAGUA desde sus oficinas en el Distrito Federal para coordinar la visita, así como la amable disposición del personal de CONAGUA que nos recibió en planta (Figura 9).
Figura 9. De izquierda a derecha: Ing. Saúl Miranda, Dra. Ma. del Refugio González y las ingenieras de CONAGUA que condujeron la visita.
[a] Profesora Investigadora de Tiempo Completo del Área Académica de Ingeniería. Ingeniera Química egresada de la UNAM, graduada en Maestría y Doctorado en Ingeniería (Ambiental y Química, respectivamente) del Programa de Maestría y Doctorado de la UNAM. Forma parte del grupo de investigación Diseño y Construcción Sostenible. Sus líneas de investigación son la ingeniería ambiental, la geoquímica y el desarrollo sustentable.
[b]Profesora Investigadora de Tiempo Completo del Área Académica de Ingeniería. Cursó licenciatura en Ingeniería Civil, Maestría en Ciencias Geológicas y Doctorado en Ciencias de la Tierra. Forma parte del grupo de investigación Diseño y Construcción Sostenible.
[c] Profesora Investigadora de Tiempo Completo del Área Académica de Ingeniería. Arquitecta, egresada del Instituto Tecnológico de Pachuca, Doctora en Ciencias Ambientales por la UAEH y Master en Arquitectura con especialidad en urbanismo del ITESM. Forma parte del grupo de investigación Diseño y Construcción Sostenible. Sus líneas de investigación son la construcción sostenible, el reciclaje y la valorización de residuos.