ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA Y APLICACIÓN A EDAR: GESTIÓN DE LODOS DE DEPURADORA.

Transcripción

1 ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA Y APLICACIÓN A EDAR: GESTIÓN DE LODOS DE DEPURADORA. A. Hospido 1, M.T. Moreira 1, F. Omil 1, M. Fernández-Couto 2 y G. Feijoo 1 1 Dpto. Ingeniería Química, Universidad de Santiago de Compostela 2 Gestagua, S.A. Lugo RESUMEN La gestión de lodos de depuradora de aguas residuales es uno de los problemas más importantes a considerar en su explotación, existiendo diversos sistemas de tratamiento que permiten su reutilización o eliminación. El objetivo de este trabajo ha sido el análisis y evaluación de diferentes técnicas de gestión mediante el Análisis de Ciclo de Vida (ACV), metodología que permite incluir todas las etapas de su ciclo de vida y todos sus posibles impactos sin límites geográficos, funcionales o temporales.

2 INTRODUCCIÓN La gestión medio ambiental en la actividad industrial tiene como objetivo el minimizar los riesgos medioambientales mediante la reducción en la generación de residuos contaminantes que eviten su posterior tratamiento, así como garantizar la seguridad e higiene en el lugar de trabajo. Actualmente, cualquier estrategia de gestión ambiental pasa por considerar el carácter global del entorno; puesto que obviando este aspecto implica, en muchos casos, el trasvase de las cargas contaminantes o de sus efectos, pero no su reducción. Así, por ejemplo, una instalación que se puede considerar "ecológica" como es una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) implica también un impacto ambiental debido al consumo de energía, la utilización de productos químicos, la emisión de determinados gases a la atmósfera y la producción de unos lodos, que según su destino tendrán unas consecuencias ambientales: Deposición en vertederos, emitirán gases a la atmósfera y lixiviados que deben tratarse. Eliminación mediante incineración, la carga ambiental afectará a la atmósfera. Ante esta situación es necesaria una herramienta potente, sistemática y objetiva, capaz de evaluar la incidencia ambiental de los productos y que incluya todas las etapas de su ciclo de vida y todos sus posibles impactos sin límites geográficos, funcionales o temporales: el Análisis del Ciclo de Vida (ACV). Metodología perteneciente a la serie de normas ISO 14000, que si bien son normas de carácter voluntario, su adopción tiende a ser generalizada debido a imperativo del mercado. Esta serie ISO tiene su base en dos visiones distintas de la relación empresa/medio ambiente: Normas para implantar sistemas de gestión medioambiental y su control: sistemas de gestión medioambiental, evaluación de las actuaciones medioambientales y auditoría medioambiental (ISO 14000, 14001, 14004, y 14031). Normas para el análisis y la evaluación medioambiental de los productos y su ciclo de vida: ACV, etiquetado medioambiental y aspectos medioambientales de productos (ISO , 14024, y 14060). El objetivo de este trabajo ha sido el análisis y comparación de diversos sistemas de gestión de lodos de depuradora mediante la aplicación del ACV según la metodología propuesta por la SETAC (Society of Environment Toxicology and Chemistry), de acuerdo al siguiente esquema: Definición de objetivo y alcance del estudio. Análisis de inventario Evaluación del impacto Interpretación de resultados y evaluación de las mejoras El objetivo final será la determinación de los puntos conflictivos en el sistema y la definición de las oportunidades de mejora hacia una situación

