10-11 Septiembre 2015Santa Marta, Colombia

ACODAL 58° Congreso Internacional: Taller Gestión de la Energía para Empresas de Acueducto y Alcantarillado de Latinoamérica y el Caribe

Trasvases versus recuperación de aguas residualespara incrementar la disponibilidad de agua en el Valle de México

Consideraciones económicas, energéticas y ambientales

Extracto del trabajo de ingreso presentado a laAcademia de Ingeniería, México

Ernesto Espino de la O

Taller de Gestión de Energía 2015

Ref.: Programa de Sustentabilidad Hídrica de la Cuenca del Valle de México, Ing. José Luis LuegeTamargo, CONAGUA, 8 noviembre 2007

Sobreexplotación de los acuíferos del Valle de México

Entre los años 1950 y 2000 la población se sextuplicó, pasó de 3 a 18 M habitantes

Taller de Gestión de Energía 2015

Estadísticas del Agua de la RHA XIII, Aguas del Valle de México, Ediciones 2009, 2012 y 2013, a. http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/OCAVM-1-EAOCAVM2009.pdf,b. http://www.pronacose.gob.mx/pronacose14/contenido/documentos/XIII%20PHOCAVM.pdf,c. http://www.cmic.org/comisiones/Sectoriales/infraestructurahidraulica/estadisticas/Estadisticas_2014-2018/Publicaciones-

2014/Estad%C3%ADsticas%20del%20Agua%20de%20la%20Regi%C3%B3n%20Hidrol%C3%B3gico-Administrava%20XIII-2014%20OCAVM-1-14.pdf

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Mill

on

es

de

me

tro

s cú

bic

os

Agotamiento de reservas de agua subterránea

Las mermas acumuladas equivalen a19 años de suministro de agua

CuencaRío Panuco

Valle deMéxico

CuencaLerma-Chapala

Cuenca RíoTecolutla

CuencaRío Balsas80 km

Golfo deMéxico

Trasvases de agua como una alternativa para incrementar disponibilidades

Taller de Gestión de Energía 2015

Consumos de energía y costos de trasvasesPerfil esquemático

En USDlls @ de 16 $Mex/Dll

Zócalo2,200 msnm

Temascaltepec, 6 m³/sInversión = 419 M Dlls*

70 MDlls/(m³/s) Carga de Bombeo = 1,726 m

E. Eléctrica = 5.9 kWh/m³Costo total = 0.70 Dlls/m³

Necaxa, 9 m³/sInversión = 1,162 MDlls

129 MDlls/(m³/s)Carga de Bombeo = 1,467 m

E. Eléctrica = 5.0 kWh/m³Costo total = 0.78 Dlls/m³

msnm3000

2500

2000

1500

* Inversiones en obras complementarias elevan el monto a más de 1,000 MDlls

Taller de Gestión de Energía 2015

Alternativa de recuperación de aguas residualesReúsos potenciales y niveles de tratamiento

Riego de zonas agrícolas, áreas verdes, campos deportivos, parques, jardines, etc.

Los factores de uso de la PTAR pueden ser menores a 100% cuando el agua tratada sólo se usa para riego agrícola, por la estacionalidad de las demandas.

Tratamientos secundarios

DBO y SST < 20 mg/lColis fecales

< 240 NMP/100 ml

Recarga de acuíferos y de reservoriosTratamientos

avanzados

Taller de Gestión de Energía 2015

Potencial de reúso de aguas residuales en riego agrícola en el Valle de México

Acumulado a diciembre de 2012, RHA XIII, Subregión Valle de México, concesiones DF + EdoMex

en m³/s

Superficial Subterránea Total

Agrícola 8.6 4.7 13.2

Industrial 0.7 3.6 4.3

Público urbano 10.7 53.0 63.7

Otros usos 0.4 3.5 4.0

Total 20.4 64.8 85.2

Las extracciones reales para uso agrícola no son necesariamente iguales a las concesiones, lo que puede limitar el potencial de sustitución de agua de primer uso en riego agrícola

