Seleccin de alternativas para el tratamiento de aguas residuales de una ciudad

Servn Jungdorf Carl Anthony* Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua Ing. Minero Metalurgista, egresado de la UNAM. Especialidad en explotacin de Minas realizado en la Escuela Nacional Politcnica de la Loraine, Francia. Trabaja en el IMTA desde 1989 en aspectos de economa del Agua, y en los ltimos aos en economa de las aguas residuales. Snchez Castaeda Luis Fernando Universidad Nacional Autnoma de Mxico Mantilla Morales Gabriela Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua Montesillo Cedillo Jos Luis Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua Ruiz Lpez Alejandro Jess Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua Hansen Rodrguez Ivette Renne Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua Paseo Cuauhnhuac N 8532 Col. Progreso Jiutepec, Mor. C.P. 62550 Tel.: 01.777.629.36.22 Fax: 01.777.329.36.63 cservin@tlaloc.imta.mx RESUMEN Para realizar el estudio financiero entre dos alternativas de solucin 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 tcnicos, econmicos, administrativos y ambientales para establecer la verdadera magnitud de los costos que implica tomar una u otra decisin. Ambas alternativas presentan sus ventajas pero tambin sus desventajas que se pueden traducir en costos econmicos y sociales. Pensar en utilizar como nico indicador la economa de escala, lo cual implica estimar el costo de tratamiento por unidad de volumen tratado puede llevar hacia una decisin equivocada, es importante establecer un marco de referencia amplio para realizar el anlisis financiero completo que permita seleccionar la mejor opcin. Palabras clave: Sistema Centralizado (SC), Sistema Descentralizado (SD), financiero, anlisis. INTRODUCCIN 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 estratgicamente para tratar el agua residual producida en cierto sector de la ciudad. El principio de las economas de escala lleva a pensar que un Sistema Centralizado (SC), consistente de una gran planta, que puede ser mejor opcin para el tratamiento de las aguas residuales de una ciudad que un Sistema basado en varias plantas pequeas y que en este documento se definir como Sistema Descentralizado (SD). Sin embargo, se requieren analizar otros aspectos adems de la ventaja del tamao o capacidad, para tener los elementos suficientes que permitan decidir entre ambas alternativas. Aspectos como: el sistema de recoleccin o captacin de agua residual y sus costos agregados; la superficie requerida para la construccin de la planta; las caractersticas del agua residual que pueden variar de manera importante de una zona de la ciudad a otra; o las alternativas para el reso del agua tratada, son entre otros, parmetros que pueden influir de manera determinante para decidir entre la construccin 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 parmetros que influyen en la estimacin econmica de ambos sistemas de tratamiento, con la finalidad de generar los indicadores para su seleccin.

La construccin 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 tambin los de conduccin, y tomar en cuenta las bondades tcnicas de cada alternativa. Sin embargo, en algunos casos se debern considerar aspectos tales como la topografa, sobre la que se asienta la ciudad, la cual obliga a la existencia de varias descargas de la red de drenaje. HIPTESIS Un Sistema Centralizado (SC) de tratamiento de aguas residuales presenta como ventaja un menor costo unitario ($/m3) sobre el de un Sistema Descentralizado (SD), pero al considerar los costos perifricos adicionales y los problemas inherentes a su operacin puede ser menos rentable (tanto econmica como tcnicamente) que la propuesta descentralizada que trate el mismo caudal. METODOLOGA Se realiza el estudio de las diferentes alternativas para solucionar la problemtica de las aguas residuales de las zonas urbanas a partir de un amplio anlisis financiero en el que:

Se consideren todas las partes de la infraestructura sanitaria. Se estimen las inversiones, los costos de operacin y mantenimiento de plantas de

tratamiento para diferentes caudales de operacin y diferentes trenes de tratamiento, de acuerdo a las necesidades locales.

Posteriormente, realizar un anlisis financiero de las erogaciones para un horizonte de planeacin definido en 25 aos.

Particularmente se realiz un estudio comparativo entre un SC consistente de una planta de tratamiento con capacidad, en la etapa final de su construccin, de 1,200 litros por segundo (lps) y un SD de 15 plantas de tratamiento cuyos caudales combinados suman 1422 lps. El estudio consider el anlisis de las descargas para detectar los casos donde se presentaban problemas debido a la variabilidad en la calidad del agua residual. Finalmente se realiz un anlisis de costos perifricos derivados de la aplicacin de cada alternativa, como son la conduccin, bombeo y reso. 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 as conformar un SD, y la segunda alternativa es un SC en el que se deber 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 inversin. Para realizar el estudio fue necesario desarrollar las siguientes actividades:

Recopilar informacin. Se recopil la informacin existente de las plantas de tratamiento para el estudio de caso, como: memorias de clculo, caudales de operacin y de diseo, calidad de agua (influenteefluente), eficiencias de tratamiento, topografa y costos de tratamiento, entre otra.