3 óptima de utilización racional de recursos y minimización de emisiones, esto es, hacia el desarrollo sostenible. METODOLOGÍA Definición de objetivos y alcance En este trabajo se plantea la evaluación del impacto ambiental que la gestión de lodos generados en la explotación de una EDAR pueda producir. El ACV que se presenta en este estudio abarca algunos de los escenarios que se pueden considerar como tratamiento y eliminación de los lodos de una EDAR. En concreto los escenarios propuestos son los siguientes: Incineración Deposición en vertedero controlado Combinación de incineración y deposición en vertedero controlado Análisis de inventario La unidad funcional empleada fue de 100 kg de lodos. La producción de lodos considerada ha sido la generada por una EDAR para tratar las aguas residuales urbanas de una población de habitantes equivalentes, y se corresponde con los datos mensuales detallados en la Tabla I. Tabla I. Producción mensual de lodos Mes (año 2.000) Producción (kg) Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre TOTAL Esta EDAR se caracteriza por un tratamiento primario de eliminación de arenas y sólidos en suspensión volátiles y un tratamiento secundario basado en una oxidación de la materia orgánica mediante una unidad de lodos activos. Los lodos producidos se espesan, estabilizan y deshidratan mediante un tratamiento anaerobio y filtros banda. Para la definición de los escenarios que más adelante se presenta se ha optado por recurrir a bases de datos holandesas, por ser una de las más completas disponibles en la actualidad.

4 Evaluación de impacto La finalidad de la fase de evaluación de impacto es la de interpretar el inventario, analizando y evaluando los impactos producidos por las cargas ambientales identificadas en éste. El software empleado es el SimaPro4 y, en concreto, entre los diferentes métodos de evaluación disponibles en el software, se ha optado por emplear el SimaPro 3.0 Eco-indicator 95. Un eco-indicator es una puntuación o valor que expresa la carga ambiental total de un material o proceso en una sencilla figura. Dichas puntuaciones están basadas en un método de ACV desarrollado por PRé Consultants, en colaboración con empresas privadas (Philips Consumer Electronics, NEdCar (Volvo/Mitshubishi), Océ Copiers, Schuurink), universidades (Ámsterdam, Leiden y Delft) y consultorías (TNO, CE), en el marco del programa holandés NOH. Del conjunto de categorías de impacto definidas por esta metodología, las consideradas, por estar consensuadas internacionalmente, son calentamiento global, destrucción de la capa de ozono, acidificación y eutrofización. A las que se añade un indicador de flujo de gran interés a nivel español, el consumo de energía. PCG: El potencial de calentamiento global es el potencial de contribución de una sustancia al efecto invernadero o calentamiento global. Este valor puede ser calculado sobre la base de períodos de 20, 100 y 500 años debido a que hay sustancias que se descomponen gradualmente y pueden mantenerse inactivas durante un largo período de tiempo; el método escogido opta por una base de 100 por ser la opción más común. La sustancia de referencia es el CO 2. PDO: El potencial de disminución de la capa de ozono es el potencial de contribución de una sustancia a la disminución de la capa de ozono estratosférico. El CFC-11 ha sido adoptado como sustancia de referencia. PA: El potencial de acidificación es el potencial de contribución de una sustancia a la acidificación del medio. La sustancia de referencia es el SO 2. PE: El potencial de eutrofización es el potencial de contribución de una sustancia a la eutrofización de las aguas. Se toma el fosfato (PO 4 ) como sustancia de referencia. CE: Es el consumo de energía, medido en MJ LHV, donde LHV hace referencia a que se incluye bajo y alto voltaje. En el primer paso, la clasificación, las cargas ambientales de todas las entradas y salidas son asignadas a las distintas categorías según el tipo de efecto ambiental esperado. El objetivo de la caracterización es aplicar modelos a las categorías de impacto para obtener indicadores ambientales, unificando todas las sustancias clasificadas dentro de una categoría mediante el uso de unos factores de peso o equivalencia. De esta forma, el resultado será un perfil ambiental del sistema compuesto por el conjunto de los indicadores ambientales de todas las categorías de impacto consideradas.

