Selección de alternativas para el tratamiento de aguas residuales

Selección de alternativas para el tratamiento de aguas residuales de una
ciudad
Servín Jungdorf Carl Anthony*
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Ing. Minero Metalurgista, egresado de la UNAM. Especialidad en explotación de Minas
realizado en la Escuela Nacional Politécnica de la Loraine, Francia. Trabaja en el IMTA desde
1989 en aspectos de economía del Agua, y en los últimos años en economía de las aguas
residuales.
Sánchez Castañeda Luis Fernando
Universidad Nacional Autónoma de México
Mantilla Morales Gabriela
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Montesillo Cedillo José Luis
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Ruiz López Alejandro Jesús
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Hansen Rodríguez Ivette Rennée
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Paseo Cuauhnáhuac N° 8532 Col. Progreso Jiutepec, Mor. C.P. 62550
Tel.: 01.777.629.36.22
Fax: 01.777.329.36.63
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RESUMEN
Para realizar el estudio financiero entre dos alternativas de solución de tratamiento de agua
residual de una ciudad, una compuesta por varias plantas y otra de una sola gran planta, se
requiere revisar todos los aspectos técnicos, económicos, administrativos y ambientales para
establecer la verdadera magnitud de los costos que implica tomar una u otra decisión. Ambas
alternativas presentan sus ventajas pero también sus desventajas que se pueden traducir en
costos económicos y sociales. Pensar en utilizar como único indicador la economía de escala,
lo cual implica estimar el costo de tratamiento por unidad de volumen tratado puede llevar hacia
una decisión equivocada, es importante establecer un marco de referencia amplio para realizar
el análisis financiero completo que permita seleccionar la mejor opción.
Palabras clave: Sistema Centralizado (SC), Sistema Descentralizado (SD), financiero, análisis.
INTRODUCCIÓN
Para tratar el agua residual producida por una ciudad se pueden plantear dos alternativas
extremas, la primera recolectar todo el agua residual de la ciudad para llevarla a tratar en una
sola gran planta la otra es utilizar varias plantas ubicadas estratégicamente para tratar el agua
residual producida en cierto sector de la ciudad. El principio de las economías de escala lleva a
pensar que un Sistema Centralizado (SC), consistente de una gran planta, que puede ser mejor
opción para el tratamiento de las aguas residuales de una ciudad que un Sistema basado en
varias plantas pequeñas y que en este documento se definirá como Sistema Descentralizado
(SD). Sin embargo, se requieren analizar otros aspectos además de la ventaja del tamaño o
capacidad, para tener los elementos suficientes que permitan decidir entre ambas alternativas.
Aspectos como: el sistema de recolección o captación de agua residual y sus costos
agregados; la superficie requerida para la construcción de la planta; las características del agua
residual que pueden variar de manera importante de una zona de la ciudad a otra; o las
alternativas para el reúso del agua tratada, son entre otros, parámetros que pueden influir de
manera determinante para decidir entre la construcción de una gran planta o concebir un
sistema de varias plantas que en su conjunto ofrezcan el mismo caudal tratado. En este trabajo
se analizan los principales parámetros que influyen en la estimación económica de ambos
sistemas de tratamiento, con la finalidad de generar los indicadores para su selección.
La construcción de infraestructura para el desalojo en las zonas urbanas no se han
desarrollado a la par del tratamiento de las aguas residuales, por lo que actualmente las
ciudades cuentan con sistemas de drenaje, pero pocas veces con las plantas para tratar el
agua residual. De manera que cuando el organismo operador pretende construir la
infraestructura de tratamiento debe evaluar sus costos inherentes, pero también los de
conducción, y tomar en cuenta las bondades técnicas de cada alternativa. Sin embargo, en
algunos casos se deberán considerar aspectos tales como la topografía, sobre la que se
asienta la ciudad, la cual obliga a la existencia de varias descargas de la red de drenaje.
HIPÓTESIS
Un Sistema Centralizado (SC) de tratamiento de aguas residuales presenta como ventaja un
3
menor costo unitario ($/m ) sobre el de un Sistema Descentralizado (SD), pero al considerar los
costos periféricos adicionales y los problemas inherentes a su operación puede ser menos
rentable (tanto económica como técnicamente) que la propuesta descentralizada que trate el
mismo caudal.
