33 2 SISTEMAS INTEGRADOS DE TRATAMIENTO Y REÚSO

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SISTEMAS INTEGRADOS DE TRATAMIENTO Y REÚSO, CASO
MÉXICO
Dra. Gabriela Moeller Chávez
Objetivos particulares:
Al término del tema el participante:
•
Comprenderá las características generales de los sistemas de
tratamiento y reúso.
•
Conocerá la situación sobre el reúso del agua residual que se tiene
en México.
Introducción
Por reutilización o reúso del agua se entiende la práctica de recuperar las aguas residuales
crudas para emplearlas, luego de aplicarles un nivel de tratamiento adecuado, con fines
prácticos.
Por reciclaje del agua se entiende la captura y recuperación de aguas degradadas, para
volver a usarlas en el mismo proceso que las generó. A menudo, el reciclaje puede llevarse
a cabo sin un tratamiento excesivo del agua, por ejemplo, mediante el empleo de un
sistema industrial de enfriamiento de ciclo cerrado. Las aguas residuales municipales, que
incluyen el agua generada en residencias, establecimientos comerciales, y a menudo en
instalaciones industriales, son la fuente de agua de reúso de que se dispone más a
menudo, luego de aplicárseles un grado satisfactorio de tratamiento.
A pesar de que el avance en relación con las tecnologías de tratamiento ha tenido grandes
progresos y que de las aguas residuales municipales crudas puede lograrse una calidad de
agua similar a la potable, mediante la combinación de operaciones y procesos unitarios, es
importante recordar que no hace mucho tiempo e inclusive en algunos lugares hoy en día,
las enfermedades transmitidas por el agua fueron y han sido una de las principales causas
de mortalidad y morbilidad y que el desequilibrio ecológico debido a la contaminación de
cuerpos receptores por descargas de aguas residuales sin tratar predomina en muchos
cuerpos de agua.
Con el desarrollo de las ciencias médicas, ciencias sanitarias e ingeniería ambiental, la
mayoría de estas enfermedades han sido erradicadas o controladas en los países
desarrollados. La situación en los países del tercer mundo, desgraciadamente no es la
misma y este tipo de problemas ocupan los primeros lugares en casos de mortalidad y
morbilidad.
La comunidad científica internacional trabaja en investigaciones tanto básicas como
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aplicadas para conocer el comportamiento de los diferentes patógenos y compuestos
tóxicos cuya presencia son de preocupar en las aguas renovadas así como en el desarrollo
de tecnologías más eficientes que los remuevan. La evolución y el desarrollo de las
tecnologías de tratamiento para obtener la calidad del agua deseada para el uso a que se
destine el agua tratada ha sido grande. Si es para descarga a un cuerpo receptor, que no
afecte el medio ambiente y que se cumpla con la normatividad aplicable al tipo de cuerpo
receptor. Si ésta es para reúso, que los tipos de reúso específicos del agua tratada sean con
un riesgo mínimo o bajo (en términos de la probabilidad de adquirir una enfermedad). El
tema de la calidad del agua tratada y de las tecnologías necesarias para lograrla, siempre
ha sido un tema prioritario en las investigaciones realizadas a nivel mundial.
Los avances científicos y tecnológicos y el desarrollo en las tecnologías para el tratamiento
de las aguas residuales para reúso en agricultura, industria, recarga de acuíferos y todos
los tipos de reúso posibles han logrado cada vez una mejor calidad de agua, mayor
experiencia en la planeación e implementación de dichos proyectos y muchas experiencias
más en otros aspectos.
2.1. Tratamiento
Es importante señalar que existe una muy estrecha relación entre captación, conducción y
tratamiento de las aguas. No obstante, hay diferencias entre éstos procesos, ya que cada
uno tiene sus propios objetivos. El tratamiento requiere de la captación y la conducción en
primer término.