5 A continuación, en la normalización, se busca evaluar la significación del perfil ambiental obtenido mediante el establecimiento del peso de cada categoría. La normalización escogida se basa en los niveles de Europa de 1990, excluyendo la URSS. Existen dos variantes: Europe g y Europe e, siendo esta última la utilizada y en la que la base de extrapolación es el consumo de energía de los países. De esta forma, se adimensionalizan las categorías y se hace posible la comparación entre las mismas. Ya por último, la valoración (o evaluación) se evalúa, cualitativa o cuantitativamente, la importancia relativa de las distintas categorías de impacto (no se incluye aquí el consumo de energía, puesto que como ya se ha indicado se trata de un indicador de flujo, no una categoría de impacto). Los factores de valoración pueden variar de una región a otra, dependiendo de la importancia relativa que se le dé a las diferentes categorías de impacto globales, regionales y locales. En este caso, la valoración se basa en los siguientes criterios: Producir una muerte a mayores por millón y por año Producir el 5% de degradación del ecosistema Evitar periodos de smog ESCENARIOS PLANTEADOS Y RESULTADOS Incineración II): El escenario analizado comprende de los siguientes elementos (Tabla Incineración de la totalidad de los lodos producidos: Se ha tomado la base de datos holandesa por ser una de las más completas de toda Europa, supone la incineración de todos los residuos en una planta altamente eficiente y tecnológica. Transporte de los lodos desde la EDAR hasta la planta incineradora: Tren (distancia aproximada 90 km): Definido a partir del promedio del transporte en tren diesel y eléctrico en el oeste de Europa. Camión (distancia aproximada 10 km): Se ha tomado un camión de la base de datos Buwal 250, que incluye también la producción del diesel empleado por el mismo.

6 Tabla II. Caracterización, normalización y evaluación de la incineración de los lodos CARACTERIZACIÓN Categoría Unidad Generación Transporte Transporte Incineración TOTAL de los Lodos (tren) (camión) PCG kg CO E E E E E+02 PDO kg CFC- 2.70E E E E E PA kg SO E E E E E+00 PE kg PO E E E E E-01 CE MJ LHV 2.44E E E E E+03 NORMALIZACIÓN Categoría Generación de Transporte Transporte Incineración TOTAL los Lodos (tren) (camión) PCG 5.36E E E E E-02 PDO 2.92E E E E E-05 PA 8.38E E E E E-02 PE 1.79E E E E E-03 CE 1.53E E E E E-02 EVALUACIÓN Categoría Generación de Transporte Transporte Incineración Total los Lodos (tren) (camión) PCG 1.34E E E E E-02 PDO 2.92E E E E E-03 PA 8.38E E E E E-01 PE 8.97E E E E E-02 TOTAL 1.09E E E E E-01 Deposición en vertedero En este caso, el escenario analizado se comprende de los siguientes elementos (Tabla III): Deposición en vertedero de la totalidad de los lodos: Se ha tomado la base de datos holandesa por ser una de las más completas de toda Europa, supone la deposición de la totalidad de los residuos en un vertedero controlado de forma eficiente y moderna. Transporte en camión (distancia aproximada 10 km): Se ha tomado el mismo camión que en el escenario incineración.

7 Tabla III. Caracterización, normalización y evaluación de la deposición en vertedero de los lodos CARACTERIZACIÓN Categoría Unidad Generación de Transporte Deposición en TOTAL los Lodos (camión) vertedero PCG kg CO E E E E+02 PDO kg CFC- 2.70E E E E PA kg SO E E E E+00 PE kg PO E E E E-01 CE MJ LHV 2.44E E E E+03 NORMALIZACIÓN Categoría Generación de Transporte Deposición en TOTAL los Lodos (camión) vertedero PCG 5.36E E E E-03 PDO 2.92E E E E-05 PA 8.38E E E E-02 PE 1.79E E E E-03 CE 1.53E E E E-02 EVALUACIÓN Categoría Generación de Transporte Deposición en TOTAL los Lodos (camión) vertedero PCG 1.34E E E E-02 PDO 2.92E E E E-03 PA 8.38E E E E-01 PE 8.97E E E E-02 TOTAL 1.09E E E E-01 Incineración y deposición en vertedero El tercer escenario sería el definido por el flujo típico de los residuos sólidos urbanos, en concreto se han tomado los datos promedio correspondientes al tratamiento municipal de Holanda en el período , y que supone los siguientes parámetros (Tabla IV): recogida en camión incineración del 37% deposición en vertedero del 63%

