INQ 4003 - Flujo de Fluidos
Salida de Campo -Planta de Recuperación de Agua Quitumbe de EPMAPS
Integrantes
Oscar Solorzano (00330838), Samaela Montero (00330786), Mateo Valencia
(00330116), Daniela Calvache (00325653), María Victoria Astudillo
(00323220), Sayny Sánchez (00203287), Marcelo Andocilla (00327178)
GRUPO: HIDROCONAM
Quito, Ecuador
2024
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ÍNDICE
1.
Introducción ........................................................................................................... 4
2.
Suministros y Materia Prima .................................................................................. 4
3.
Subproductos ......................................................................................................... 5
4.
Resultados esperados .............................................................................................. 7
5.
Proceso Tecnológico y Diagrama de flujo ................................................................. 8
6.
Materiales de construcción de los equipos y característica estructural ...................... 9
7.
Principales parámetros de control de calidad......................................................... 11
Mecanismos de Medición .......................................................................................... 11
Parámetros de Control .............................................................................................. 12
8.
Seguridad ............................................................................................................. 13
9.
Características de construcción ............................................................................. 14
10.
Áreas exteriores ................................................................................................ 14
11.
Referencias ....................................................................................................... 15
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Figura 1. Diagrama de Flujo Planta de Tratamiento de Agua Quitumbe ................................. 8
ÍNDICE DE FIGURAS
Tabla 1. Componentes del Diagrama de Flujo Planta de Tratamiento de Agua Quitumbe ......... 9
ÍNDICE DE TABLAS
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1. Introducción
El presente informe detalla la visita técnica realizada a la Planta de Recuperación de
Agua de Quitumbe, gestionada por EPMAPS. Este documento aborda aspectos clave
observados durante el recorrido, incluyendo los procesos tecnológicos implementados,
las características de los equipos y materiales utilizados, los parámetros de control de
calidad, y las medidas de seguridad adoptadas en las operaciones. Asimismo, se analizan
las áreas exteriores y su relación con el entorno, resaltando la importancia de la planta en
la gestión sostenible de las aguas residuales. Este informe tiene como objetivo
proporcionar un panorama general sobre el funcionamiento, los desafíos y las
oportunidades de mejora identificadas en esta infraestructura esencial para el sur de Quito.
La planta de tratamiento de aguas residuales de Quitumbe, está ubicada al sur de
Quito, con una extensión de aproximadamente 1.3 hectáreas, recupera agua del
alcantarillado de Quito, para poder realizar el tratamiento respectivo y ser desechada a la
quebrada, para ello se usó una tubería de descarga de 930 metros de longitud, este proceso
beneficia a un aproximado de 75 mil habitantes, de barrios como Los Cóndores,
Orquídeas, Arrayanes, San Alonso, entre otros, opera 24 horas, 365 días del año esto
gracias a su automatización, se tuvo una inversión aproximada de 13 millones de dólares.
2. Suministros y Materia Prima
La Planta de Recuperación de Agua Quitumbe de EPMAPS, ubicada estratégicamente
en el sur de Quito, representa una solución moderna y eficaz para el tratamiento de aguas
residuales urbanas. Esta planta fue concebida con una capacidad nominal para procesar
hasta 110 litros por segundo (L/s), aunque actualmente opera con un caudal que oscila
entre 70 y 80 L/s, lo que corresponde aproximadamente al 73% de su capacidad de diseño.
Este nivel de operación refleja tanto los retos de recolección de aguas residuales como las
oportunidades para optimizar su rendimiento, maximizando su impacto ambiental y
social.
Las aguas residuales urbanas que llegan a la planta tienen una composición diversa,
ya que incluyen aguas domésticas, industriales y de escorrentía pluvial. Las aguas
domésticas, que constituyen el 80% del insumo, están compuestas por residuos generados
en viviendas y servicios, incluyendo sólidos orgánicos, grasas, jabones y nutrientes. Estas
aguas son producto del metabolismo humano y de actividades diarias como cocinar, lavar
ropa y bañarse. Por otro lado, las aguas industriales contribuyen en menor medida al
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insumo, dependiendo de la actividad comercial de la zona y del cumplimiento de
regulaciones respecto a los vertidos industriales en la red de alcantarillado. Finalmente,
las aguas de escorrentía pluvial, aunque intermitentes, también forman parte del flujo
tratado, especialmente durante eventos de lluvia, cuando el sistema de saneamiento
recoge estas aguas junto con las residuales urbanas.
