0c. aidis
- 1. INNOVACIONES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN LATINOAMERICA Adalberto Noyola Instituto de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Presidente AIDIS . III Congreso Interamericano de Salud Ambiental de AIDIS Quito, 14 a 16 de mayo 2008 Cortesía de:
- 2. Contenido Introducción El saneamiento en América Latina Las tendencias actuales Los retos Las herramientas tecnológicas Lo Sustentable Conclusiones
- 3. Introducción América Latina y el Caribe (ALyC) 546 millones de habitantes (8.6% pob. Mundial) PIB extremos Agua potable para 85 % de su población (82 millones carentes) Saneamiento para 78 % de su población (120 millones carentes) Tratamiento de aguas residuales del orden del 15% Metas internacionales y nacionales para el sector incumplidas
- 4. Tabla 1: Mortalidad infantil (por 100 nacidos vivos) y acceso al agua potable y saneamiento (en % población) en América Latina CAN USA CUB CHI COR URU VEN ARG PAN COL MEX DOM HON ECU ELS BRA GUT NIC PER HAI Mortalidad infantil 7 8 10 14 14 20 23 24 25 28 34 42 43 44 44 47 48 52 55 86 Acceso al agua 100 100 91 91 100 89 79 65 84 75 83 73 77 55 53 69 67 62 66 39 Acceso 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 C AN U SA C U B C H IC O R U R U VEN AR G PAN C O L M EX D O M H O N EC U ELS BR A G U T N IC PER H AI Mortalidad infantil Acceso al agua Acceso a saneamiento
- 5. El Saneamiento en ALyC Elementos de diagnóstico en aguas residuales Población fuertemente urbana: 74% Saneamiento para el 78% de la población 48% alcantarillado 30% letrinas o tanques sépticos Calidad y disponibilidad de agua en reducción Tecnologías convencionales en su gran mayoría Lagunas de estabilización (++++) Lodos activados (+) Resistencia a la aceptación de tecnologías adaptadas Medio conservador Dependencia tecnológica
- 6. Los ODM y el Saneamiento Objetivos de Desarrollo del Milenio (ONU, 2000) Reducir a la mitad la proporción de personas sin acceso al agua potable y a condiciones sanitarias adecuadas en 2015 (Objetivo 7, meta 10) Alcanzar en 2020 un incremento significativo en la calidad de vida de al menos 100 millones de habitantes en áreas marginadas (Objetivo 7, meta 11) Montos de inversión requeridos para cumplir la meta 10 en ALyC 800 millones USD anuales para agua potable 1,500 millones USD anuales para saneamiento
- 7. Estimados de inversión BID (2006) Inversiones requeridas para recuperar el rezago: 65 mil millones $US Inversiones para alcanzar las ODM (meta 10): 27 mil millones $US Incremento extraordinario en inversión en el sector A y S en América Latina: $US 297 milliones(1984 a 1990) $US 25,000 millones (1990 a 1997, casi 100 veces)
- 8. Acciones para cumplir ODM 7:10 Colocar el rezago en saneamiento como prioridad en la agenda de los gobiernos Considerar siempre la sustentabilidad del servicio y no solo la construcción de la infraestructura Dotar a las autoridades locales las capacidades legales, financieras y técnicas para operar los sistemas Adoptar un sistema de pago real por el servicio que contemple subsidio solo justificado Desarrollar tecnologías alternativas adecuadas a las realidades de la región. Soluciones propias con base en investigación y desarrollo
- 9. Los Retos del Saneamiento Sistemas de A y S débiles y usuarios sin cultura de pago Descentralización del servicio de A y S en algunos países Responsabilidad municipal en 12 de 26 países Economía de escala puede perderse Escasez de agua en varias regiones Reuso en agricultura (1,300,000 ha) Reuso urbano e industrial creciente Nuevas formas de abordar los retos Innovadoras Adaptadas Lo financiero, lo administrativo, lo social , lo tecnológico Integrales (Gestión Integrada de Recursos Hídricos GIRH) Desarrollar soluciones propias: investigación y desarrollo
