Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México - UNAM

Transcripción

1 Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en el tratamiento de aguas residuales de América Latina y el Caribe, al adoptar procesos y tecnologías más sustentables frente al cambio climático Introducción El cambio climático es reconocido como una potencial amenaza para el medio ambiente y es provocado principalmente por la emisión de los llamados gases de efecto invernadero (GEI). Entre las actividades que contribuyen con la liberación de estos gases se identifica el manejo de residuos orgánicos, como es la disposición final de residuos sólidos y el tratamiento de las aguas residuales municipales e industriales. Estos contribuyen en aproximadamente el 5% de las emisiones globales de GEI. En América Latina y el Caribe el 49% de la población está conectada a sistemas de alcantarillado, el 29% de la población son atendidos por sistemas como letrinas y tanques sépticos. Menos del 20% de las aguas residuales recolectadas por los sistemas de tratamiento son tratados. Este es un claro indicador de la enorme necesidad de invertir en el área, para incrementar la cobertura de los servicios de saneamiento. Tal hecho constituye una oportunidad para aplicar tecnologías de tratamiento de aguas residuales que consideren la variable del cambio climático, mediante procesos tecnológicos alternativos e innovadores basados en un claro entendimiento del contexto específico de la Región. El reto de ampliar la cobertura de los servicios de saneamiento se fortalece con los Objetivos del Desarrollo de Milenio 1 promulgados por la Asamblea General de las Naciones Unidas en el año 2000, en donde claramente se establecen los objetivos que deben cumplirse en el año 2015, con el fin de aumentar significativamente la salud y el bienestar en los países de desarrollo y en las zonas más pobres del mundo. Entre estos ambiciosos objetivos, el número siete (garantizar la sostenibilidad del medio ambiente) contiene la meta 7, que establece la reducción a la mitad, para el año 2015, de la proporción de personas sin acceso sostenible al agua potable y a servicios básicos de saneamiento. Con base en lo anterior, este proyecto de investigación evalúa los sistemas de tratamiento más usados en AL y C, desde el punto de vista técnico, económico, ambiental y social; para así explorar las posibilidades en la identificación de las alternativas de tratamiento de agua residual más efectivas y sustentables. Las propuestas de tecnologías seleccionadas para AL y C, serán plasmadas en las guías técnicas para los procesos de tratamiento de aguas residuales, en ciudades chicas, pequeñas, intermedias y grandes. Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México - UNAM El Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (II-UNAM), es, en diversas áreas de la ingeniería, el centro de investigación más productivo del país, y su misión es contribuir al desarrollo de México y al bienestar de la sociedad a través de la investigación aplicada a la solución de los problemas del país y de la formación de recursos humanos en ingeniería. 1 United Nations (2000). Goal 7. Ensure environmental sustainability. United Nations Millennium Goals.

2 Lagunas de Estabilizacion Lodos Activados UASB Wetland Filtros Biológ. o Rociadores o Percoladores Tanque Imhoff Reactor Anaerobio Primario Primario Avanzado Biológico Planta Compacta Dual Aerobio Filtro sumergido SBR Filtro Anaerobio Emisario Submarino Filtro sumergido aerobio DAF Reactor Aereado IC Digestor Anaerobio No. Tecnologias Proyecto El IDRC ha firmado un convenio con II-UNAM, para que ejecute el proyecto: Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en el tratamiento de aguas residuales de América Latina y el Caribe, al adoptar procesos y tecnologías más sustentables frente al cambio climático Objetivo Contribuir a la gestión sustentable del agua y a la reducción de los gases de efecto invernadero, mediante el establecimiento de lineamientos técnicos para la definición del procesamiento de aguas residuales con base en un Análisis de Ciclo de Vida, haciendo énfasis en la cuantificación de emisiones de gases de efecto invernadero. Asimismo, se apunta a contribuir a la generación de energías limpias a nivel municipal, así como a promover la implementación del desarrollo regional y el uso de tecnologías más sustentables. Metodología El proyecto está concebido en tres etapas generales: a) diagnóstico sobre el tratamiento de las aguas residuales en los seis países seleccionados que son muestra de la Región Latinoamericana (Brasil, Chile, Colombia, Guatemala, México y República Dominicana), para definir cuáles son las tecnologías y caudales más representativos y la calidad de agua tratada obtenida, b) efectuar un análisis de ingeniería conceptual- básica y determinar, mediante un Análisis de Ciclo de Vida, los impactos ambientales así como las emisiones de Gases de Efecto Invernadero para cuatro trenes de tratamiento de aguas residuales conformados con las tecnologías más recurridas con una calidad del agua tratada determinada, por medio del establecimiento de escenarios (Figura 1) y c) proponer uno o varios trenes de tratamiento de aguas residuales tipo que puedan ser recomendados en función del caudal y de la calidad de agua tratada. Resultados del proyecto a la fecha De la información obtenida en los seis países seleccionados, se obtuvo una muestra de 2,169 plantas de tratamiento de agua residual municipal (PTAR), cuyas tecnologías más usadas son las lagunas de estabilización, lodos activados, UASB, wetland y filtros biológicos o percoladores, que en conjunto, representan el 90% del total de las tecnologías analizadas. La Figura 1 presenta las tecnologías usadas en la muestra de PTAR en América Latina y el Caribe (AL y C)