El correcto funcionamiento de la planta requiere no solo de un suministro constante
de aguas residuales, sino también de recursos técnicos y suministros operativos que
permitan mantener los procesos en óptimas condiciones. La planta opera de manera
automatizada las 24 horas del día, los 365 días del año, lo que minimiza la necesidad de
intervención humana y asegura la eficiencia operativa. Entre los componentes esenciales
de su infraestructura destacan los sistemas de pretratamiento, los sistemas biológicos y
las unidades de tratamiento terciario.
El suministro técnico de la planta incluye un aporte constante de energía eléctrica, que
es indispensable para operar los equipos automatizados y mantener el sistema de control
en funcionamiento. Además, se emplean insumos químicos y materiales especializados
para el análisis y monitoreo continuo de la calidad del agua tratada. Estos incluyen
reactivos utilizados en pruebas de laboratorio, filtros y otros consumibles esenciales para
garantizar la precisión en la evaluación de los efluentes.
A pesar de estar diseñada para operar con mayores caudales, la planta actualmente
trata un flujo inferior a su capacidad máxima, lo que no solo reduce el esfuerzo operativo,
sino que también resalta la posibilidad de expandir su impacto positivo. Aumentar el
volumen de aguas residuales procesadas permitiría no solo maximizar el uso de la
infraestructura existente, sino también incrementar la cantidad de agua recuperada y lista
para su reutilización en actividades agrícolas y ambientales. Esto beneficiaría aún más al
medio ambiente, en particular a cuerpos de agua como el río Machángara y la quebrada
Calicanto, cuyos ecosistemas dependen del agua limpia que se descarga tras el
tratamiento.
3. Subproductos
En la planta de tratamiento de agua Quitumbe, los subproductos generados
representan oportunidades significativas para el aprovechamiento sostenible. En la
sección de lodos, el 70% del agua tratada biológicamente se dirige a esta área,
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produciendo aproximadamente 15 m³ de lodo por semana. Con un pH inicial de 8.32, los
lodos pasan por un proceso de desinfección para eliminar patógenos, ajustándose
posteriormente a un pH neutral. Además, los lodos tratados a temperaturas superiores a
500 °C pueden transformarse en carbón activado, un material de alto valor en procesos
de filtración y purificación. Estudios preliminares han explorado el uso de estos lodos en
agricultura como fertilizante y en la construcción como material base, demostrando
potencial, aunque aún no se han implementado a escala.
El lodo generado en los procesos de tratamiento de agua es un subproducto clave que
puede ser gestionado de manera eficiente mediante técnicas de espesamiento. Este
proceso reduce significativamente el volumen del lodo al eliminar parte del agua,
aumentando la concentración de sólidos. Por ejemplo, un lodo activado con una
concentración inicial de 0.8% en sólidos secos puede espesarse hasta un 4%, logrando
una reducción de volumen de hasta cinco veces. Esta disminución en el volumen del lodo
trae múltiples beneficios, como la optimización del espacio necesario en los tanques de
almacenamiento, la reducción de agentes químicos para su acondicionamiento y menores
requerimientos de energía en etapas posteriores como la digestión, deshidratación o
secado térmico. En la planta se ha optado por el espesamiento a gravedad, utilizando
tanques circulares similares a sedimentadores, que operan eficientemente para manejar la
carga de sólidos y minimizar problemas como la formación de olores desagradables. Este
enfoque no solo mejora la viabilidad de los tratamientos posteriores, sino que también
resalta el potencial del lodo como un subproducto gestionable y reutilizable.
