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10-11 Septiembre 2015Santa Marta, Colombia
ACODAL 58° Congreso Internacional: Taller Gestión de la Energía para Empresas de Acueducto y Alcantarillado de Latinoamérica y el Caribe
Trasvases versus recuperación de aguas residualespara incrementar la disponibilidad de agua en el Valle de México
Consideraciones económicas, energéticas y ambientales
Extracto del trabajo de ingreso presentado a laAcademia de Ingeniería, México
Ernesto Espino de la O
Taller de Gestión de Energía 2015
Ref.: Programa de Sustentabilidad Hídrica de la Cuenca del Valle de México, Ing. José Luis LuegeTamargo, CONAGUA, 8 noviembre 2007
Sobreexplotación de los acuíferos del Valle de México
Entre los años 1950 y 2000 la población se sextuplicó, pasó de 3 a 18 M habitantes
Taller de Gestión de Energía 2015
Estadísticas del Agua de la RHA XIII, Aguas del Valle de México, Ediciones 2009, 2012 y 2013, a. http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/OCAVM-1-EAOCAVM2009.pdf,b. http://www.pronacose.gob.mx/pronacose14/contenido/documentos/XIII%20PHOCAVM.pdf,c. http://www.cmic.org/comisiones/Sectoriales/infraestructurahidraulica/estadisticas/Estadisticas_2014-2018/Publicaciones-
2014/Estad%C3%ADsticas%20del%20Agua%20de%20la%20Regi%C3%B3n%20Hidrol%C3%B3gico-Administrava%20XIII-2014%20OCAVM-1-14.pdf
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Mill
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de
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s cú
bic
os
Agotamiento de reservas de agua subterránea
Las mermas acumuladas equivalen a19 años de suministro de agua
CuencaRío Panuco
Valle deMéxico
CuencaLerma-Chapala
Cuenca RíoTecolutla
CuencaRío Balsas80 km
Golfo deMéxico
Trasvases de agua como una alternativa para incrementar disponibilidades
Taller de Gestión de Energía 2015
Consumos de energía y costos de trasvasesPerfil esquemático
En USDlls @ de 16 $Mex/Dll
Zócalo2,200 msnm
Temascaltepec, 6 m³/sInversión = 419 M Dlls*
70 MDlls/(m³/s) Carga de Bombeo = 1,726 m
E. Eléctrica = 5.9 kWh/m³Costo total = 0.70 Dlls/m³
Necaxa, 9 m³/sInversión = 1,162 MDlls
129 MDlls/(m³/s)Carga de Bombeo = 1,467 m
E. Eléctrica = 5.0 kWh/m³Costo total = 0.78 Dlls/m³
msnm3000
2500
2000
1500
* Inversiones en obras complementarias elevan el monto a más de 1,000 MDlls
Taller de Gestión de Energía 2015
Alternativa de recuperación de aguas residualesReúsos potenciales y niveles de tratamiento
Riego de zonas agrícolas, áreas verdes, campos deportivos, parques, jardines, etc.
Los factores de uso de la PTAR pueden ser menores a 100% cuando el agua tratada sólo se usa para riego agrícola, por la estacionalidad de las demandas.
