INTEGRACIÓN ENERGÉTICA EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS URBANAS

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1 IV-Vivanco-Chile-1 INTEGRACIÓN ENERGÉTICA EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS URBANAS Elba Vivanco Tarifeño (*) Ingeniero Civil Bioquímico Magíster en Ciencias de la Ingeniería con Mención en Ingeniería Bioquímica Carolina Pizarro Torres Ingeniero Civil Bioquímico Magíster en Ciencias de la Ingeniería con Mención en Ingeniería Bioquímica Dr. Rolando Chamy Maggi Profesor titular Escuela de Ingeniería Bioquímica Dr. Paola Poirrier González Profesor adjunto Escuela de Ingeniería Bioquímica Dirección postal del autor principal (*): Escuela de Ingeniería Bioquímica PUCV, General Cruz 34, Valparaíso, Chile. Teléfono: (56) Fax: (032) RESUMEN En Chile con la nueva ley energetica se favorece el uso de las energias renobables no convencionales, como es el caso de la energia eolica y energia generada a partir de biomasas residuales humedas y secas ya sea como combustion directa o generando biogas. En este trabajo se muestra la potencialidad energética, mediante biometanizacion de los lodos generados por las PTAS y como puede integrarse a un concepto de sustentabilidad global. Se muestra los valores de lodos generados y el potencial para el caso de Chile en donde ha existido en los últimos 5 años un crecimiento sostenido en la construcción de PTAS y por tanto una cada vez mayor cantidad de lodos. Los resultados de este trabajo indican que la energía total eléctrica generada a partir de los lodos generados por PTAS corresponde al 9% de la energía total eléctrica que se podría generar utilizando todas las biomasas residuales disponibles en chile y considerando que los valores de la energía varían entre 15 y 350 US$ por kw resulta de gran incentivo para el desarrollo de proyectos en esta área. Palabras Claves: Digestión Anaerobia, Energía, Aguas Residuales Urbanas, Lodos.

2 1.- Introducción La utilización de las energías renovables y el uso racional de la energía en general, constituyen estrategias básicas para cualquier país en busca del desarrollo sustentable. Las reducciones del abastecimiento de gas natural de Argentina iniciaron dos procesos claves en el sector energético nacional: por una parte, la incorporación en los precios de la energía de los elementos de riesgo asociados al suministro del gas natural, y por otra un impulso público y privado a iniciativas de generación de energía a partir de fuentes renovables no tradicionales. Las energías renovables se caracterizan porque en sus procesos de transformación y aprovechamiento de energía útil no se consumen ni se agotan en una escala humana. Entre estas fuentes de energías están: la hidráulica, la solar, la eólica y la de los océanos. Además, dependiendo de su forma de explotación, también son catalogadas como renovables la energía proveniente de la biomasa y la energía geotérmica. La biomasa puede ser subdividida en residual húmeda y seca. Dentro de la biomasa residual húmeda se encuentran todos lo residuos provenientes de los tratamientos de las aguas residuales domesticas, industriales y el estiércol de porcino y vacuno. En relación a la biomasa seca, si bien es cierto pueden provenir del mismo origen se clasifican según el sector productivo que la emite, entre ellos se encuentran los residuos forestales de la industria maderera, los agroindustriales de la producción de alimentos, desechos de plantaciones, desechos de poda y maleza, beneficio de ganado, aceites y grasas, lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas industriales y domesticas, residuos sólidos urbanos y estiércol avícola. El tratamiento anaerobio ha mostrado ser una tecnología competitiva para la transformación de diferentes tipos de biomasa en energía. En el caso de las plantas de tratamiento de Aguas Residuales Urbanas (ARU), la gran mayoría de las plantas son anaeróbicas y altamente d4emandadoras de energía, y por otro lado generan una gran cantidad de lodos que son susceptibles de ser metanizados y de esta manera mejorar el balance energético. En este trabajo se muestra la potencialidad de este proceso y como puede integrarse a un concepto de sustentabilidad global. Como ejemplo se muestra el caso de Chile en donde ha existido en los últimos 5 años un crecimiento sostenido en la construcción de PTAS y por tanto una cada vez mayor cantidad de lodos. 2. Biometanizacion de lodos provenientes de PTAS En los últimos años se ha incrementado en forma notoria el número de plantas de tratamiento de aguas residuales. La cantidad y composición de los lodos varían según las características de las aguas residuales tratadas y sobre todo del sistema de tratamiento empleado. La mayor cantidad de PTAS corresponden a lodos activos, tecnología que si bien permite sanear las aguas genera 0,88 kg de lodo húmedo por m 3 de agua tratada. Actualmente en Chile la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS) es quien fiscaliza el cumplimiento de la normativa y según el Informe de Gestión del Sector Sanitario, 2004 el 71, 6% de la población recibe cobertura en el tratamiento de las aguas servidas a cargo de empresas sanitarias correspondientes a cada región. La tabla 1 muestra la proyección de los sistemas utilizados en chile para el tratamiento de aguas domesticas, en donde se aprecia que la principal tecnología corresponde a los lodos activos.