Por otro lado, el desarenador genera arena como subproducto, que, tras un proceso
de lavado, puede utilizarse como material de construcción, ofreciendo otra vía para la
reutilización eficiente de los residuos generados. Este enfoque integral no solo reduce el
impacto ambiental, sino que también promueve la economía circular en el tratamiento de
aguas residuales. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, las arenas y grasas
representan subproductos significativos cuya correcta gestión es esencial para proteger la
infraestructura y garantizar la eficiencia del proceso. Las arenas, eliminadas mediante un
desarenador aireado, incluyen partículas con alta velocidad de sedimentación, como
gravilla y otros sólidos pesados. Estas partículas se separan en tanques diseñados con
movimiento en espiral, lo que permite su recolección y lavado, facilitando su posterior
uso como material de construcción. Simultáneamente, las grasas y aceites, capturados en
una zona de calma del mismo desarenador-desengrasador, se separan por flotación
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utilizando aireación controlada. Estos subproductos, que pueden variar significativamente
en cantidad según factores como el tipo de alcantarillado y las actividades locales,
destacan por su potencial reutilizable. Mientras que las grasas recuperadas pueden
alcanzar hasta 0.9 kg/año por habitante, las arenas extraídas, entre 3 y 300 litros por cada
1000 m³ de agua tratada, subrayan la importancia de estos sistemas no solo para reducir
riesgos operativos, sino también para fomentar prácticas sostenibles.
4. Resultados esperados
El resultado del proceso en la Planta de Recuperación de Agua Quitumbe se centra en
obtener un efluente de alta calidad que cumpla con los estándares normativos exigidos
para su descarga en cuerpos de agua naturales o su reutilización. El agua tratada se somete
a un proceso integral que combina etapas físicas, químicas y biológicas, logrando la
remoción efectiva de contaminantes como sólidos suspendidos, materia orgánica,
nutrientes y microorganismos patógenos. Este producto final es vital para reducir los
impactos ambientales negativos, especialmente en ecosistemas receptores como el río
Machángara, donde el agua recuperada ayuda a prevenir la degradación ambiental y la
eutrofización.
Adicionalmente, el proceso genera subproductos como lodos, arenas y grasas, que
tienen un potencial significativo para su reutilización. Los lodos, por ejemplo, tras ser
sometidos a tratamientos de espesamiento y deshidratación, pueden ser transformados en
insumos agrícolas como fertilizantes o utilizados en materiales de construcción. Las
arenas, separadas en los desarenadores, se procesan para su uso como agregados en la
industria de la construcción, mientras que las grasas y aceites recolectados pueden
aprovecharse en aplicaciones industriales menores, fomentando la economía circular.
El impacto ambiental positivo de la planta no solo se limita a la mejora de la calidad
del agua, sino que también promueve la sostenibilidad al maximizar el aprovechamiento
de recursos. Al recuperar agua y subproductos útiles, se contribuye significativamente a
la mitigación del estrés hídrico en la región y al desarrollo de prácticas sostenibles en el
manejo de residuos. Este enfoque integral asegura un uso eficiente de la infraestructura
existente y abre oportunidades para expandir su capacidad y beneficios en el futuro,
aumentando así su contribución al bienestar ambiental y social.
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5. Proceso Tecnológico y Diagrama de flujo
Figura 1. Diagrama de Flujo Planta de Tratamiento de Agua Quitumbe
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Tabla 1. Componentes del Diagrama de Flujo Planta de Tratamiento de Agua Quitumbe
Simbología
Definición
R_1
Aguas Residuales
R_2 y R_3
Aire
R_4
Aceite, Grasa y Arena
R_5
Agua Clara
R_6
Polielectrolito
R_7 y R_8
Solidos Gruesos y Finos
B_1
Bomba
F_1
Levantamiento Inicial
F_2
Cribado Grueso
F_3
Cribado Fino
F_4
Desarenado/Desengrasado
F_5
Tratamiento Biológico
F_6
Clarificación
F_7
Filtración
F_8
Desinfección UV
F_9
Levantamiento de Lodos
F_10
Espesor de Lodos
F_11
Levantamiento de Sobrenadante
F_12
Deshidratación
F_13
Disposición Final
F_14
Desinfección Emergencia Hipoclorito
6. Materiales de construcción de los equipos y característica estructural
El, que se encarga de retener sólidos grandes y pequeños, está compuesto de rejillas
fabricadas en acero inoxidable 304 o 316, dado que este material ofrece alta resistencia a
la corrosión cribado grueso y fino y al desgaste mecánico. Los canales donde se instalan
estas rejillas suelen construirse con concreto reforzado, recubierto con epoxi para evitar
la abrasión y los efectos de los residuos acumulados (Metcalf & Eddy, 2014).
