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!