3 Donde: Dual: Filtro biológico + Lodo Activado SBR: Secuencial Batch Reactor, Reactores secuenciales IC: Internal Circulation Figura 1. Tecnologías más usadas en AL y C A partir de un análisis estadístico se determinó que los caudales de agua tratada más representativos son: 13 l/s, 70 l/s y 620 l/s. A partir de los caudales y las tecnologías representativas de AL y C, se establecieron los escenarios, a los cuales se les realizó el balance de masa y energía, el dimensionamiento preliminar de obra civil, mecánica, eléctrica y de instrumentación, de control y por último la estimación aproximada de costo de inversión y operación para las líneas de agua, lodo y gases. En dicho balance también se toman en consideración la calidad de agua de entrada y salida para cada tipo de tecnología. Lo anterior se obtuvo por medio del simulador de procesos desarrollado para el proyecto, el cual genera información precisa para desarrollar el estudio de Análisis de Ciclo de Vida y la cuantificación de GEI. Los resultados del Análisis de Ciclo de Vida y la cuantificación de GEI realizados en el estado actual del proyecto, se enfocan a evaluar un sistema de lodos activados de gran escala, un sistema de lodos activados de pequeña escala y una laguna de estabilización de pequeña escala. Para los tres casos se consideran las afectaciones generadas por los siguientes procesos: fabricación y transporte de equipo [FE], obra civil [OC], operación [OP] y vertedero [VRTD] y de todas estas etapas, la operación de las PTARs constituye el rubro de mayor impacto ambiental. El tratamiento de aguas genera emisiones de los tres principales gases de efecto invernadero: dióxido de carbono, metano y oxido nitroso; sin embargo, el Protocolo de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero, establece que las emisiones de bióxido de carbón generadas por los sistemas de tratamiento de aguas no se deben cuantificar por tratarse de emisiones biogénicas. Las emisiones de metano resultan del metabolismo de la materia orgánica por los microorganismos bajo condiciones anaeróbicas y el óxido nitroso se genera durante la conversión del nitrógeno orgánico y el amonio, en nitrógeno gas. El metano solo se genera en condiciones anaeróbicas, por lo cual esta emisión está asociada al sistema de lagunas de estabilización (Tabla 1). Tabla 1. Emisiones calculadas de GEI para la etapa de operación. GEI Unidades Laguna de Lodos activados estabilización pequeña escala pequeña escala Datos en N2O t CO2 eq. /20 años elaboración a la fecha Lodos activados gran escala CH4 t CO2 eq. / 20 años Total GEI t CO2 eq. / 20 años

4 De acuerdo a los resultados del Análisis de Ciclo de Vida y a la estimación de gases de efecto invernadero generada hasta la fecha, se pueden establecer las siguientes conclusiones: -Para los tres escenarios analizados se encontró que la etapa de operación de las PTAR es la que determina más del 90% de los impactos ambientales del ciclo de vida, esto es: acidificación, deterioro de la capa de ozono, ecotoxicidad, formación de foto-oxidantes, disminución de recursos abiótico, impacto por cambio climático, entre otros. Se ha identificado que las etapas de obra civil, fabricación y transporte de equipos no representan impactos ambientales significativos a lo largo del ciclo de vida, aunque cabe señalar que la obra civil contribuye con impactos ligeramente mayores cuando se trata de lagunas de estabilización. -Las operaciones con mayor impacto son aquellas que implican el uso de electricidad (como uso de bombas y sopladores) y el proceso biológico que se desarrolla en las lagunas anaeróbicas. -Las lagunas de estabilización generan más emisiones de GEI debido al proceso metabólico anaerobio implícito en estos sistemas, el cual es generador de metano. Sin embargo, aún es necesario contar con información detallada que permita estimar todas las emisiones GEI, lo cual está siendo atendido actualmente. Alcances del proyecto 1. Conocimiento del estado del tratamiento del agua residual en América Latina y el Caribe, en particular en los seis países seleccionados. 2. Análisis del Ciclo de Vida Ambiental para los cuatro tipos de tratamiento más utilizados en América Latina y el Caribe bajo 12 escenarios 3. Propuesta de una o dos tecnologías que minimicen los impactos ambientales según las condiciones de Latinoamérica, así como identificación de oportunidades para mejoras tecnológicas en los procesos. 4. Elaboración de guías técnicas generales para la definición y selección de procesos de tratamiento. Relevancia del proyecto 1. Aportará una guía para los tomadores de decisiones en la selección de las PTAR más adecuadas desde el punto de vista técnico, económico, ambiental, incorporando criterios sociales. 2. Ofrecerá bases para la toma de decisiones encaminadas a mitigar el cambio climático. 3. Contribuirá al conocimiento científico y profesional ya que se generará un inventario de ciclo de vida para América Latina y el Caribe relacionado con el tratamiento de las aguas residuales municipales. 4. Apoyará con el desarrollo metodológico del análisis de ciclo de vida social.

5 Responsables del proyecto Dr. Adalberto Noyola Robles. Jefe de proyecto Dr. Juan Manuel Morgan Sagastume. Responsable ejecutivo del proyecto/responsable tema Ingeniería de procesos. Dra. Patricia Güereca Hernández. Responsable del tema de Análisis del Ciclo de Vida ambiental y con elementos sociales. M. en I. Liliana Romero Casallas. Coordinadora ejecutiva del proyecto M. en C. Margarita Elizabeth Cisneros Ortiz. Responsable administrativa y de logística. M. en I. Flor Hernández Padilla. Estudiante de doctorado. Análisis de Ciclo de Vida Ambiental. M. en C. Alejandro Padilla Rivera. Estudiante de doctorado. Análisis de Ciclo de Vida M. en C. Adba Musharrafie Martínez. Aspirante a doctorado Para mayor información ingresar a la página del proyecto: ( Contacto: LACClimateChange@iingen.unam.mx Visitas a PTAR

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