Los objetivos del tratamiento, según sea el caso, son:
• Reducción de la eutroficación en cuerpos de agua por la remoción de materia
orgánica, sólidos y nutrientes (disminución de la formación de malezas acuáticas y
reducción de la velocidad de pérdida de agua en los cuerpos de agua)
• Protección de la vida acuática
• Reducción de la velocidad de salinización de suelos al eliminarse el riego con aguas
residuales sin tratar
• Prevención de la contaminación de aguas subterráneas
• Protección de la salud pública
• Reúso del agua tratada
Es bien conocida la frase de “conducción no es tratamiento”, y de igual modo podría
decirse “tratamiento no es reúso”, aunque éste último depende completamente de un
adecuado tratamiento para su aplicación. Esta aseveración cabe al considerar el reúso del
agua tratada y no en el uso directo del agua residual cruda, puesto que como muchas
experiencias lo muestran éstas aguas se aprovechan, sin tratamiento alguno en varias
actividades, principalmente en agricultura, cumpliendo o no con las normas establecidas
para riego, causando daño en muchos aspectos.
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Actualmente, y de manera general las tarifas del agua son bajas debido principalmente a
los subsidios que se tienen, como consecuencia de presiones sociales y por razones
políticas. Este abaratamiento en el suministro del agua pone en desventaja su tratamiento
y reúso, por los costos que en éstos últimos se genera. Por estas razones los costos del agua
tratada deben de compararse con los costos reales de producción de agua potable.
Adicionalmente, a los costos del agua para reúso deberían de agregársele los costos de los
beneficios obtenidos por ahorros logrados al disminuir problemas de salud pública y de
protección al ambiente; por la atenuación del impacto negativo, por cambios de estilos de
vida, atenuación de problemas sociales para la obtención de agua, reducción de la
explotación de aguas subterráneas y superficiales y de sus consecuencias ambientales;
disminución de gastos en la recuperación de suelos salinizados, y en general por reducir la
velocidad del consumo del agua limpia disponible.
En términos prácticos son difíciles de cuantificar los beneficios y los costos de éstos
conceptos, sin embargo sería injusto cargarlos a los gastos ocasionados por el reúso. El
reúso debe incluir los costos de postratamiento de acuerdo con los requerimientos técnicos
y normativos para cada tipo específico y los de conducción del agua tratada hasta el sitio
de reúso.
2.2.- Niveles de tratamiento. Procesos unitarios y calidad requerida
El concepto de niveles de tratamiento vincula calidad y aplicación, de tal manera que la
integración de procesos y operaciones unitarias pueden obtener la calidad de agua tratada
deseada de acuerdo con su uso.
Se entiende como tren de tratamiento a la combinación particular de procesos unitarios o
sistemas empleados para alcanzar un objetivo específico de tratamiento o al ordenamiento
de los diferentes procesos unitarios que permitan obtener a partir de aguas residuales
crudas la calidad de agua deseada para el fin al que se le destine.
En general, cuando se menciona que un agua residual está tratada hasta nivel secundario,
terciario o avanzado, el tren de tratamiento más común es:
Nivel Secundario: cribado, desarenado, sedimentación primaria, tratamiento biológico,
sedimentación secundaria y desinfección. El tren de tratamiento de Iodos se
compone de la digestión y espesamiento.
Nivel terciario: cribado, desarenado, sedimentación primaria, tratamiento biológico,
sedimentación secundaria, coagulación - floculación, filtración y desinfección. El
tren de lodos es el descrito en el tren anterior más el secado.
Nivel avanzado: al tren de tratamiento terciario se le incorpora la adsorción entre la
filtración y la desinfección. El tren de lodos prevalece.
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La figura 2.1 presenta un diagrama de flujo general de las operaciones unitarias que
pueden conformar un tren de tratamiento y según los niveles de tratamiento requeridos
para diferentes tipos de reúso, serán los procesos unitarios que constituyen el tren de
tratamiento.
OPERACIONES UNITARIAS
Secundario
Primario
Terciario
Efluente
Sedimentación Primaria
Pretratamiento
Desinfección
Efluente
Efluente
Procesos de baja tasa
Desinfección
Sedimentación
Remoción de nitrógeno
Desinfección
Lagunas de estabilización
Lagunas aereadas
nitrificación desnitrificación
Intercambiador Ionico cloración
Volatización de gases
Procesos de alta tasa
Remoción de fosfatos
Lodos activados Filtros
precoladores Biodiscos
Coagulación química y biológica
Cribado
Desarenación
Remoción de sólidos susp
Sedimentación
Secundaria
Coagulación química
filtración
Remoción de metáles y org.