METODOLOGÍA
Se realiza el estudio de las diferentes alternativas para solucionar la problemática de las aguas
residuales de las zonas urbanas a partir de un amplio análisis financiero en el que:
•
•
•
Se consideren todas las partes de la infraestructura sanitaria.
Se estimen las inversiones, los costos de operación y mantenimiento de plantas de
tratamiento para diferentes caudales de operación y diferentes trenes de tratamiento,
de acuerdo a las necesidades locales.
Posteriormente, realizar un análisis financiero de las erogaciones para un horizonte de
planeación definido en 25 años.
Particularmente se realizó un estudio comparativo entre un SC consistente de una planta de
tratamiento con capacidad, en la etapa final de su construcción, de 1,200 litros por segundo
(lps) y un SD de 15 plantas de tratamiento cuyos caudales combinados suman 1422 lps. El
estudio consideró el análisis de las descargas para detectar los casos donde se presentaban
problemas debido a la variabilidad en la calidad del agua residual.
Finalmente se realizó un análisis de costos periféricos derivados de la aplicación de cada
alternativa, como son la conducción, bombeo y reúso.
ACTIVIDADES
El estudio de caso plantea las siguientes alternativas: la primera trata de conservar la
infraestructura actual de plantas existentes en la ciudad y construir las nuevas plantas de
tratamiento para ir cubriendo la demanda y así conformar un SD, y la segunda alternativa es un
SC en el que se deberá construir una gran planta para tratar todo el caudal y sustituir las
actuales plantas de tratamiento de agua residual de la zona de influencia la inversión. Para
realizar el estudio fue necesario desarrollar las siguientes actividades:
•
•
Recopilar información. Se recopiló la información existente de las plantas de
tratamiento para el estudio de caso, como: memorias de cálculo, caudales de
operación y de diseño, calidad de agua (influente–efluente), eficiencias de tratamiento,
topografía y costos de tratamiento, entre otra.
Analizar la información. Se analizó la información recopilada para proyectar, según el
caso, los costos de operación y mantenimiento, de las plantas existentes y por
construir, así como para los casos de construcción de nueva infraestructura sus costos
de inversión. Asimismo, se utilizaron ecuaciones paramétricas de costos índice para
estimar el costo de tratamiento de aguas residuales municipales, para los casos en que
no fue posible conseguir información.
•
Procesamiento y resultados. Con base en la información generada, se hicieron las
corridas del flujo financiero para analizar las dos opciones del plan de saneamiento.
RESULTADOS
Del análisis de la información recopilada, generada y procesada se pudo concluir que los
parámetros de mayor influencia en el diseño y selección de un plan de tratamiento se pueden
agrupar en técnicos, económicos, administrativos y ambientales, los cuales se discuten a
continuación.
Técnicos
Características del influente. Un SC presenta mayor complejidad en la composición del agua
residual que recibe, debido a la combinación de caudales de tan diversos orígenes,
provenientes de zonas residenciales, comerciales o industriales. Dicha complejidad afectará la
calidad de las descargas o requerirá de sistemas de tratamiento más complejos para atender
un licor de características heterogéneas.
Características del efluente. Desde este punto de vista un SD tiene la posibilidad de ofrecer
efluentes que cumplan con diferentes calidades, adaptándose al posible reúso que se le
pretenda dar al agua o a la norma de descarga exigida por el cuerpo receptor.
Tratabilidad y operación del sistema. En caudales pequeños se presenta mayor homogeneidad
cuantitativa y cualitativa del agua residual, esta observación permite concebir tanto el
abatimiento de picos de las cargas hidráulica, así como de carga másica, lo cual facilita la
operación y control de plantas pequeñas, comparado con las grandes plantas.
Conducción. Otra ventaja es la distribución espacial, en la zona urbana, de un SD. Un SC
implicará una red colectores de gran diámetro para captar el agua de los diferentes sectores de
la ciudad, lo cual aumenta el riesgo de impacto a la red por averías o problemas de
conducción. Un problema o avería en el sistema de colectores principales, se reflejará en todo
el sistema, mientras que un sistema descentralizado generalmente compuesto de redes de
diámetro más pequeño diseñado para un cierto sector de la ciudad generará problemas locales
en su zona de influencia y en la planta de tratamiento correspondiente, sin afectar la operación
de otras plantas.