8 Tabla IV. Caracterización, normalización y evaluación de la incineración y deposición en vertedero de los lodos CARACTERIZACIÓN Categoría Unidad Generación de Gestión típica TOTAL los Lodos PCG Kg CO E E E+01 PDO kg CFC E E E-05 PA kg SO E E E+00 PE kg PO E E E-01 CE MJ LHV 2.44E E E+03 NORMALIZACIÓN Categoría Generación de los Gestión típica TOTAL Lodos PCG 5.36E E E-03 PDO 2.92E E E-05 PA 8.38E E E-03 PE 1.79E E E-03 CE 1.53E E E-02 EVALUACIÓN Categoría Generación de los Gestión típica TOTAL Lodos PCG 1.34E E E-02 PDO 2.92E E E-03 PA 8.38E E E-02 PE 8.97E E E-02 TOTAL 1.09E E E-01 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES En la figura 1 se muestra la comparación entre los tres escenarios planteados. Claramente para todas las categorías de impacto estudiadas, una combinación de incineración y deposición en vertedero controlado minimiza el impacto ambiental provocado en el tratamiento de los lodos de depuradora. Ahora bien, analizando más con detalle los datos se puede deducir que el parámetro clave para definir la gestión de lodos más adecuada radica en la distancia entre el punto de generación (la EDAR) y el punto de tratamiento (la planta incineradora o el vertedero). Así, en la figura 2 se compara únicamente la incineración de lodos considerando diversas opciones en el transporte de los lodos: transporte combinado en tren (90 km) y camión (10 km), transporte sólo por carretera (100 km), escenario hipotético con la planta incineradora situada a la misma distancia que el vertedero (10 km) y sin tener en cuenta el transporte. Como ya se indicó en la definición de evaluación, el consumo de energía al tratarse de un indicador de flujo y no de una categoría de impacto queda fuera del proceso de ponderación por lo que es necesario un análisis separado del mismo. Los datos obtenidos muestran que el menor consumo tiene lugar en el escenario combinado (incineración y deposición en vertedero), puesto que aunque el escenario de incineración supone una mayor producción de energía a tratarse el 100% de los lodos por esta vía (y de hecho así lo refleja el valor

9 normalizado de 3.82E-03 de la Tabla II para el subsistema de incineración) esta producción se ve contrarrestada por el consumo energético que tiene lugar en el transporte. No obstante, la conclusión final que se deriva del análisis de este indicador es que para conseguir minimizar el impacto ambiental derivado del consumo de energía hay que intentar potenciar los tratamientos que supongan una producción de energía: plantas incineradoras, plantas de cogeneración, vertederos con recuperación energética... En la actualidad están siendo desarrolladas las bases de datos necesarias para su correcta definición desde el punto de vista de las necesidades del software empleado, que permitirán la incorporación al presente estudio de nuevos escenarios como la estabilización mediante digestión anaerobia o tratamiento aeróbico de los lodos generados y su uso en agricultura así como en la recuperación de escombreras, o el empleo del biogás generado en la digestión anaerobia de los lodos como combustible para cogeneración. BIBLIOGRAFÍA Fullana, P., Puig, R.; Análisis del ciclo de vida, Rubes editorial, S.L., Barcelona, Monistrol, A., Vidal, N., Poch; M., Análisis del ciclo de vida aplicado al tratamiento de aguas residuales, en Tecnología del agua (41-47), junio PRé Consultants, SimaPro Manual, The Netherlands, Tillman, A., Svingby, M., Lundström, H.; Life Cycle Assessment of municipal waste water systems, en International journal of LCA 3(3) , 1998.