Innovación en el tratamiento de aguas residuales

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
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R
U
VEN
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C
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L
M
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M
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O
N
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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

27. Postratamiento con membranas

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!