Tratamientos secundarios
DBO y SST < 20 mg/lColis fecales
< 240 NMP/100 ml
Recarga de acuíferos y de reservoriosTratamientos
avanzados
Taller de Gestión de Energía 2015
Potencial de reúso de aguas residuales en riego agrícola en el Valle de México
Acumulado a diciembre de 2012, RHA XIII, Subregión Valle de México, concesiones DF + EdoMex
en m³/s
Superficial Subterránea Total
Agrícola 8.6 4.7 13.2
Industrial 0.7 3.6 4.3
Público urbano 10.7 53.0 63.7
Otros usos 0.4 3.5 4.0
Total 20.4 64.8 85.2
Las extracciones reales para uso agrícola no son necesariamente iguales a las concesiones, lo que puede limitar el potencial de sustitución de agua de primer uso en riego agrícola
Concesiones de agua en el VdeM, Estadísticas del Agua de la RHA XIII, Aguas del Valle de México, Edición 2013, C 42, p 111,http://www.cmic.org/comisiones/Sectoriales/infraestructurahidraulica/estadisticas/Estadisticas_2014-2018/Publicaciones-2014/Estad%C3%ADsticas%20del%20Agua%20de%20la%20Regi%C3%B3n%20Hidrol%C3%B3gico-Administrava%20XIII-2014%20OCAVM-1-14.pdf
Taller de Gestión de Energía 2015
Consumos de energía y costos de tratamiento secundarioMódulo de 1 m³/s
Con desinfección UV y tratamiento de lodos en la PTAR AtotonilcoCostos actualizados a abril de 2015
Concepto Promedio
Consumo unitario de energía, kWh/m³ 0.38
Consumo de energía, mWh/año 11,886
Costo de energía eléctrica, M$/año 14
Inversiones, MDlls 25
Costo anual total, MDlls/año 4.2
Costo total, Dll/m³ 0.14
El consumo de energía en EUA para tratamiento secundario es del orden de 0.46 kWh/m³
En la PTAR Atotonilco el consumo es de 0.24 kWh/m³, de los cuales 0.20 kWh/m³ serán cogenerados (la generación de energía térmica es mayor aún que la generación de energía eléctrica)
• Ensuring a sustainable future: An energy management guide book for wastewater and water utilities, January 2008, EPA 832‐R‐08‐002, http://water.epa.gov/infrastructure/sustain/upload/Final-Energy-Management-Guidebook.pdf
• Water Reuse, National Research Council, 2012, http://www.nap.edu/catalog/13303/water-reuse-potential-for-expanding-the-nations-water-supply-through
Taller de Gestión de Energía 2015
Tratamiento avanzado para recarga de acuíferosDiagrama de procesos
Tratamiento con
remoción biológica
de nutrientes
Clarificación
• Tratamiento químico• Adsorción en carbón
biológicamente activo• Ozonación + UV • Split OI
Pozos de recarga
EfluenteBOD5/TSS < 20 mg/lNO3-N < 10 mg/lPT < 1 mg/l
Sólo con carácter ilustrativoHay muchas más opciones
Taller de Gestión de Energía 2015
RBN + TQ FCA + O3 UV + TdeA Total
41.5 11.525
9.5 7.595
53 17
Consumo de energía 0.80 kWh/m³
Costos de tratamiento 0.41 Dll/m³
Consumos de energía y costos de tratamiento avanzadoMódulo de 1 m³/s
Costos actualizados a abril 2015
Inversiones en MDlls
Anteproyecto, módulo de tratamiento avanzado PTAR El Caracol, CONAGUA, Coord. Proyectos VdeM, 2012
Taller de Gestión de Energía 2015
1,687(105)
404(25)
2,032(127)Incl.
Pozos
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
Riego agrícola Recarga de acuíferos
Trasvase de agua Reúso de aguas residuales
Inve
rsio
ne
s, M
$ (
MD
lls)
Evaluación económica: inversionesPor cada m³/s
x
Las inversiones en trasvases son cuatro veces más altas que en la
alternativa de sustitución de agua de riego por agua residual tratada
Taller de Gestión de Energía 2015
380(24)
68(4.2)
249(16)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Riego agrícola Recarga de acuíferos
Trasvase de agua Reúso de aguas residuales
Co
sto
tota
l, M
$/a
ño
(MD
lls/a
ño
)Evaluación económica: Costo anual total
Por cada m³/s
El trasvase de agua cuesta 316 M$ por año más que la sustitución de agua de
riego por agua residual tratada
Taller de Gestión de Energía 2015
12.0(0.75)
2.2(0.14)
7.9(0.49)
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
Riego agrícola Recarga de acuíferos
Trasvase de agua Reúso de aguas residuales
Co
sto
un
itar
io, $
/m3
(D
lls/m
³)
El costo del agua importada es5 veces más caro que el del agua
tratada para reúso agrícola
Evaluación económica: Costo unitario
Taller de Gestión de Energía 2015
168.654
11.886 25.2290
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
180.000
Riego agrícola Recarga de acuíferos
Trasvase de agua Reúso de aguas residuales
Co
nsu
mo
s d
e e
ne
rgía
, mW
h/a
ño
Evaluación energética: consumo de energíaPor cada m³/s
El ahorro en consumo de energía es de 157,000 mWh por año por cada m³/s.