Concesiones de agua en el VdeM, Estadísticas del Agua de la RHA XIII, Aguas del Valle de México, Edición 2013, C 42, p 111,http://www.cmic.org/comisiones/Sectoriales/infraestructurahidraulica/estadisticas/Estadisticas_2014-2018/Publicaciones-2014/Estad%C3%ADsticas%20del%20Agua%20de%20la%20Regi%C3%B3n%20Hidrol%C3%B3gico-Administrava%20XIII-2014%20OCAVM-1-14.pdf

Taller de Gestión de Energía 2015

Consumos de energía y costos de tratamiento secundarioMódulo de 1 m³/s

Con desinfección UV y tratamiento de lodos en la PTAR AtotonilcoCostos actualizados a abril de 2015

Concepto Promedio

Consumo unitario de energía, kWh/m³ 0.38

Consumo de energía, mWh/año 11,886

Costo de energía eléctrica, M$/año 14

Inversiones, MDlls 25

Costo anual total, MDlls/año 4.2

Costo total, Dll/m³ 0.14

El consumo de energía en EUA para tratamiento secundario es del orden de 0.46 kWh/m³

En la PTAR Atotonilco el consumo es de 0.24 kWh/m³, de los cuales 0.20 kWh/m³ serán cogenerados (la generación de energía térmica es mayor aún que la generación de energía eléctrica)

• Ensuring a sustainable future: An energy management guide book for wastewater and water utilities, January 2008, EPA 832‐R‐08‐002, http://water.epa.gov/infrastructure/sustain/upload/Final-Energy-Management-Guidebook.pdf

• Water Reuse, National Research Council, 2012, http://www.nap.edu/catalog/13303/water-reuse-potential-for-expanding-the-nations-water-supply-through

Taller de Gestión de Energía 2015

Tratamiento avanzado para recarga de acuíferosDiagrama de procesos

Tratamiento con

remoción biológica

de nutrientes

Clarificación

• Tratamiento químico• Adsorción en carbón

biológicamente activo• Ozonación + UV • Split OI

Pozos de recarga

EfluenteBOD5/TSS < 20 mg/lNO3-N < 10 mg/lPT < 1 mg/l

Sólo con carácter ilustrativoHay muchas más opciones

Taller de Gestión de Energía 2015

RBN + TQ FCA + O3 UV + TdeA Total

41.5 11.525

9.5 7.595

53 17

Consumo de energía 0.80 kWh/m³

Costos de tratamiento 0.41 Dll/m³

Consumos de energía y costos de tratamiento avanzadoMódulo de 1 m³/s

Costos actualizados a abril 2015

Inversiones en MDlls

Anteproyecto, módulo de tratamiento avanzado PTAR El Caracol, CONAGUA, Coord. Proyectos VdeM, 2012

Taller de Gestión de Energía 2015

1,687(105)

404(25)

2,032(127)Incl.

Pozos

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

Riego agrícola Recarga de acuíferos

Trasvase de agua Reúso de aguas residuales

Inve

rsio

ne

s, M

$ (

MD

lls)

Evaluación económica: inversionesPor cada m³/s

x

Las inversiones en trasvases son cuatro veces más altas que en la

alternativa de sustitución de agua de riego por agua residual tratada

Taller de Gestión de Energía 2015

380(24)

68(4.2)

249(16)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Riego agrícola Recarga de acuíferos

Trasvase de agua Reúso de aguas residuales

Co

sto

tota

l, M

$/a

ño

(MD

lls/a

ño

)Evaluación económica: Costo anual total

Por cada m³/s

El trasvase de agua cuesta 316 M$ por año más que la sustitución de agua de

riego por agua residual tratada

Taller de Gestión de Energía 2015

12.0(0.75)

2.2(0.14)