- 10. Sistemas en América Latina para aguas municipales Sistemas lagunares Lagunas de estabilización Lagunas aeradas Lodos activados Aeración extendida Mezcla completa Convencional (pistón) Filtros percoladores Zanjas de oxidación, discos biológicos Primario avanzado Procesos anaerobios, wetlands, reactores secuenciales (SBR) Tendencias tecnológicas
- 11. 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 RESIDUALES Considerandos:
- 12. 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 AEROBIO S FLUJO PISTON COMPLETAMENTE MEZCLADO AERACIÓN EXTENDIDA AERACIÓN POR ETAPAS AERACIÓN EN DISMINUCIÓN ALTA TASA CONTACTO-ESTABILIZACIÓN OXÍGENO PURO VARIANTES DE LODOS ACTIVADOS LAGUNAS FACULTATIVASCOMBINADO S 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 ANAEROBIO S (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
- 13. Tecnologías adaptadas Subconjuntos Por densidad de población (urbana y rural) Por clima (zonas cálidas y templadas/frías) Por grado de mecanización Aprovechar la biodiversidad y las condiciones climatológicas de ALyC Procesos anaerobios y naturales Un indicador: 4a Edición Metcalf & Eddy (2003): • Nueva y extensa sección (en Cap. 10) para procesos anaerobios (industriales) • Capítulo sobre sistemas naturales (ex Cap: 13): Nuevo libro
- 14. BIOLÓGICO O FÍSICOQUÍMICO (TPA) Debate nuevo Fisicoquímico * adición de químicos * separa la materia orgánica suspendida y coloidal, sin transformarla (producción de lodos putrescibles) * monto de inversión bajo, costo de operación alto Biológico * menores necesidades de insumos * transforma y separa la materia orgánica, incluida la fracción soluble (menor producción de lodos) * monto de inversión alto, costo operación menor
- 15. Chemically Enhanced Primary Treatment (CEPT) Sludge Production Anaerobic Digestion Chemical regents Chemically Enhanced Primary Treatment (CEPT) An emerging “new” technology in Latin America Lime stabilization Chemical regents
- 16. Platas de Tratamiento de Lodos
- 17. Costos de inversión y operación para diversos procesos de tratamiento Tipo Tratamiento Calidad de agua Inversión US$/per capita % respecto Lodo Act Operación US$/m3 % respecto Lodo Act UASB ++ 30-40 40 0.025 20 Lodo Activado ++++ 80-100 100 0.12 100 Primario Avanzado + 40-50 50 0.06 50 UASB+laguna +++ 42-52 52 0.03 25 UASB+filtro percolador +++ 55-65 65 0.04 35 UASB+filtro aireado ++++ 65-75 75 0.07 60 UASB+flotación DAF +++ 40-50 50 0.06 50
- 18. 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)
- 19. Las dos vías de degradacción biológica aerobia 100 % (DQO) materia orgánica anaerobia células células CH4 + CO2 energía disipada H2O + CO2 ( 90 % ) ( 10 % ) ( 35 % ) ( 65 % )O2
- 20. La ventaja anaerobia Agua residual Efluente (+) X biomasa Energía requerida 1 kWh/kg DQO rem Aerobio Agua residual Efluente (-) 0.2X biomasa Producción de biogás 3 kWh/kg DQO rem 1 kWh/kg DQO rem Anaerobio
- 21. Ventaja adicional: espacio Reactor anaerobio tipo UASB típico para aguas residuales domésticas a 20 C: TRH de 6 a 8 hrs; altura de 5 a 6 metros
- 22. El reúso: la nueva realidad El agua, un insumo escaso * Diversos calidades, usos y costos Administración integral del recurso * Protección, producción, oferta, demanda
- 23. Requerimientos para post-tratamiento de reactores anaerobios materia orgánica remanente (DQO y DBO) nutrientes (N y P) microorganismos patógenos Remoción de sólidos suspendidos
- 24. Trenes de tratamiento con fines de reuso de agua tratada 1. Tren básico, integrado por rejilla, desarenador, tratamiento anaerobio y desinfección. 2. Tren básico + Filtración y desinfección. 3. Tren básico + Remoción biológica de nitrógeno, filtración y desinfección. 4. Tren básico + Remoción biológica de nitrógeno, remoción química de fósforo, filtración rápida y desinfección. 5. Tren básico + Remoción biológica de nitrógeno, remoción química de fósforo, filtración rápida, ozonación, adsorción en carbón activado. 6. Tren 5 + Ósmosis inversa y desinfección
