TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES: Un enfoque sustentable Adalberto Noyola Instituto de Ingeniería...
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES:Un enfoque sustentable
Adalberto NoyolaInstituto de Ingeniería
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
9° Foro Internacional Desde lo LocalSan Luis Potosí, SLP, 27 de septiembre 2012
El tratamiento de agua residual en América Latina es aún imitado, teniendo en cuenta que menos del 20% de las aguas residuales reciben algún tratamiento.
Este es un claro indicador de la necesidad de invertir en el área.
El tratamiento de las aguas residuales contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero.
Existe la oportunidad para aplicar procesos tecnológicos más sustentables, que pueden tener una menor huella de carbono y así contribuir a mitigar el cambio climático.
Introducción
América Latina y el Caribe (ALyC)
563 millones de habitantes (8.5% pob. mundial)
Agua potable para 85 % de su población (84 millones carentes)
Saneamiento para 78 % de su población (124 millones carentes)
Tratamiento de aguas residuales del orden del 20%
Metas internacionales y nacionales para el sector incumplidas
El Saneamiento en ALyCElementos técnicos de diagnóstico en aguas
residuales
Saneamiento para el 78% de la población 48% alcantarillado 30% letrinas o tanques sépticos
Tecnologías convencionales en su gran mayoría Lagunas de estabilización (+++) Lodos activados (+)
Resistencia a la aceptación de tecnologías adaptadas Medio conservador Dominio de empresas transnacionales
Mortalidad infantil, agua y saneamiento en AL
CAN USA CUB CHI COR URU VEN ARG PAN COL MEX DOM HON ECU ELS BRA GUT NIC PER HAIMortalidad infantil 7 8 10 14 14 20 23 24 25 28 34 42 43 44 44 47 48 52 55 86Acceso al agua 100 100 91 91 100 89 79 65 84 75 83 73 77 55 53 69 67 62 66 39Acceso a saneamiento 100 100 94 93 94 94 69 84 93 83 72 90 70 58 68 85 79 76 74 26
0
20
40
60
80
100
120
Mortalidad infantil
Acceso al agua
Acceso a saneamiento
Los Retos del Saneamiento
Población fuertemente urbana: 74%
Operadores de A y S débiles y usuarios sin cultura de pago
Calidad y disponibilidad de agua en reducción
Escasez de agua en varias regiones Reúso en agricultura (1,300,000 ha) Reúso urbano e industrial creciente
Nuevas formas de abordar los retos Innovadoras Adaptadas Lo financiero, lo administrativo, lo tecnológico Integrales (Gestión Integrada de Recursos Hídricos GIRH)
Las Herramientas Tecnológicas
La materia no se destruye, solo se transforma
* la inevitabilidad de los subroductos y residuos* integrar un sistema completo
El mejor tren de tratamiento
* con el máximo de economía y el mínimo de complejidad, alcanza la calidad de agua requerida
Las principales causas de la ineficiencia de las plantas* Abandono por altos costos de operación* Sistema impuesto al organismo responsable de la operación * Decisiones de corto plazo
El tratamiento de aguas residualesConsiderandos:
Principales procesos de tratamiento biológico de aguas residuales
LODOS ACTIVADOS (SELECTOR) REACTOR DE LECHO DE LODOS DE FLUJO ASCENDENTE (UASB) (1)
FILTRO SUMERGIDO DISCO BIOLÓGICO ROTATORIO LECHO FLUIDIFICADO
BIOMASA SUSPENDIDA
BIOMASA FIJA
ANOXICOS
LODOS ACTIVADOS (ver recuadro) LAGUNAS AERADAS LAGUNAS DE OXIDACIÓN LAGUNAS DE ALTA TASA NITRIFICACIÓN
FILTRO PERCOLADOR DISCO BIOLÓGICO ROTATORIO FILTRO SUMERGIDO LECHO FLUIDIFICADO
BIOMASA SUSPENDIDA
BIOMASA FIJA
AEROBIOS
FLUJO PISTON COMPLETAMENTE MEZCLADO AERACIÓN EXTENDIDA AERACIÓN POR ETAPAS AERACIÓN EN DISMINUCIÓN ALTA TASA CONTACTO-ESTABILIZACIÓN OXÍGENO PURO