7.9(0.49)

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

Riego agrícola Recarga de acuíferos

Trasvase de agua Reúso de aguas residuales

Co

sto

un

itar

io, $

/m3

(D

lls/m

³)

El costo del agua importada es5 veces más caro que el del agua

tratada para reúso agrícola

Evaluación económica: Costo unitario

Taller de Gestión de Energía 2015

168.654

11.886 25.2290

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

Riego agrícola Recarga de acuíferos

Trasvase de agua Reúso de aguas residuales

Co

nsu

mo

s d

e e

ne

rgía

, mW

h/a

ño

Evaluación energética: consumo de energíaPor cada m³/s

El ahorro en consumo de energía es de 157,000 mWh por año por cada m³/s.

Taller de Gestión de Energía 2015

84.159

5.931 12.5890

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

Riego agrícola Recarga de acuíferos

Trasvase de agua Reúso de aguas residuales

T d

e C

O2

po

r añ

oEvaluación ambiental: emisiones comparadas de CO2

Por cada m³/s@ 0.50 kg de CO2 /kWhr

14 veces más emisiones de CO2 que en la alternativa de sustitución de agua de riego

por agua residual tratada

Taller de Gestión de Energía 2015

27,9

2,0 4,20

5

10

15

20

25

30

Riego agrícola Recarga de acuíferos

Trasvase de agua Reúso de aguas residuales

Sup

erf

icie

de

bo

squ

es,

mile

s d

e h

aEvaluación ambiental: superficies de bosque necesaria

para compensar las emisiones de CO2Por cada m³/s, @ 3 t CO2/ha-año

Por cada m³/s, la diferencia entre trasvases y sustitución de agua de riego de primer uso por agua residual tratada neutraliza la remoción de

CO2 de 25.9 miles de ha de bosques

Ref.: Programa Nacional de reforestación y cosecha de agua, lámina 13, http://es.slideshare.net/CocaColadeMexico/informe-programa-nacional-de-reforestacin-y-cosecha-de-agua

TemascaltepecRiego

agrícolaDiferencia

Emisión de CO2 t/año 556,095 35,662 520,434

Área equivalente de bosques en términos de absorción de CO2

miles de ha

184 12 173

Evaluación ambientalAlternativa de Temascaltepec y reúso agrícola

Gasto de 6 m³/s

ContextoLas áreas reforestadas en el período 2008 – 2014 por el Programa

Nacional de Reforestación y Cosecha de Agua fueron 58 miles de ha

Taller de Gestión de Energía 2015

“Water Reuse, Potential for expanding the nation´s water supply through reuse of municipal wastewater”, NationalResearch Council, Washington, D.C., 2012, p 155http://www.nap.edu/catalog/13303/water-reuse-potential-for-expanding-the-nations-water-supply-through

Consumos comparados de energía en el VdeM y en San Diego para diversas alternativas de suministro de agua

kWh

/m³

VdeM, Trasvases20 a 26 kWh/Kgal

VdeMRecarga

VdeMRiego

“Si la única herramienta que se tiene es un martillo, es muy tentador pensar que todos los problemas se pueden resolver clavando clavos y dando martillazos

A. Maslow, The Psychology of Science, 1966 (Wikipedia)

Taller de Gestión de Energía 2015

Conclusiones1. Una carga de bombeo de 120 m consume más energía que

un tratamiento secundario para uso en riego agrícola.Una carga de bombeo de 240 m consume más energía que un tratamiento avanzado para la recarga de acuíferos.

2. Para el caso del VdeM, el trasvase de agua consume 14 veces más energía que el tratamiento secundario.La diferencia en emisiones de CO2 entre trasvases y tratamiento secundario por cada m³/s nulifica los beneficios de absorción de carbono de 26,000 ha de bosques.

3. La aceptación del reúso de aguas residuales como una alternativa para incrementar el suministro de agua enfrenta hoy la inercia de usos y costumbres del trasvase como la alternativa preferencial.