3 Tabla 1: Proyección de los sistemas de tratamientos de aguas domesticas al año 2009 Tecnología Lodos Activados Lagunas de Estabilización Lagunas Aeradas Emisarios Submarinos Otros Como se observa los sistemas de tratamientos de las aguas servidas más utilizados fueron durante 1998 las lagunas facultativas o de estabilización, sin embargo se han modificado como lagunas aireadas, mediante la aireación mecánica a objeto de aumentar su capacidad de tratamiento y eficiencia de remoción. Actualmente, los sistemas operan como lodos activos en todas sus modalidades. Las PTAS que generan lodos varían en función al uso que les dan a los mismos. Bajo este punto de vista las plantas se clasificaran en este trabajo de acuerdo a la siguiente nomenclatura: i) BM: La planta metaniza los lodos generados ii) RS: La planta dispone los lodos en vertederos autorizados iii) OU: La planta realiza otros procesos con lo lodos, como compostaje En la Tabla 2 se muestra una estimación de los lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas en función de la clasificación antes descrita. Tabla 2: Generación de lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas domesticas tipo lodos activos Región Empresa lodo húmedo Kg /día lodo seco Kg /día Materia Orgánica ton/año Disposición lodo I ESSAT RS II ESSAN RS III EMSSAT RS IV ESSCO RS V ESVAL OU-RS V COOPAGUA RS RM AGUAS ANDINAS BM RM AGUAS CORDILLERA RS RM AGUAS LOS DOMINICOS RS RM AGUAS MANQUEHUE RS RM SERVICOMUNAL RS RM SMAPA MAIPU RS VII AGUAS NUEVO SUR RS MAULE VI y VII ESSBIO BM-RS-OU IX ESSAR RS X ESSAL RS X AGUAS DECIMA RS XI AGUAS PATAGONIA RS AYSÉN XII ESMAG RS Total RS La empresa sanitaria Aguas Andinas tiene la concesión de las plantas de tratamiento de aguas servidas mas grandes de Chile, El Trebal y La Farfana, ubicadas ambas en la Región Metropolitana, y esta

4 pronto a inaugurar Los Nogales (2009). Con ello, Aguas Andinas tratará el 100 % de las aguas domesticas generadas por los habitantes de Santiago y las localidades periféricas. Actualmente Aguas Andinas con sus plantas El Trebal y La Farfana generan aproximadamente 1000 toneladas de lodo húmedo/día, el cual es digerido en reactores anaerobios para su estabilización. Actualmente se quema este biogás generado sin reutilizarlo como fuente de energía. Otras plantas con digestores anaerobios son las de Talagante y Concepción. Como se observa en sólo un pequeño porcentaje de las plantas se biometanizan los lodos, pero estos lodos corresponden a más del 50 % del total, estando por tanto concentrados. Si se calcula el potencial de biogás generado a partir de los lodos generados por las plantas de tratamiento de aguas servidas alcanza un valor de m3/dia. Si se subdivide este valor entre las plantas que ya generan biogás y las que no lo generan el potencial de biogás para las primeras es de aproximadamente m 3 /d y de m 3 /d para las segundas. Naturalmente estas cifras aumentaran en al menos un 25% cuando exista 100 % de cobertura de tratamiento el año La Tabla 3 muestra muestra el potencial de biogás generado a partir de los lodos generados por las plantas de tratamiento de aguas servidas. Tabla 3: Potencial de biogás generado a partir de los lodos generados por las plantas de tratamiento de aguas servidas. Región Empresa Kg lodo seco/día m 3 biogas/día m 3 biogas/año I ESSAT II ESSAN III EMSSAT IV ESSCO V ESVAL V COOPAGUA RM AGUAS ANDINAS RM AGUAS CORDILLERA RM AGUAS LOS DOMINICOS RM AGUAS MANQUEHUE RM SERVICOMUNAL RM SMAPA MAIPU VII AGUAS NUEVO SUR MAULE VI y VII ESSBIO IX ESSAR X ESSAL X AGUAS DECIMA XI AGUAS PATAGONIA AYSÉN XII ESMAG Total Potencial energético a partir de lodos generados por PTAS Para la determinación del potencial energético a partir de los lodos generados por PTAS, se considero un factor de disponibilidad mínimo de 50% y factor de disponibilidad máximo de 80%, obteniendo una energía total cogenerada máxima de MWh/año, la tabla 4 muestra los valores de la energía total eléctrica y térmica generada.

5 Tabla 4: Potencial Energético generado a partir de los lodos generados por las plantas de tratamiento de aguas servidas. Potencial a partir de lodos de PTAS min. disponible max. disponible Biogás (miles m3/año) Energía total Eléctrica (MWh/año) Energía total Térmica (MWh/año) Energía total Cogenerada (MWh/año) En la figura se presenta la variación del costo total del KWh generado en función del tamaño de la planta para los lodos provenientes de PTAS. En esta figuras se comparan los costos específicos con y sin considerar el tratamiento de los lodos COSTO TOTAL (US/kWh ) 0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0, Lodos generado por PTAS (Kg/d) c/ costo tratamiento s/ costo tratamiento Figura 1: Variación del costo del kwh en función de los kg de lodo diarios generados por PTAS. 4. Conclusiones Los costos estimados para la energía generada varia entre 15 y 350 US$ por kw generado lo que, con el escenario actual, a partir de la promulgación de la nueva legislación energética, abre inmensas posibilidades para la concreción de proyectos de generación energética a partir de la biometanización de la biomasa. La energía total eléctrica generada a partir de los lodos generados por PTAS corresponde al 9% de la energía total eléctrica que se podría generar utilizando todas las biomasas residuales disponibles en chile. 5. Agradecimientos Proyecto Fondecyt Evaluación de la tecnología anaerobia para el tratamiento de aguas urbanas en limas templado-frío: determinación del limitaciones y adaptación del proceso, utilizando reactores de una y dos etapas, mediante las optimización de la etapa hidrolítica