VARIANTES DE LODOS ACTIVADOS
LAGUNAS FACULTATIVAS COMBINADOS
LAGUNAS ANAEROBIAS CONTACTO ANAEROBIO REACTOR DE LECHO DE LODOS DE FLUJO ASCENDENTE (UASB) (1) REACTOR DE LECHO GRANULAR EXPANDIDO (EGSB) (1)
FILTRO ANAEROBIO LECHO FLUIDIFICADO
BIOMASA SUSPENDIDA
BIOMASA FIJA
ANAEROBIOS
(1) Los reactores UASB y EGSB son estrictamente sistemas de biomasa suspendida, aunque pueden clasificarse como biomasa fija, gracias a la granulación del lodo y su retención
Existe tecnología para llevar agua residual a potable
Integración de trenes de tratamiento para una calidad de agua específica, en función de la demanda
Evaluación económica desfavorable ante una oferta de agua tratada, con costos reales, en sustitución de agua potable subsidiada
Problemática técnica, financiera y social
La solución adecuada será la que logre la máximasustentabilidad
El reúso: la nueva realidad
El Saneamiento en América LatinaCampo de oportunidades
Decisiones políticas firmes
Participación responsable de la sociedad
Nuevos enfoques técnicos, menos convencionalesy más adaptados
Tecnologías innovadoras, función de condicioneslocales
Optimizar el costo de inversión y de operación, asegurando un sistema perdurable
Nuevas soluciones a un viejo problema
Los antecedentes y la situación actual exige soluciones:
* integrales* efectivas* multidisciplinarias* con criterios sustentables* de corto y mediano plazo
Un manejo del agua integral, adaptado, innovador …..y con participación social
Por una tecnología más sustentable
Características deseables de un proceso de tratamiento
Ahorra y optimiza (menores necesidades de insumos)
Recicla, no agota (minimiza residuos y genera subproductos)
Integra (sistema “sin cabos sueltos”)
Perdura (esquema tecnológico - administrativo - financiero adecuado, compatible con su entorno social y
ambiental)
¿Paradigma inalcanzable?
Cambio Climático
Gas de efecto invernadero
Contribución al calentamiento global (%)
CO2 60
CH4 20
CFC 10
N2O 5
IPCC (1996)
Potencial de calentamiento global (GWP) del metano: 21
Gases de efecto invernadero
Orígen del metano atmosféricoFuentes de emisiones de metano Contribución (%)Producción de energía (gas natural) 26
Fermentación entérica 24
Cultivo de arroz 17
Rellenos sanitarios 11 *
Quemado de biomasa 8
Desechos 7 *
Aguas residuales municipales 7 *
* Suma de residuos: 25 %
IPCC (1994)
La Agenda del Agua 2030 establece que para el 2030
- Las PTAR deberán alcanzar una cobertura del 100% del agua residual colectada.
- Se deberá garantizar que las aguas residuales descargadas a los cuerpos receptores cumplan con los niveles de calidad definidos en el marco jurídico aplicable.
Las estadísticas del agua publicadas en México para 2010 indican:43%
57%
Tratamiento de aguas residua-les en México
1
2
Situación en México
• 2,186 PTAR• Caudal tratado total de 93.601 m3/s
Agua residual que recibe tratamientoAgua residual que no recibe tratamiento
Proyecto financiado por Centro Mario Molina
• Se determinó el escenario base de emisiones de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) considerando la tendencia actual.
• Se propusieron cuatro escenarios que permitieran la reducción de emisiones GEI.
Escenarios base y de mejora para las emisiones de
GEI (CH4 y CO2) por las PTAR municipales en México
• Reducción de emisiones de GEI debido al porcentaje de incremento de caudal tratado anualmente.
Nota: Los valores correspondientes a los años 1990-2006 fueron tomados de documento “Actualización Nacional de GEI 1900-2006 en la categoría de desechos .