Bombeo. En un SC se bombean gastos mayores con un requerimiento superior de energía,
sobre todo cuando por las características topográficas no se puede establecer un sistema de
conducción por gravedad. Las distancias de traslado de agua residual así como su bombeo se
reducen en el caso de un SD, mientras que en un SC además de aumentar seguramente se
requerirá de un sistema de bombeo que permita conducir el agua hasta la planta de
tratamiento.
Económicos
Capacidad ociosa. La construcción de un SD permitirá ajustar mejor el programa de
construcción de plantas con las crecientes necesidades de tratamiento, de tal manera que la
capacidad ociosa se reduzca con ventaja. En la figura 1 se esquematiza este concepto, se
compara el caso de la construcción de un sistema de ocho plantas que se acondicionan o
ponen en operación consecutivamente, con el caso de la construcción de una macroplanta,
planeada para construirse en varias etapas, lo cual le permitiría en ambos casos, disponer
siempre de la capacidad necesaria para afrontar la demanda. Es de hacer notar que si la
construcción de la macroplanta se realiza en etapas semejantes a la construcción de las
plantas pequeñas el efecto de la capacidad ociosa como de inversión resultan equivalentes.
Demanda
1
2
4
3
6
5
8
7
Sistema de tratamiento descentralizado, programa
de incremento de la capacidad de tratamiento
Demanda
1
2
3
4
Sistema de tratamiento centralizado, programa de
incremento de la capacidad de tratamiento por etapas
Figura 1: Comparación esquemática entre dos opciones de
tratamiento. En verde se representa la capacidad ociosa de opción.
Inversión. La posibilidad de programar la construcción permite desembolsar el gasto de
inversión con una mejor distribución a través del tiempo. En el caso de una macroplanta
seguramente se requerirá desembolsar mayores cantidades pero en menos ocasiones y de
manera más espaciada en tiempo. Hacer el comparativo de estas posibilidades implica pensar
en lo siguiente: ante un monto de inversión equivalente será más atractivo el caso en el que los
montos sean menores aunque aumente su frecuencia (mejor ocho pagos de un millón anual
que cuatro pagos de dos millones cada dos años). Al aplicar una tasa de oportunidad del dinero
igual, para ambos casos, la serie de pagos menores, y mejor distribuida, siempre tendrá un
valor equivalente menor, en términos de valor presente.
Costos de operación. Los costos administrativos podrán ser prácticamente iguales para ambos
casos, lo que seguramente aumentara los costos será la necesidad de tener una plantilla de
personal para operar cada planta lo cual pone en desventaja al sistema descentralizado.
Se puede decir que los gastos de operación y mantenimiento serán menores para el sistema
centralizado, de ahí su ventaja economía de escala, pero una macroplanta implica una
inversión inicial mayor.
Conducción. Un sistema centralizado requerirá de una red para manejar mayor volumen de
agua residual, lo cual implica invertir en una red auxiliar con tubería de mayor diámetro para
captar el agua de los diferentes sectores de la ciudad y por consiguiente mayor bombeo, para
conducir el agua residual hasta la macroplanta. Esto seguramente aumentará los costos de
inversión, además de los de conducción en comparación con el caso descentralizado.
Reúso. La posibilidad de generar agua tratada con diferente calidad de descarga permite
optimizar su reaprovechamiento desde el punto de vista económico obtener calidades de
acuerdo a la deseada de reúso. Además los centros de distribución se multiplican para el caso
de un sistema descentralizado acortando con ello las distancias de acarreo. Pensando de otra
manera, si se pudo aprovechar la gravedad para conducir el agua hacia la macroplanta
seguramente se tendrá que pensar el gasto que significaría rebombear o acarrear el agua
hacia los lugares de reúso.
Administrativos
Planeación. La posibilidad de hacer un programa de construcción o rehabilitación para cubrir
las necesidades de tratamiento de agua residual permite mayor flexibilidad en el caso del SD
en comparación con la construcción de una sola planta. Cuando se decide por la construcción
de una macroplanta difícilmente se puede cambiar sus características, en cuanto al método de
tratamiento, lo cual es más factible en el caso de un SD que por ser plantas independientes
unas de otras es posible modificar totalmente el diseño de una planta que se tenga programada
a futuro.