Hace 200 millones de años…

GraciasPreguntas,

comentarios?

Taller de Gestión de Energía 2015

Información complementaria

Taller de Gestión de Energía 2015

Criterios de análisis y evaluación

• Económico• Energético• Ambiental• Sustentabilidad • Percepción social

Paridades cambiarias a abril de 2015

Notas:Todas las ligas a internet fueron consultadas en julio 2015

Los costos en US Dlls se muestran en rojo en la presentación

Dólar EUA Peso Mex. Peso Col.1 16 2,700

0.06 1 1690.0004 0.006 1

Taller de Gestión de Energía 2015

Ref.: Proyectos estratégicos, agua potable, drenaje y saneamiento, CONAGUA, Programa Nacional de Infraestructura 2014-2018, junio 2015, http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/SeguimientoPNI.pdf

Alternativas de trasvase de agua de otras cuencas

Taller de Gestión de Energía 2015

27.903

1.966 4.1740

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

Riego agrícola Recarga de acuíferos

Trasvase de agua Reúso de aguas residuales

Viv

ien

das

eq

uiv

ale

nte

sEvaluación energética

Equivalencias en consumo de energía de viviendas Por cada m³/s

La diferencia en consumos de energía por trasvase con respecto a la alternativa de sustitución de agua de riego por agua residual tratada permitiría suministrar

energía a 26,000 viviendas

Taller de Gestión de Energía 2015

17.718

1.249 2.6500

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

20.000

Riego agrícola Recarga de acuíferos

Trasvase de agua Reúso de aguas residuales

Ve

híc

ulo

sEvaluación ambiental: equivalencias en vehículos

en rodamiento por emisión de CO2Por cada m³/s

La diferencia en emisión de CO2

con respecto a la sustitución de agua de riego por agua residual

tratada es equivalente a las emisiones de 16,469 vehículos

Taller de Gestión de Energía 2015

Trasvase de agua

Reúso de aguas residuales

Riego agrícola

Recarga de acuíferos

Inversión M$ 105 25 127*

CostosM$/año

Capital 9.1 2.2 10.9

Energía 12.1 0.9 1.8

Otros OyM 2.6 1.3 2.8

Suma 23.8 4.2 16

Costo unitario $/m3 0.75 0.14 0.49Energía eléctrica

mWh/año 168,654 11,886 25,229

* Incluye costo de pozos de recarga

Comparación económica de alternativasPor cada m³/s, en US Dlls

Taller de Gestión de Energía 2015

Trasvase de agua

Reúso de aguas residualesRiego

agrícolaRecarga de acuíferos

Energía eléctrica consumida mWh/año 168,654 11,886 25,229

No. de viviendas equivalentes @ 0.69 kW/viv. 27,903 1,966 4,174

Emisión de CO2 t/año 84,159 5,931 12,589

Recorrido de un auto @ 9 km/l Mkm/año 322 23 48

Desechos sólidos en unrelleno sanitario

t/año 30,164 2,126 4,512

Barriles de petróleo b/año 195,717 13,793 29,277

Áreas de bosque necesaria para cancelar las emisiones de CO2

miles ha 28 2.0 4.2

Comparación energética y ambiental de alternativasPor cada m³/s

• Programa GEI México, Factor de emisión eléctrico 2013, http://www.geimexico.org/factor.html, factor de emisiones: 0.4999 kg de CO2Eq /kWh,• U.S. EPA. Greenhouse Gas Equivalencies Calculator, http://www.epa.gov/cleanenergy/ energy-resources/calculator.html• Juan Manuel Torres Rojo, Alejandro Guevara Sanginés, El potencial de México para la producción de servicios ambientales: captura de carbono y

desempeño hidráulico, 16 noviembre 2007, Instituto Nacional de Ecología, http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones/gacetas/63/cap3.html