Escenario Base de emisiones de GEI por las PTAR municipales en México
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 20300
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
16,000
Año
Gg d
e C
O2 e
q
Puesta en marcha de la PTAR Atotonilco, la cual permitirá sanear aproximadamente el 60% de las aguas residuales que se generan en el Valle de
México.
Escenarios de Mejora (EM) para la reducción de emisiones de GEI en las
PTAR
* Consideraciones Agenda
del Agua 2030.
* Nueva infraestructur
a de PTAR sean de tipo
aerobio:
Discos Biológicos
Dual
Filtros Biológicos
Lagunas Aireadas
Lodos activados
Zanjas de Oxidación
* Consideraciones Agenda
del Agua 2030
*Nueva infraestructura
de PTAR se empleen
sistemas de tratamiento combinados:
*Quema en flama del 87 %
de metano generado
*Surgió con base en el EM “B2”
* Propuesta “Cero
Emisiones”* Estrategia de
mitigación: El diseño de
dispositivos que permitan
captar y quemar el
100% de las emisiones de
metano generadas por
las PTAR municipales en
México”.
UASB / RAFA (Reactor
Anaerobio de Flujo Ascendente)
Discos Biológicos
Filtros Biológicos
Lagunas Aireadas
Lodos Activados
Zanjas de Oxidación
EM “Agenda del Agua 2030”
EM “B1” EM “B2” EM “B3”
6%10%
13%
Escenarios de Mejora para la reducción de emisiones de GEI de PTAR municipales en
México
• El EM “B3” es el que presenta un mayor porcentaje de reducción de emisiones de GEI .
• Pero implica desarrollar tecnología para captura del metano disuelto
8,000
10,000
12,000
14,000
16,000
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Gg d
e CO
2eq
Año
Escenarios de Mejora para la reducción de emisiones GEI de las PTAR municipales
Escenario Base EM "Agenda del Agua 2030" EM "B1" EM "B2" EM "B3"
24%
13%10%
6%
En resumen…
La vía anaerobia es una opción sustentable para el tratamiento y aprovechamiento de residuos orgánicos Bajo consumo de energía Productora neta de energía Menores factores de emisión de GHG, con quemado de CH4
adecuado.
En aguas residuales industriales y lodos es una opción probada
En aguas residuales municipales, la vía anaerobia tiene el inconveniente del metano disuelto que puede liberarse a la atmósfera
Aún falta camino por recorrer para que esta opción sea aceptada en forma generalizada
La importancia de reducir las emisiones de GHG puede favorecer la aceptación de la tecnología
Los retos para el adecuado manejo del agua obligan a utilizar los recursos en forma óptima, a lograr más con menos y a ser innovadores en las soluciones
Para todo proyecto debe seleccionarse la mejor opción, la más sustentable (perdurable)
Existen las opciones tecnológicas, aunque en diverso grado de desarrollo. El reto es utilizarlas óptimamente
Los recursos que deberán invertirse en el mediano y largo plazo, son una oportunidad para demostrar la creatividad e innovación nacionales para buscar respuestas propias
……..
• Las tecnologías más representativas de la muestra de PTAR de América Latina y el Caribe son: las lagunas de estabilización, los lodos activados y los reactores tipo UASB; representan el 80% del inventario de PTAR en ALC.
• Los lodos activados contribuyen con el tratamiento del 58% del caudal tratado en AL y C.
Conclusiones
• Los escenarios “B1” y “B2” reducen en forma limitada la emisión de GEI. Sin embargo, pueden adoptarse desde el corto plazo como medidas de mitigación de emisiones por las PTAR municipales en México.
• Se resalta la necesidad de invertir en investigación para el desarrollo
de tecnologías de captación de metano altamente eficientes para lograr así un mayor porcentaje de reducción de emisiones de GEI en este sector.
Conclusiones
http://proyectos.iingen.unam.mx/LACClimateChange
Guía para la selección de procesos sustentables para tratamiento de aguas residuales
Muchas Gracias!