Administración de recursos. En el caso del SD se requiere de más personal para atender
muchos centros de trabajo y más administración, aunque la dirección central y el
mantenimiento se pueden compartir se requiere de mayores canales de control para operar un
sistema que por su dispersión resulta más complejo. Si se considera que además las plantas
aplican diferentes métodos de tratamiento, ello implica que el personal de mantenimiento
deberá estar mejor capacitado para atender plantas con características diferentes.
Ambientales
Impacto social. En una zona urbana generalmente es difícil la obtención de un terreno
adecuado, es decir, con la superficie necesaria para la construcción de la planta de tratamiento.
Pensar en la superficie que se requiere para un SC implica considerar una ubicación fuera de
la ciudad, único lugar donde seguramente se encontrará un predio con la extensión deseable.
Además la construcción de una planta de tratamiento generará resistencia social, debido a las
molestias que le pueda ocasionar, esta resistencia seguramente afectará más al SD debido
que se busca ubicar las plantas en lugares dentro de la ciudad.
Medio ambiente. Un SD tiene la desventaja de paisaje y el olor como elementos que pueden
impactar la calidad de vida de la sociedad por lo que, en este sentido, se está obligado a utilizar
técnicas de tratamiento que eliminen ambos efectos o por lo menos las reduzcan a su mínima
expresión.
RESULTADOS DEL ESTUDIO DE CASO
De la comparación de las dos alternativas del estudio de caso podemos destacar que el SD
resulto más competitivo debido principalmente a la existencia de 8 plantas de tratamiento con
necesidades actuales de rehabilitación. El planteamiento del SC consideraba que estas plantas
fueran deshabilitadas y transformadas en cárcamos de bombeo para enviar el agua a la nueva
(y gran) planta de tratamiento. Dicha obra se llevaría acabo en cuatro etapas distribuidas en un
horizonte de proyecto de 25 años con caudales de diseño intermedios de 400, 600, 850 y 1200
lps (Figura 2).
El SD consideraba rehabilitar las 8 plantas actuales y al siguiente año la construcción de cinco
plantas más para alcanzar una capacidad de tratamiento de 972 lps y finalmente al
decimocuarto año se construirían dos plantas adicionales para obtener un caudal total de 1422
lps en 15 plantas de tratamiento.
Cuando se realizó el análisis del valor presente de los costos de inversión, operación y
mantenimiento del SC resulto más atractivo que el SD. Sin embargo, es importante señalar que
el SC trataba un 18.5% menos de agua que el sistema descentralizado y con un retraso de 11
años además aun no se había contemplado la construcción y operación del sistema de drenaje
para conducir el agua residual a la nueva planta.
1600.00
1400.00
1422
1422
1200.00
Caudal tratado (l/s)
1200
1000.00
972
800.00
850
600.00
600
456
400.00
400
200.00
0.00
SD
1
2
Año
SC: Macroplanta
SC
14
25
SD: Sistema Descentralizado
Figura 2: Progresión de caudales tratados para las dos alternativas.
Otro aspecto por considerar en la comparación entre ambas alternativas es lo relacionado con
pago de multas debido a las descargas fuera de norma, que para el caso del SD las descargas
se evitan inmediatamente al ponerse en operación las 5 plantas proyectadas en el segundo
año y que en el caso del SC se logrará hasta que se ponga en operación la cuarta etapa de
construcción, lo que significa que en esta opción se deberán estar pagando multas por
descargas durante 11 años.
CONCLUSIONES
Cuando se plantea tratar el agua residual de una ciudad, es deseable hacer un estudio amplio
en el que se analicen todos los parámetros técnicos, económicos, administrativos y
ambientales, pues estos siempre se traducirán en aspectos financieros y sociales que
permitirán optar por una decisión diferente a la que se tomaría de sólo analizar el aspecto de
economía de escala.
Si bien un sistema descentralizado implica realizar una planeación exhaustiva para garantizar
la oportuna puesta en marcha de las plantas, para cubrir la demanda de tratamiento, una
megaplanta tampoco puede soslayar la planeación. La diferencia estriba en la posibilidad de
poder cambiar con mayor flexibilidad los procesos de las plantas pequeñas por construir.
En suma, el SD es superior económica, técnica, ambiental, social, sustentable y
sosteniblemente, en el largo plazo al SC.
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