Disposición
Adsorción de carbón
Precipitación química
Procesamiento
Secundario
Remoción de Sólidos disueltos
Ósmosis inversa, electrodiá- lisis,
desnitrificación, intercambio iónico
Figura 2.1 Procesos unitarios para el tratamiento de aguas residuales
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Para cada tipo de reúso definido, es necesario tratar el agua residual hasta alcanzar la
calidad requerida, así se considera el uso con contacto directo o indirecto y para diversos
usos. Las operaciones o procesos unitarios que se requieren al conformar un tren de
tratamiento dependen de la calidad requerida, así, se tienen diversas calidades para los
diferentes tipos de reúso a saber:
• Reúso urbano, agrícola (restringido y no- restringido), acuícola, industrial (agua
para enfriamiento y calderas), para servicios, actividades recreativas, recarga de
acuíferos, principalmente.
2.3. Sistemas de tratamiento innovadores
El concepto de alta tecnología o tecnología de punta no representa necesariamente el que
los sistemas de tratamiento sean complicados en sus materiales constructivos, equipos y
controles y mayores en sus costos totales, sino que cumplan su objetivo mas
eficientemente. Existen varias clases de conceptos de alta tecnología, basados en esquemas
mecánicos y biológicos, esquemas mecánicos y químicos y esquemas mecánicos, biológicos
y químicos. No hay duda que el interés y enfoque internacional está basado en mejorar los
esquemas que combinan los sistemas mecánicos con los biológicos, con o sin adición de
reactivos. Usualmente este tipo de sistemas requieren operadores altamente capacitados,
además de que sus gastos de operación y construcción como ya se mencionó son altos.
Los sistemas basados en el concepto de lodos activados han sido mejorados y se han
desarrollado sistemas multietapas y sistemas del tipo de reactores secuénciales en lote
(SBR), ambos capaces de remover eficientemente la DBO, efectuar la nitrificación y
desnitrificación, y la remoción de fósforo. De los sistemas derivados de biomasa fija las
innovaciones han sido el aplicar biofiltros con áreas específicas o superficiales altas para
las películas biológicas (como un filtro sumergido) y modernos contactores biológicos
rotatorios (RBC), particularmente para aplicaciones de alta tasa donde los procesos se
realizan con etapas aerobias y anóxicas que permiten realizar una eficiente nitrificación y
desnitrificación.
Otro esquema nuevo es el sistema de lecho móvil el cual combina el concepto de biomasa
fija y el concepto de biopelícula de una manera muy flexible y adecuada para aplicaciones
de alta tasa y diseños simples.
2.4. Tecnología de punta o tecnología apropiada
Los métodos y tecnologías básicas de tratamiento pueden dividirse en dos grandes
grupos:
• Tecnología sencilla o apropiada
• Alta tecnología o tecnología sofisticada
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El denominarse que sean sencillos, no implica un concepto de baja eficiencia pero si, que
tales plantas tengan consumos bajos de energía y utilicen tecnologías sencillas, tanto en las
fases constructivas y operativas y que utilicen sistemas basados en las transformaciones
naturales por ejemplo, las lagunas de estabilización y algunos sistemas de infiltración en
suelos o últimamente el uso de sistemas acuáticos y vegetales en los denominados
Humedales.
"La mejor tecnología técnica y económicamente disponible: BATEA (Best available
technology economically available) es el concepto de tratamiento que debe de ser
adoptado en América Latina; esto es, un traje hecho a la medida que satisfaga las
necesidades específicas en cada caso para cada sitio, tipo de agua residual y calidad
deseada para el efluente.
Conceptualmente BATEA significa:
a) Prevenir las descargas de contaminantes prioritarios al medio ambiente o
cuando esto no sea posible, reducir su descarga al mínimo y la transformación
de contaminantes a sustancias inocuas.
b) Transformar contaminantes que puedan causar daño al ser descargadas al
medio ambiente. Por ejemplo los compuestos consumidores de oxígeno que de
por si no son tóxicos.
c) Minimizar la contaminación del ambiente como un todo, adoptando "la mejor
opción practicable y disponible" en relación con las sustancias descargadas.