Taller de Gestión de Energía 2015
84.159
5.931 12.5890
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
Riego agrícola Recarga de acuíferos
Trasvase de agua Reúso de aguas residuales
T d
e C
O2
po
r añ
oEvaluación ambiental: emisiones comparadas de CO2
Por cada m³/s@ 0.50 kg de CO2 /kWhr
14 veces más emisiones de CO2 que en la alternativa de sustitución de agua de riego
por agua residual tratada
Taller de Gestión de Energía 2015
27,9
2,0 4,20
5
10
15
20
25
30
Riego agrícola Recarga de acuíferos
Trasvase de agua Reúso de aguas residuales
Sup
erf
icie
de
bo
squ
es,
mile
s d
e h
aEvaluación ambiental: superficies de bosque necesaria
para compensar las emisiones de CO2Por cada m³/s, @ 3 t CO2/ha-año
Por cada m³/s, la diferencia entre trasvases y sustitución de agua de riego de primer uso por agua residual tratada neutraliza la remoción de
CO2 de 25.9 miles de ha de bosques
Ref.: Programa Nacional de reforestación y cosecha de agua, lámina 13, http://es.slideshare.net/CocaColadeMexico/informe-programa-nacional-de-reforestacin-y-cosecha-de-agua
TemascaltepecRiego
agrícolaDiferencia
Emisión de CO2 t/año 556,095 35,662 520,434
Área equivalente de bosques en términos de absorción de CO2
miles de ha
184 12 173
Evaluación ambientalAlternativa de Temascaltepec y reúso agrícola
Gasto de 6 m³/s
ContextoLas áreas reforestadas en el período 2008 – 2014 por el Programa
Nacional de Reforestación y Cosecha de Agua fueron 58 miles de ha
Taller de Gestión de Energía 2015
“Water Reuse, Potential for expanding the nation´s water supply through reuse of municipal wastewater”, NationalResearch Council, Washington, D.C., 2012, p 155http://www.nap.edu/catalog/13303/water-reuse-potential-for-expanding-the-nations-water-supply-through
Consumos comparados de energía en el VdeM y en San Diego para diversas alternativas de suministro de agua
kWh
/m³
VdeM, Trasvases20 a 26 kWh/Kgal
VdeMRecarga
VdeMRiego
“Si la única herramienta que se tiene es un martillo, es muy tentador pensar que todos los problemas se pueden resolver clavando clavos y dando martillazos
A. Maslow, The Psychology of Science, 1966 (Wikipedia)
Taller de Gestión de Energía 2015
Conclusiones1. Una carga de bombeo de 120 m consume más energía que
un tratamiento secundario para uso en riego agrícola.Una carga de bombeo de 240 m consume más energía que un tratamiento avanzado para la recarga de acuíferos.
2. Para el caso del VdeM, el trasvase de agua consume 14 veces más energía que el tratamiento secundario.La diferencia en emisiones de CO2 entre trasvases y tratamiento secundario por cada m³/s nulifica los beneficios de absorción de carbono de 26,000 ha de bosques.
3. La aceptación del reúso de aguas residuales como una alternativa para incrementar el suministro de agua enfrenta hoy la inercia de usos y costumbres del trasvase como la alternativa preferencial.