Analizar la informacin. Se analiz la informacin recopilada para proyectar, segn el caso, los costos de operacin y mantenimiento, de las plantas existentes y por construir, as como para los casos de construccin de nueva infraestructura sus costos de inversin. Asimismo, se utilizaron ecuaciones paramtricas de costos ndice para estimar el costo de tratamiento de aguas residuales municipales, para los casos en que no fue posible conseguir informacin.

Procesamiento y resultados. Con base en la informacin generada, se hicieron las corridas del flujo financiero para analizar las dos opciones del plan de saneamiento.

RESULTADOS Del anlisis de la informacin recopilada, generada y procesada se pudo concluir que los parmetros de mayor influencia en el diseo y seleccin de un plan de tratamiento se pueden agrupar en tcnicos, econmicos, administrativos y ambientales, los cuales se discuten a continuacin. Tcnicos Caractersticas del influente. Un SC presenta mayor complejidad en la composicin del agua residual que recibe, debido a la combinacin de caudales de tan diversos orgenes, provenientes de zonas residenciales, comerciales o industriales. Dicha complejidad afectar la calidad de las descargas o requerir de sistemas de tratamiento ms complejos para atender un licor de caractersticas heterogneas. Caractersticas del efluente. Desde este punto de vista un SD tiene la posibilidad de ofrecer efluentes que cumplan con diferentes calidades, adaptndose al posible reso que se le pretenda dar al agua o a la norma de descarga exigida por el cuerpo receptor. Tratabilidad y operacin del sistema. En caudales pequeos se presenta mayor homogeneidad cuantitativa y cualitativa del agua residual, esta observacin permite concebir tanto el abatimiento de picos de las cargas hidrulica, as como de carga msica, lo cual facilita la operacin y control de plantas pequeas, comparado con las grandes plantas. Conduccin. Otra ventaja es la distribucin espacial, en la zona urbana, de un SD. Un SC implicar una red colectores de gran dimetro para captar el agua de los diferentes sectores de la ciudad, lo cual aumenta el riesgo de impacto a la red por averas o problemas de conduccin. Un problema o avera en el sistema de colectores principales, se reflejar en todo el sistema, mientras que un sistema descentralizado generalmente compuesto de redes de dimetro ms pequeo diseado para un cierto sector de la ciudad generar problemas locales en su zona de influencia y en la planta de tratamiento correspondiente, sin afectar la operacin de otras plantas. Bombeo. En un SC se bombean gastos mayores con un requerimiento superior de energa, sobre todo cuando por las caractersticas topogrficas no se puede establecer un sistema de conduccin por gravedad. Las distancias de traslado de agua residual as como su bombeo se reducen en el caso de un SD, mientras que en un SC adems de aumentar seguramente se requerir de un sistema de bombeo que permita conducir el agua hasta la planta de tratamiento. Econmicos Capacidad ociosa. La construccin de un SD permitir ajustar mejor el programa de construccin 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 construccin de un sistema de ocho plantas que se acondicionan o ponen en operacin consecutivamente, con el caso de la construccin de una macroplanta, planeada para construirse en varias etapas, lo cual le permitira en ambos casos, disponer siempre de la capacidad necesaria para afrontar la demanda. Es de hacer notar que si la construccin de la macroplanta se realiza en etapas semejantes a la construccin de las plantas pequeas el efecto de la capacidad ociosa como de inversin resultan equivalentes.

1 23 4

Sistema de tratamiento descentralizado, programa de incremento de la capacidad de tratamiento

2 3 45 6

7 8

1

Demanda

Demanda

Sistema de tratamiento centralizado, programa de incremento de la capacidad de tratamiento por etapas

1 23 4

1 23 4

Sistema de tratamiento descentralizado, programa de incremento de la capacidad de tratamiento

2 3 45 6

7 8

1 2 34 5

6 78

1

Demanda

Demanda

Sistema de tratamiento centralizado, programa de incremento de la capacidad de tratamiento por etapas

Figura 1: Comparacin esquemtica entre dos opciones de tratamiento. En verde se representa la capacidad ociosa de opcin.

Inversin. La posibilidad de programar la construccin permite desembolsar el gasto de inversin con una mejor distribucin a travs del tiempo. En el caso de una macroplanta seguramente se requerir desembolsar mayores cantidades pero en menos ocasiones y de manera ms espaciada en tiempo. Hacer el comparativo de estas posibilidades implica pensar en lo siguiente: ante un monto de inversin equivalente ser ms atractivo el caso en el que los montos sean menores aunque aumente su frecuencia (mejor ocho pagos de un milln anual que cuatro pagos de dos millones cada dos aos). Al aplicar una tasa de oportunidad del dinero igual, para ambos casos, la serie de pagos menores, y mejor distribuida, siempre tendr un valor equivalente menor, en trminos de valor presente. Costos de operacin. Los costos administrativos podrn ser prcticamente iguales para ambos casos, lo que seguramente aumentara los costos ser 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 operacin y mantenimiento sern menores para el sistema centralizado, de ah su ventaja economa de escala, pero una macroplanta implica una inversin inicial mayor. Conduccin. Un sistema centralizado requerir de una red para manejar mayor volumen de agua residual, lo cual implica invertir en una red auxiliar con tubera de mayor dimetro 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 aumentar los costos de inversin, adems de los de conduccin en comparacin con el caso descentralizado. Reso. La posibilidad de generar agua tratada con diferente calidad de descarga permite optimizar su reaprovechamiento desde el punto de vista econmico obtener calidades de acuerdo a la deseada de reso. Adems los centros de distribucin 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 tendr que pensar el gasto que significara rebombear o acarrear el agua hacia los lugares de reso.