En términos prácticos para el tratamiento de las aguas residuales BATEA implica llevar a
cabo las siguientes acciones:
a) Eliminación de contaminantes prioritarios cuando esto sea posible por selección
de materias primas, modificaciones a los procesos o adopción de tecnologías
limpias.
b) Evitar dilución de las descargas contaminantes.
c) Medición y monitoreo continuo de gastos y contaminantes.
d) Separación de descargas conteniendo contaminantes prioritarios para realizar
su tratamiento por separado.
e) Recuperación de materiales para reúso, cuando esto sea posible.
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2.5. Orígenes y evolución del tratamiento y el reúso en el mundo
La evolución del tratamiento y reúso data de tiempos ancestrales y se puede clasificar en
tres grandes épocas (Asano, 1995b):
1ª Sistemas ancestrales de conducción del agua y desalojo de las aguas residuales
(3000 A.C. a 1850). Vestigios de éstos sistemas se pueden encontrar en la
Civilización Minoan, en la Antigua Roma, en las antiguas granjas en Alemania e
Inglaterra. Otra muestra es el uso de alcantarillado para el desalojo de los
desechos en Londres, Boston y París.
2ª El despertar del saneamiento (1850 - 1950). Acontecimientos importantes en esta
época son el control de la epidemia del cólera en Londres por John Snow en 1850;
el desarrollo de la teoría de la prevención de la tifoidea por Budd en Inglaterra; el
avance de la microbiología con Koch en Alemania y con Pasteur en Francia; el uso
del cloro como desinfectante y el conocimiento de la cinética de la desinfección
(Chick) y el uso de los procesos biológicos para el tratamiento de las aguas
residuales en el año de 1904 por Ardem y Lockett en Inglaterra.
3ª
La era del reúso y reciclamiento de las aguas residuales (A partir de 1950).
El reúso planeado de las aguas residuales en Estados Unidos empezó a principios de los
años 20 en la agricultura en los estados de Arizona y California. En Colorado y Florida se
desarrollaron sistemas para el reúso urbano. La normatividad para el reúso también inició
en California en la misma época. A partir de 1965, esta normatividad impulsa de manera
decisiva el reciclamiento y el reúso de las aguas residuales.
En Israel, la normatividad permite a partir de 1965 el uso de efluentes provenientes de
tratamiento secundario para riego de cosechas (con excepción de las que se consumen
crudas).
Un aspecto de gran preocupación es el efecto del uso de las aguas residuales en la salud.
La Organización Mundial de la Salud publicó un reporte denominado "Reúso de efluentes:
Métodos de tratamiento de aguas residuales y su seguridad para la salud" (Serie de
reportes Técnicos de la OMS No. 517, 1973). Los trabajos de investigación a nivel mundial
a este respecto continuaron y los conocimientos en salud pública y epidemiología
avanzaron. En 1985 se realizó una reunión de expertos en Engelbert Suiza donde expertos
en el tema provenientes de todo el mundo y reunidos para tal efecto actualizaron y
complementaron el documento anterior el cual se publicó como el documento técnico No.
778 de la OMS en 1989.
La Directiva de la Comunidad Económica Europea (91/271/EEC) declara que las aguas
residuales tratadas deben reusarse cada vez que sea apropiado y que las rutas de
disposición deben minimizar los efectos adversos en el ambiente y en la salud.
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Desde los años 70 y en los 80 se ha estudiado en forma intensiva el potencial de los riesgos
a la salud asociados con el uso de aguas residuales tratadas, para usos no potables y
potables. El número de proyectos de reúso aumentan cada día en número y dan lugar a la
evolución de nuevas alternativas para el reúso. Las mejoras en la confiabilidad de los
procesos de tratamiento, la evaluación del riesgo y la aceptación del público a los sistemas
de reúso, en conjunción con el aumento en la demanda del agua y la necesidad del control
de la contaminación, han promovido la integración del reúso del agua a la estrategia del
manejo de los recursos hidráulicos.
En el panorama mundial se tiene definida la calidad alcanzable para los diferentes
sistemas de tratamiento de aguas residuales, y los objetivos y requerimientos de calidad
del agua para cada uno de los tipos de reúso, lo que apoya en la definición de programas
de administración y planeación del agua.
La demanda mundial del agua está distribuida más o menos de la siguiente manera. 67%
para la agricultura, 25 % para la industria y los demás usos.