- 25. Metanol/Biogás Carbón activado agotado a disposición final (en pilas de composteo) Riego con restricción restricciones Riego sin restricción
- 26. Humedales (wetlands) como postratamiento de efluentes anaerobios
- 28. El contexto del Cambio Climático La emisión de gases de efecto invernadero (GHG) es la principal responsable del cambio climático Conferencia de las partes (COP) Kyoto 1997: Protocolo de Kyoto Compromiso de la mayoría de países desarrollados para reducir las emisiones de GHG en 5% de lo registrado en 1990, dentro del periodo 2008-2012 Mecanismos de desarrollo limpio (MDL) como una vía para financiar proyectos en países en desarrollo que reduzcan los GHG
- 29. Gases de efecto invernadero 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
- 30. Origen del metano atmosférico Fuentes 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)
- 31. Principales residuos antropogénicos fuente de GHG Residuos sólidos urbanos (fracción orgánica) Residuos sólidos industriales (fracción orgánica) Aguas residuales municipales Aguas residuales industriales Estiércoles Biomasa agrícola (quemado y degradación) Si es el caso, la generación de energía eléctrica para el tratamiento de estos residuos
- 32. Consideraciones para aguas de baja concentración en DQO En aguas residuales municipales (DQO inferiores a 1000 mg/L: La producción neta de metano gas es limitada (0.1 a 0.22 m3CH4/kgDQOrem) Aproximadamente, el 50% del metano sale disuelto en el efluente Pérdida de energía y fuga de un GHG con importante potencial de calentamiento global (21 veces el del CO2)
- 33. Tratamiento preliminar Tratamiento primario Tratamiento secundario Tratamiento terciario (desinfección) Tratamiento de lodos biológicos Desecho de lodos Malos olores generados por estancamiento del agua residual Cárcamo de bombeo/ecualización de flujo Desorción de H2S disuelto en el efluente Sistema de tratamiento y control de olores BIOFILTRO Gas tratado sin mal olor Efluente Lodo estabilizado Influente de agua residual Generación de olores (H2S) en PTARs y captura de emisiones fugitivas de GHG Biogás
- 34. Emisiones de CO2 en función de la DBO alimentada Cakir y Stenstrom, 2005)
- 35. 35 Los procesos anaerobios, no requieren presencia de aeradores (-$) maneja cargas orgánicas altas ocupan poco espacio producen gran cantidad de biogás producen poca biomasa. Procesos biológicos de tratamiento de AR Procesos biológicos para el tratamiento de aguas residuales AEROBIOS ANAEROBIOS Producción de H2 Variante sustentable para manejo de residuos orgánicos
- 36. 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 En aguas residuales municipales, su simplicidad y bajo costo la hace particularmente adaptada a países en desarrollo en climas tropicales y sub tropicales En la mayoría de los casos requerirá de un postratamiento Aún falta camino por recorrer para que esta opción sea aceptada en forma generalizada El protocolo de Kyoto y los MDL pueden favorecer la aceptación de la tecnología
- 37. Comentarios finales •El ejercicio presupuestal en saneamiento debe entenderse como una inversión y no como un gasto •La desigualdad en los servicios de agua segura y saneamiento en AL requieren atención prioritaria. •El principal reto para avanzar es innovar y lograr alianzas que sumen recursos económicos y técnicos, dentro de políticas integrales de largo plazo •Los Objetivos de Desarrollo del Milenio deben ser un compromiso de los gobiernos, en los hechos, no solo en el discurso •Los recursos que deberán invertirse en el mediano y largo plazo, son una oportunidad para demostrar la creatividad e innovación de los profesionales del sector latinoamericano y buscar respuestas propias
- 38. ¡Muchas gracias!