Administrativos Planeacin. La posibilidad de hacer un programa de construccin o rehabilitacin para cubrir las necesidades de tratamiento de agua residual permite mayor flexibilidad en el caso del SD en comparacin con la construccin de una sola planta. Cuando se decide por la construccin de una macroplanta difcilmente se puede cambiar sus caractersticas, en cuanto al mtodo de tratamiento, lo cual es ms factible en el caso de un SD que por ser plantas independientes unas de otras es posible modificar totalmente el diseo de una planta que se tenga programada a futuro. Administracin de recursos. En el caso del SD se requiere de ms personal para atender muchos centros de trabajo y ms administracin, aunque la direccin central y el mantenimiento se pueden compartir se requiere de mayores canales de control para operar un sistema que por su dispersin resulta ms complejo. Si se considera que adems las plantas aplican diferentes mtodos de tratamiento, ello implica que el personal de mantenimiento deber estar mejor capacitado para atender plantas con caractersticas diferentes. Ambientales Impacto social. En una zona urbana generalmente es difcil la obtencin de un terreno adecuado, es decir, con la superficie necesaria para la construccin de la planta de tratamiento. Pensar en la superficie que se requiere para un SC implica considerar una ubicacin fuera de la ciudad, nico lugar donde seguramente se encontrar un predio con la extensin deseable. Adems la construccin de una planta de tratamiento generar resistencia social, debido a las molestias que le pueda ocasionar, esta resistencia seguramente afectar ms 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 est obligado a utilizar tcnicas de tratamiento que eliminen ambos efectos o por lo menos las reduzcan a su mnima expresin. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE CASO De la comparacin de las dos alternativas del estudio de caso podemos destacar que el SD resulto ms competitivo debido principalmente a la existencia de 8 plantas de tratamiento con necesidades actuales de rehabilitacin. El planteamiento del SC consideraba que estas plantas fueran deshabilitadas y transformadas en crcamos de bombeo para enviar el agua a la nueva (y gran) planta de tratamiento. Dicha obra se llevara acabo en cuatro etapas distribuidas en un horizonte de proyecto de 25 aos con caudales de diseo intermedios de 400, 600, 850 y 1200 lps (Figura 2). El SD consideraba rehabilitar las 8 plantas actuales y al siguiente ao la construccin de cinco plantas ms para alcanzar una capacidad de tratamiento de 972 lps y finalmente al decimocuarto ao se construiran dos plantas adicionales para obtener un caudal total de 1422 lps en 15 plantas de tratamiento. Cuando se realiz el anlisis del valor presente de los costos de inversin, operacin y mantenimiento del SC resulto ms atractivo que el SD. Sin embargo, es importante sealar que el SC trataba un 18.5% menos de agua que el sistema descentralizado y con un retraso de 11 aos adems aun no se haba contemplado la construccin y operacin del sistema de drenaje para conducir el agua residual a la nueva planta.

12

1425

SC

SD

456

972

1422 1422

400

600

850

1200

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

1600.00

Caud

al tr

atad

o (l/

s)

Ao

SC: Macroplanta SD: Sistema Descentralizado

Figura 2: Progresin de caudales tratados para las dos alternativas.

Otro aspecto por considerar en la comparacin 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 operacin las 5 plantas proyectadas en el segundo ao y que en el caso del SC se lograr hasta que se ponga en operacin la cuarta etapa de construccin, lo que significa que en esta opcin se debern estar pagando multas por descargas durante 11 aos. CONCLUSIONES Cuando se plantea tratar el agua residual de una ciudad, es deseable hacer un estudio amplio en el que se analicen todos los parmetros tcnicos, econmicos, administrativos y ambientales, pues estos siempre se traducirn en aspectos financieros y sociales que permitirn optar por una decisin diferente a la que se tomara de slo analizar el aspecto de economa de escala. Si bien un sistema descentralizado implica realizar una planeacin exhaustiva para garantizar la oportuna puesta en marcha de las plantas, para cubrir la demanda de tratamiento, una megaplanta tampoco puede soslayar la planeacin. La diferencia estriba en la posibilidad de poder cambiar con mayor flexibilidad los procesos de las plantas pequeas por construir. En suma, el SD es superior econmica, tcnica, ambiental, social, sustentable y sosteniblemente, en el largo plazo al SC. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

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