Los tipos de reúso más comunes son el aprovechamiento del agua tratada en actividades
agrícolas, industriales, recreativas, recarga de acuíferos e inclusive el reúso para producir
agua potable.
En países desérticos como Arabia, Tunisia, Egipto e Israel el reúso del agua en agricultura
ha tomado enorme importancia; en Estados Unidos, India y en México el reúso se practica
en la industria (agua para enfriamiento, calderas, agua para lavado e inclusive para los
bomberos); en el aspecto urbano, por ejemplo en Japón, el agua sé reúsa en riego de
plantas de ornato, jardines, parques, áreas de golf y en algunas localidades para las
evacuaciones en los retretes; en cuanto recarga de acuíferos, en varios países se han
realizado investigaciones para medir los impactos asociados a la salud pública por
patógenos, virus, metales pesados y en general por el transporte de contaminantes, de
modo tal que por ejemplo en Los Ángeles California, desde 1992 se han desarrollado
normas para el control de esta actividad.
Se puede decir que en la actualidad de manera general ya son muchos los países en donde
se practican diferentes tipos de reúso y que existen muchos estudios que justifican y
apoyan esta práctica.
2.6. Situación nacional del reúso
En México se tienen problemas de disponibilidad de agua, por su distribución fisiográfica
y climática, contaminación de aguas superficiales y subterráneas, por el incremento
acelerado de las demandas que requieren los diferentes usos. La infraestructura de
tratamiento corresponde a 1132 plantas de tratamiento, de las cuales operan 938 aunque
las eficiencias de tratamiento no siempre corresponden a las de diseño, una capacidad
instalada de 80.2 m3 /s y un gasto tratado de 50.8 m3 /s. (CNA, 2003). Este último es el
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caudal real para aprovecharse en reúso de aguas tratadas. Para que un sitio en especial,
determine su interés en efectuar programas de reúso, es importante que analice los
aspectos siguientes:
a) El ahorro por el pago de derechos por descarga de agua contaminada, contra el costo
del tratamiento requerido para el reúso.
b) La disponibilidad efectiva del agua en la zona, atendiendo no sólo a la cantidad sino
también a la calidad y usos a los que se destina. Los cuerpos superficiales son de
calidad notoriamente inferior a la del agua de los acuíferos, por lo que prácticamente
todos los municipios deberían preservar el agua subterránea para abastecimiento
municipal en forma prioritaria y evitar al máximo que la industria y la agricultura la
usen antes que ellos. La disponibilidad de agua residual doméstica como fuente para
otros usos y el costo de tratamiento requerido para el control de la contaminación
que origina.
c) El impacto que tendría un programa de reúso en el control de la contaminación de
las descargas domésticas.
d) Los programas de inversión previstos para el control de la contaminación.
Hoy en día se tienen todas las aplicaciones del reúso, principalmente en las regiones con
poca disponibilidad del agua. En la zona metropolitana se han ejecutado varios proyectos
de reúso en la agricultura por ejemplo en el distrito de riego 03 (aguas no tratadas); en la
industria, por ejemplo en la papelera de San Cristóbal ó en San Rafael; y en Lechería y en
Tula Hgo., para la generación de energía eléctrica. En recreación en el llenado de lagos
como el de Chapultepec, San Juan de Aragón y Xochimilco, entre otros. Como usos
municipales para el riego de áreas verdes, parques y jardines.
De los estudios de reúso realizados en México, la mayoría, corresponden principalmente a
diagnósticos ambientales de los proyectos de reúso, a estudios sobre conducción, de
tratamiento y algunos que incluyen disposición de las aguas residuales. Existe también
información sobre reuniones consultivas nacionales relativas a la conservación ecológica y
protección al ambiente. Se han realizado también estudios de factibilidad integral para la
utilización de las aguas residuales. La gerencia responsable del reúso de aguas en México
es la de Saneamiento y Calidad del Agua de la Comisión Nacional del Agua (CNA).
Arango, op. cit. Moeller (1997) establece la situación nacional del reúso en la agricultura y
menciona el beneficio del uso de aguas residuales en riego, los factores relacionados con la
presencia de patógenos en las aguas residuales crudas y el riesgo que implica su uso y
que las prácticas de reúso realizadas, en la mayoría de los casos, son inadecuadas ya que
se realiza el riego con aguas residuales crudas.