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En la etapa de desengrasado y desarenado, los tanques donde se separan grasas y
arenas están hechos generalmente de concreto reforzado con revestimientos epóxicos,
diseñados para soportar el contacto constante con partículas abrasivas y agua residual.
Los sistemas de aireación utilizados para la flotación de grasas emplean tuberías de acero
inoxidable o biorreactor HDPE (polietileno de alta densidad), mientras que las
compuertas y mecanismos de extracción son también de acero inoxidable, para garantizar
un desempeño confiable en condiciones severas (Tchobanoglous et al., 2013).
El, basado en el sistema de lodos activados, se construye con tanques de concreto
armado diseñados para soportar grandes volúmenes de agua. Los sistemas de aireación,
esenciales para el suministro de oxígeno a los microorganismos, están compuestos de
difusores fabricados en membranas de EPDM o cerámica, montados sobre estructuras de
acero inoxidable o PVC. Este diseño asegura la distribución uniforme del oxígeno y
minimiza la corrosión en contacto con las aguas tratadas (EPA, 2004).
La clarificación secundaria utiliza sedimentadores construidos en concreto reforzado,
con mecanismos de recolección de lodos y escumas fabricados en acero inoxidable. Estas
estructuras cuentan con inclinaciones internas que facilitan la sedimentación y el
transporte del lodo hacia los sistemas de recirculación o deshidratación (Metcalf & Eddy,
2014).
En la filtración, se emplean lechos de arena o antracita montados en estructuras de
concreto con sistemas de drenaje de acero inoxidable o plástico reforzado. Estas unidades
están diseñadas para soportar altas presiones y garantizar la remoción de partículas finas
antes de la desinfección (Tchobanoglous et al., 2013).
La desinfección UV, diseñada para inactivar microorganismos patógenos, utiliza
cámaras fabricadas en acero inoxidable 316, seleccionadas por su resistencia a la
corrosión y su capacidad para reflejar la luz UV, optimizando la eficacia del sistema. Las
lámparas UV, esenciales en esta etapa, están hechas de cuarzo de alta pureza, lo que
permite una transmisión óptima de radiación ultravioleta (EPA, 2006). Por otro lado, el
sistema de desinfección de emergencia con hipoclorito de sodio utiliza tanques de
almacenamiento de HDPE o FRP (plástico reforzado con fibra de vidrio) para resistir la
naturaleza corrosiva de este químico, mientras que las bombas dosificadoras y las tuberías
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son de PVC o PVDF (fluoruro de polivinilideno) por su resistencia química (Metcalf &
Eddy, 2014).
Finalmente, en la deshidratación de lodos, los equipos como filtros prensa o
centrífugas se fabrican con acero inoxidable o acero al carbono con recubrimientos
resistentes, y se colocan sobre bases de concreto reforzado para soportar las vibraciones
y el peso del equipo. Estos sistemas permiten reducir el contenido de humedad del lodo
antes de su disposición final o reutilización (Tchobanoglous et al., 2013).
7. Principales parámetros de control de calidad
La planta de tratamiento de aguas residuales Quitumbe implementa un sistema
integral para el control de calidad del agua, diseñado para garantizar que el proceso de
depuración cumpla con altos estándares ambientales y operativos. Este control se lleva a
cabo mediante mecanismos avanzados de monitoreo, que incluyen sensores y equipos
diseñados específicamente para evaluar parámetros físicos, químicos y biológicos
fundamentales. Estos mecanismos permiten no solo verificar el estado del agua tratada,
sino también ajustar los procesos en tiempo real para mantener la eficiencia operativa y
minimizar el impacto ambiental.
