La reutilización del agua se está convirtiendo en una parte importante de la gestión de los recursos hídricos. A medida que crece esta tendencia, es fundamental entender cómo elegir el sistema de reutilización más eficaz en función de los costos – tanto desde el punto de vista de la inversión de capital inicial como de los gastos de explotación a largo plazo. La investigación de Xylem actualmente muestra cómo los clientes pueden lograr una solución óptima, dependiendo de los distintos métodos de tratamiento, los fines de la reutilización y el tamaño de las plantas.
Desde 2012, Xylem y el Instituto Sueco de Investigación Ambiental (IVL) iniciaron un amplio proyecto de investigación sobre la reutilización del agua. La misión era comprender los costos de construir plantas de reutilización del agua, sus gastos de explotación en un plazo de 20 años y cómo brindar la solución más eficiente desde el punto de vista ambiental.
Aleksandra Lazic, ingeniera sénior de Procesos de R&D Treatment de Xylem, ha formado parte del proceso de investigación desde un inicio. Ella manifiesta que una herramienta importante de medición y decisión al momento de construir o modernizar una planta de reutilización de agua sostenible es el costo del ciclo de vida de la planta (LCC). El LCC, en el que se centra este artículo, incluye la inversión de capital (CAPEX) y los gastos de explotación (OPEX).
Conclusión 1: Los gastos de explotación pueden tener un costo más elevado que las inversiones de capital a largo plazo
La investigación involucró, en primer lugar, un estudio piloto en Hammarby Sjöstadsverk, que consideró ocho líneas de tratamiento distintas. Posteriormente los investigadores hicieron un modelado a escala real de cuatro efluentes distintos en plantas de tres tamaños: 20.000 PE, 100.000 PE y 500.000 PE. El modelado, basado en las condiciones de mercado en España, mostró que para las plantas mayores de 100.000 PE, el OPEX representa la mayor fracción del costo del ciclo de vida global, no el CAPEX.
“Esto es realmente interesante e importante porque muchas personas se centran únicamente en los costos iniciales de inversión, en cuánto pagan hoy”, declara Lazic. “De hecho, la investigación muestra que la inversión de capital inicial no constituye un indicador adecuado de una solución económica sostenible. Es necesario estudiar los costos de explotación a largo plazo para determinar el costo total del ciclo de vida. Con esta información, podemos mostrar a los clientes interesados en soluciones sostenibles la forma en que pueden lograr el costo más bajo a largo plazo para el tamaño de planta específica que manejan”.
Conclusión 2: El tamaño de la planta es importante al momento de determinar la solución sostenible más eficaz en función de los costos
“El tamaño de una planta desempeña un rol importante”, declara Lazic. “Un ejemplo es la reutilización con fines agrícolas, donde puedes obtener la misma calidad de efluente de dos tipos distintos de equipo, un filtro bicapa (dual-media filter) o un filtro de discos. Si un cliente con la planta más pequeña en este estudio, 20.000 PE, solo tiene interés en hallar una solución eficaz en función de los costos, la línea de filtro de discos resulta adecuada – aunque use químicos. Sin embargo, en la medida en que aumenta el tamaño de la planta, observamos que el filtro bicapa llevó al costo más bajo del ciclo de vida”.
“Hemos creado una matriz de información en torno a los costos del ciclo de vida”, señala Lazic. “Basándonos en el tamaño de la planta de un cliente, los requisitos regionales y su interés en reducir sus costos de forma sostenible, podemos ayudarlo a encontrar una solución que cubra sus necesidades”.
Conclusión 3: La fase de tratamiento secundario es la que genera los costos más altos de implementación y operación
Cuando se construye una planta de tratamiento para la reutilización de agua, además de las fases convencionales de tratamiento de aguas residuales, la planta también necesita fases terciarias y de desinfección. La investigación muestra que la inversión inicial más grande, que obedece principalmente al costo civil y los costos de explotación a largo plazo, proviene de la fase de tratamiento secundario.
“Para comprender qué parte del proceso de tratamiento es la que genera mayores costos, estudiamos cada fase, desde la fase preliminar hasta la desinfección y la manipulación del lodo”, declara Lazic. “Hicimos estos para identificar dónde debíamos concentrar nuestros esfuerzos de R&D, con el fin de reducir el costo global del ciclo de vida. Lo que descubrimos es que la fase de tratamiento secundario, donde actúa la tecnología SBR (reactores biológicos secuenciales), representa la fracción más grande del costo”.
La tecnología SBR representa el 65% del total de la inversión de capital de una planta, seguida de la manipulación del lodo y el filtrado bicapa rápido por gravedad, ambos en un 9%, y los rayos UV, en un 2%. Esto significa que mejorar la calidad del agua al nivel de reutilización aumenta el costo de ciclo de vida (LCC) en solo un pequeño porcentaje. Además, cuando se observa los costos de explotación de una planta en un lapso de 20 años, el consumo de energía representa el 56% de los costos totales. La mitad de esta energía es utilizada por los reactores SBR.
“Recomendamos optimizar el tratamiento secundario con el fin de alcanzar la mejor sostenibilidad del tratamiento”, declara Lazic. “Estas conclusiones también nos han llevado a continuar nuestro trabajo en la fase de tratamiento secundario, para que podamos disminuir su huella y el consumo de energía. Por ejemplo, hemos utilizado esta investigación para reducir la huella de nuestra solución ICEAS SBR en 15%, lo que disminuye el CAPEX en 10 a 15%”.
Xylem también ha desarrollado un controlador de procesos para su solución ICEAS SBR, denominada OSCAR. Debido al trabajo realizado en Hammarby, se desarrollaron módulos de control adicionales que han disminuido el consumo energético en un 20%, y el OPEX en un 10 a 15%.