El uso de agua residual para riego agrícola tiene sus orígenes en la construcción de una
salida para las aguas residuales del Valle de México. En el año 1890 se comenzaron a
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aprovechar estas aguas en la región del Valle del Mezquital en Tula, Hidalgo, para el riego
por anegación de cereales, hortalizas y alfalfa. Posteriormente, esta región se estableció
como el Distrito de Riego 03, ampliándose a la fecha al Valle de Alfajayucan en el Distrito
de Riego 100, también en Hidalgo.
Aparte, dentro del Valle de México, algunas áreas ubicadas a lo largo del Gran Canal del
Desagüe también aprovechan las aguas residuales originadas en la Ciudad de México,
principalmente en Chalco y Chiconautla en el Estado de México. Otros distritos de importancia son Valsequillo, Puebla; Tulancingo, Hidalgo, y Ciudad Juárez, Chihuahua.
Aún siendo el riego con aguas residuales una práctica común y extensiva en nuestro país,
técnicamente sólo se han realizado estudios de sus efectos en las zonas aledañas al área
metropolitana de la Ciudad de México (Tula, Chiconautla, Lago de Texcoco y Xochimilco)
y en General Escobedo, que utiliza las aguas residuales de la ciudad de Monterrey, en el
estado de Nuevo León. (Jiménez, et. al. 1996).
Por otra parte, una característica propia del reúso agrícola en México es que las aguas
residuales de muchas ciudades son utilizadas en esa actividad, lo cual ha establecido cierto
compromiso con los agricultores. En 1995 se empleaban 102 m3/s de agua residual para
cubrir 256 827 ha, sin diferenciar cuánta agua es de origen industrial y cuánta municipal, y
con un control y una supervisión sanitarios prácticamente inexistentes. Esto, junto con la
preferencia de los usuarios por las aguas residuales sobre el agua clara, hicieron una
práctica ordinaria de su empleo, sin ningún control de tipo sanitario hasta la aparición de
la NOM 032 y 033 en su versión de Norma Técnica Ecológica de 1988. La NOM 067
completaba el esquema regulatorio el cual ahora se incluye en la NOM 001.
En cuanto al reúso industrial, la experiencia en este ámbito, sobre el uso de agua residual
doméstica tratada es aún muy restringida en el país en donde se identifican actualmente
sólo dos tipos de práctica. Una de ellas corresponde a plantas industriales que se abastecen
directamente del alcantarillado y ellas mismas se encargan del tratamiento para cumplir
con sus requerimientos de calidad. En este caso están las termoeléctricas del Valle de
México y Tula de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), la refinería de Pemex en
Tula, y Altos Hornos de México, en Monclova. La termoeléctrica de Tula, por ejemplo,
cuenta con una planta que trata de 850 a 1300 L/s de agua residual del Gran Canal para
emplearla en enfriamiento.
La otra práctica es el suministro de agua tratada a un reducido grupo de empresas,
algunas de ellas localizadas en la ciudad de Monterrey y otras en la zona metropolitana
del Valle de México.
El reúso en Monterrey fue la primera experiencia en su tipo en el país y data de 1955. La
empresa Agua Industrial de Monterrey opera una planta de 300 L/s y distribuye el agua a
varias industrias. En el estado de México la planta de San Juan Ixhuatepec, S.A. abastece a
los socios industriales con 160L/s de agua tratada que capta del Río de Los Remedios.
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En el Distrito Federal para 1997 el uso de agua residual tratada se distribuía en las
siguientes proporciones: áreas verdes y lagos 54 %, recarga de acuíferos 20 %, riego
agrícola 13 %, industrial 8 % y comercial 5 % (DGCOH, 1995).
De 1997 a 2001 el IMTA realizó para la CNA (Gerencia de Estudios para el Desarrollo
Hidráulico Integral), estudios sobre reúso municipal e industrial
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Autoevaluación
Instrucciones: Lea cuidadosamente cada una de las preguntas y responda en forma breve y
precisa.
1.- ¿Cómo se define el término reúso del agua?
2.- ¿Qué es el reciclaje?
3.- ¿Mencione los 6 principales objetivos del tratamiento de aguas residuales?
4.- ¿Qué se entiende por tren de tratamiento?
5.- ¿Qué significa BATEA?
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Bibliografía
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