Mecanismos de Medición
1. Sistemas de Sensores Automatizados: Los sensores instalados en diferentes
puntos del sistema permiten la medición continua de parámetros como pH,
temperatura, redox, sólidos suspendidos totales (SST), fósforo total y oxígeno
disuelto. Estos datos son fundamentales para evaluar el rendimiento de los
procesos biológicos y químicos en la depuración. Por ejemplo, la medición de
oxígeno disuelto es crucial para el funcionamiento de los reactores biológicos,
mientras que los niveles de SST y fósforo son indicadores de la efectividad de la
sedimentación y el tratamiento avanzado.
2. Muestreo y Análisis: Se utilizan dispositivos automáticos de recolección de
muestras que aseguran la representatividad del agua tratada. Estos equipos están
diseñados con sistemas de refrigeración para preservar la calidad de las muestras
durante el almacenamiento y transporte. Además, las muestras recolectadas son
analizadas conforme a normativas internacionales, como la ISO 5667-10, lo que
garantiza confiabilidad y estandarización en los resultados obtenidos.
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3. Controladores Inteligentes: Los sistemas cuentan con controladores con
protección IP67, diseñados para operar en condiciones ambientales extremas.
Estos controladores almacenan configuraciones y datos críticos en memorias
ROM no volátiles, lo que permite recuperar información importante incluso tras
interrupciones inesperadas en la operación.
4. Automatización y Supervisión Remota: La planta dispone de sistemas SCADA
(Supervisory Control and Data Acquisition), que integran funciones de monitoreo,
generación de alarmas, y control remoto. Esto permite supervisar variables en
tiempo real y ejecutar acciones correctivas ante cualquier desviación de los
parámetros establecidos.
Parámetros de Control
1. Parámetros Físicos: Se monitorean características como la temperatura del agua,
que influye en la actividad biológica de los microorganismos en los procesos de
tratamiento, y el contenido de sólidos suspendidos, que indica la eficiencia de las
fases de sedimentación y filtración.
2. Parámetros Químicos: La calidad química del agua se evalúa mediante la
medición de pH, alcalinidad, demanda bioquímica de oxígeno (DBO), demanda
química de oxígeno (DQO), compuestos de nitrógeno y fósforo, así como la
presencia de sustancias orgánicas volátiles y microcontaminantes orgánicos. Estos
indicadores permiten identificar y controlar la presencia de nutrientes y sustancias
tóxicas que podrían impactar negativamente en los ecosistemas receptores.
3. Parámetros Biológicos: Para asegurar que el agua tratada no representa un riesgo
para la salud pública, se miden parámetros como coliformes totales y Escherichia
Coli, que son indicadores de contaminación fecal. La eliminación eficaz de estos
organismos refleja la efectividad de las etapas de desinfección, como el uso de
radiación ultravioleta (UV) o cloro.
4. Parámetros Operativos y de Diseño: La planta también sigue criterios de diseño
específicos que incluyen caudales máximos y mínimos, coeficientes de rugosidad
en tuberías y características hidráulicas de las estructuras, lo que garantiza un
rendimiento óptimo bajo diferentes condiciones de operación.
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8. Seguridad
La Planta de Recuperación de Agua de Quitumbe presenta diversos riesgos
relacionados con las operaciones de tratamiento de aguas residuales. Entre los principales,
se encuentran los riesgos químicos derivados del uso de productos como el hipoclorito de
sodio, empleado en los procesos de desinfección. Además, la generación de gases tóxicos
durante la desodorización y el tratamiento biológico representa un peligro significativo.
También existen riesgos biológicos por la exposición a microorganismos patógenos
presentes en las aguas residuales, como la Escherichia coli, lo que incrementa la
posibilidad de contaminación cruzada al manipular lodos y residuos sólidos. Los riesgos
físicos incluyen el manejo de equipos pesados como bombas y agitadores, así como los
sistemas de presión en tuberías y válvulas.
Para mitigar estos riesgos, el uso de equipos de protección personal (EPP) adecuados
es una práctica ya implementada. Todo el personal cuenta con mascarillas, guantes de
nitrilo, gafas de seguridad y trajes impermeables. Además, se asegura que el personal
reciba capacitaciones continuas sobre el manejo seguro de equipos y sustancias
peligrosas, así como sobre los procedimientos específicos para emergencias químicas y
biológicas.