Hace 200 millones de años…
GraciasPreguntas,
comentarios?
Taller de Gestión de Energía 2015
Información complementaria
Taller de Gestión de Energía 2015
Criterios de análisis y evaluación
• Económico• Energético• Ambiental• Sustentabilidad • Percepción social
Paridades cambiarias a abril de 2015
Notas:Todas las ligas a internet fueron consultadas en julio 2015
Los costos en US Dlls se muestran en rojo en la presentación
Dólar EUA Peso Mex. Peso Col.1 16 2,700
0.06 1 1690.0004 0.006 1
Taller de Gestión de Energía 2015
Ref.: Proyectos estratégicos, agua potable, drenaje y saneamiento, CONAGUA, Programa Nacional de Infraestructura 2014-2018, junio 2015, http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SeguimientoPNI.pdf
Alternativas de trasvase de agua de otras cuencas
Taller de Gestión de Energía 2015
27.903
1.966 4.1740
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
Riego agrícola Recarga de acuíferos
Trasvase de agua Reúso de aguas residuales
Viv
ien
das
eq
uiv
ale
nte
sEvaluación energética
Equivalencias en consumo de energía de viviendas Por cada m³/s
La diferencia en consumos de energía por trasvase con respecto a la alternativa de sustitución de agua de riego por agua residual tratada permitiría suministrar
energía a 26,000 viviendas
Taller de Gestión de Energía 2015
17.718
1.249 2.6500
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
20.000
Riego agrícola Recarga de acuíferos
Trasvase de agua Reúso de aguas residuales
Ve
híc
ulo
sEvaluación ambiental: equivalencias en vehículos
en rodamiento por emisión de CO2Por cada m³/s
La diferencia en emisión de CO2
con respecto a la sustitución de agua de riego por agua residual
tratada es equivalente a las emisiones de 16,469 vehículos
Taller de Gestión de Energía 2015
Trasvase de agua
Reúso de aguas residuales
Riego agrícola
Recarga de acuíferos
Inversión M$ 105 25 127*
CostosM$/año
Capital 9.1 2.2 10.9
Energía 12.1 0.9 1.8
Otros OyM 2.6 1.3 2.8
Suma 23.8 4.2 16
Costo unitario $/m3 0.75 0.14 0.49Energía eléctrica
mWh/año 168,654 11,886 25,229
* Incluye costo de pozos de recarga
Comparación económica de alternativasPor cada m³/s, en US Dlls
Taller de Gestión de Energía 2015
Trasvase de agua
Reúso de aguas residualesRiego
agrícolaRecarga de acuíferos
Energía eléctrica consumida mWh/año 168,654 11,886 25,229
No. de viviendas equivalentes @ 0.69 kW/viv. 27,903 1,966 4,174
Emisión de CO2 t/año 84,159 5,931 12,589
Recorrido de un auto @ 9 km/l Mkm/año 322 23 48
Desechos sólidos en unrelleno sanitario
t/año 30,164 2,126 4,512
Barriles de petróleo b/año 195,717 13,793 29,277
Áreas de bosque necesaria para cancelar las emisiones de CO2
miles ha 28 2.0 4.2
Comparación energética y ambiental de alternativasPor cada m³/s
• Programa GEI México, Factor de emisión eléctrico 2013, http://www.geimexico.org/factor.html, factor de emisiones: 0.4999 kg de CO2Eq /kWh,• U.S. EPA. Greenhouse Gas Equivalencies Calculator, http://www.epa.gov/cleanenergy/ energy-resources/calculator.html• Juan Manuel Torres Rojo, Alejandro Guevara Sanginés, El potencial de México para la producción de servicios ambientales: captura de carbono y
desempeño hidráulico, 16 noviembre 2007, Instituto Nacional de Ecología, http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones/gacetas/63/cap3.html