El control ambiental juega un papel clave en la reducción de riesgos. La planta debe
contar con sistemas de ventilación y filtros en las áreas donde se generan gases, y se
recomienda cubrir las unidades críticas, como los desarenadores, con materiales como
PRFV (Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio). El monitoreo continuo mediante
sistemas SCADA permite supervisar en tiempo real las emisiones y los parámetros
críticos, facilitando la detección temprana de anomalías.
Adicionalmente, es importante implementar un programa de mantenimiento
preventivo para garantizar el funcionamiento óptimo de los equipos y tuberías,
reduciendo la probabilidad de fugas o fallas. La gestión adecuada de residuos incluye el
almacenamiento seguro de lodos y sustancias peligrosas en contenedores sellados, así
como la correcta disposición final para evitar contaminación ambiental.
Finalmente, un plan de contingencia robusto es esencial para responder a
emergencias. Este debe incluir simulacros regulares para preparar al personal, así como
rutas de evacuación bien señalizadas. Estas acciones garantizarán tanto la seguridad de
los trabajadores como la operación eficiente de la planta.
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9. Características de construcción
Se conoce que las aguas residuales urbanas poseen características variables en base a
factores como el tamaño de población, sistema de alcantarillado, grado de
industrialización y la incidencia de la lluvia, el conocer estos detalles es esencial para
diseñar de forma óptima sistemas de recogida, tratamiento y evacuación.
Tomando en cuenta que las aguas residuales urbanas son comúnmente turbias de color
marrón-gris, con un olor característico, se destaca que la temperatura afecta los procesos
biológicos, de forma general estas aguas poseen temperaturas entre un 15 a 18 °C, con
variaciones. Para el diseño de la planta se consideran temperaturas de 12 °C en invierno
y 20 °C en verano, con un pH relativamente alcalino de aproximadamente 7.3.
En base al análisis realizado, se conoce que entre el 60% y 85% del agua que se
consume se convierte en aguas residuales, esta variación juega un papel importante en el
diseño hidráulico de las redes de alcantarillado y la planta de tratamiento, considerando
de esta manera los caudales máximos y mínimos que garanticen el funcionamiento
adecuado.
10. Áreas exteriores
La planta de tratamiento de aguas residuales Quitumbe cuenta con una
infraestructura moderna que incluye parqueaderos, un edificio principal equipado con
laboratorios, oficinas administrativas y una maqueta representativa de la planta, diseñada
específicamente para visitas técnicas y educativas. Estas instalaciones no solo permiten
el funcionamiento operativo de la planta, sino que también facilitan actividades de
investigación, formación y divulgación sobre la gestión de aguas residuales.
Además, la planta ha sido diseñada pensando en la comodidad y el impacto ambiental
de la comunidad cercana. Por ello, se han implementado sistemas avanzados de control
de olores, los cuales se activan según sea necesario, garantizando que no se generen
molestias para los residentes del condominio adyacente. Este enfoque no solo refuerza su
funcionalidad técnica, sino que también la posiciona como un modelo de sostenibilidad y
convivencia ambiental en la región.
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11. Referencias
EPA. (2004). Wastewater Technology Fact Sheet: Fine Bubble Aeration. Environmental
Protection Agency.
EPA. (2006). Ultraviolet Disinfection Guidance Manual for the Final Long Term 2
Enhanced Surface Water Treatment Rule. Environmental Protection Agency.
Lotti Ingegneria. (octubre, 2013). Diseño Definitivo de la planta de recuperación de agua
Metcalf & Eddy. (2014). Ingeniería de aguas residuales: Tratamiento, vertido y
reutilización (4.ª ed.). McGraw Hill.
Quitumbe. Volumen 11, tomo 1. EPMAPS. Quito, Ecuador. Robert L., (2015).
Tchobanoglous, G., Burton, F. L., & Stensel, H. D. (2013). Wastewater Engineering:
Treatment and Resource Recovery (5th ed.). McGraw Hill.
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