Con el fin de ayudar a las empresas de servicios públicos y a los organismos reguladores a comprender el impacto ambiental del proceso de tratamiento para la reutilización del agua, Xylem y el Instituto Sueco de Investigación Ambiental (IVL) realizaron una investigación exhaustiva sobre las diversas líneas de tratamiento para la reutilización del agua. A continuación detallamos cuatro aspectos que usted debería conocer al desarrollar una planta para el reciclado de agua.
En un artículo anterior, Impeller estudió las conclusiones de una investigación referida a los costos globales del ciclo de vida de diferentes líneas de tratamiento para la reutilización del agua, incluidos los costos de inversión y los costos de explotación en un período de 20 años. El presente artículo se centrará en los resultados de la investigación que aborda diez Indicadores Clave de Desempeño (KPI) en lo relacionado al impacto ambiental (véase más abajo la lista completa).
“Deseábamos aprender cuál es la solución de reutilización óptima y más sostenible”, declara Aleksandra Lazic, ingeniera senior de Procesos de R&D Treatment (Investigación y Desarrollo del área de Tratamiento) de Xylem. “Esa es la razón por la que investigamos el costo del ciclo de vida completo, la evaluación del ciclo de vida, que es el impacto ambiental y, posteriormente, el aspecto social, que consiste en alcanzar la calidad de efluente conforme a las reglamentaciones aplicables a regiones específicas. Así es como definimos sostenibilidad, como la intersección de estos tres pilares. Es necesario que los tres sean objeto de estudio”.
Xylem y el Instituto Sueco de Investigación Ambiental (IVL) realizaron una investigación exhaustiva sobre las diversas líneas de tratamiento para la reutilización del agua
- Aumentar la calidad del efluente no lleva a un gran incremento en el impacto ambiental.
Para este estudio, los investigadores examinaron ocho líneas de tratamiento para tres objetivos de reutilización del agua: uso agrícola, recarga del agua subterránea y uso industrial. Estas líneas iban desde una baja calidad del efluente con fines agrícolas hasta una alta calidad del efluente, del que se eliminaron los microcontaminantes para su uso en la recarga de aguas subterráneas.
“Nuestra investigación mostró que, a medida que se incrementa la calidad del efluente, se produce un aumento del valor para la mayoría de los KPI en relación con el impacto ambiental, aunque no en todos los casos”, señala Lazic. “Al mismo tiempo, no observamos saltos enormes en los principales KPI, como el potencial de calentamiento global, la acidificación y la eutrofización, en comparación con el tratamiento convencional de las aguas residuales. No se trata de incrementos extremos, lo que significa que aumentar la calidad del efluente no lleva a un impacto ambiental importante”.
- La calidad más baja de efluente tiene el potencial de calentamiento global más alto.
“Para todos los KPI, salvo uno, se observa un pequeño incremento en el impacto ambiental a medida que aumenta la calidad del efluente, pero el potencial de calentamiento global efectivamente disminuye a medida que aumenta la calidad del efluente”, señala Lazic. “Básicamente, la calidad más baja de agua, para uso agrícola, tiene el potencial de calentamiento global más alto. Esto es algo que no esperábamos. La razón que lo explica es que esta línea tiene emisiones mucho más altas de óxido nitroso (N2O), 2,1% en comparación con el 0,2% de las otras líneas”.
La razón que explica los niveles más elevados de N2O es que cuando se produce un efluente de baja calidad con fines agrícolas, los nutrientes se mantienen en el agua para servir de fertilizante. Para lograr esto, la fase de tratamiento secundario debe interrumpirse repetidas veces, lo que se traduce en niveles más altos de N2O.
“El óxido nitroso tiene 300 veces el potencial de calentamiento global del dióxido de carbono, de manera que es realmente uno de los gases más problemáticos cuando nos referimos a los gases de efecto invernadero”, manifiesta Lazic. “Aunque mucha gente tiene conocimiento de esta emisión en el proceso de tratamiento, cuando establecen el valor de este gas, suelen basarse en supuestos. En contraste con ello, nosotros hemos medido las emisiones de N2O durante dos años”.
Cuando se produce un efluente de baja calidad con fines agrícolas, los nutrientes se mantienen en el agua para servir de fertilizante
- El consumo de energía rige 7 de 10 KPI relacionados con el impacto ambiental.
“Estudiamos lo que rige los indicadores KPI, lo que nos permitió simplificar los resultados todo lo que nos fue posible”, señala Lazic. “Llegamos a la conclusión de que el consumo de energía rige la mayoría de los KPI, específicamente, siete de diez. Esto significa que si uno disminuye el consumo de energía de sus líneas de tratamiento, disminuirá el impacto ambiental. Conociendo este dato, también se puede utilizar el consumo de energía como sucedáneo para evaluar fácilmente el impacto ambiental de su línea de tratamiento”.
En el caso de las líneas de tratamiento para recarga de aguas subterráneas y uso industrial, las emisiones de N2O fueron muy reducidas, de manera que el uso de la energía tuvo el impacto más fuerte en el potencial de calentamiento global. Para las líneas de tratamiento agrícola, las emisiones de N2O tuvieron el impacto más fuerte.
“En nuestro análisis del costo de ciclo de vida, llegamos a la conclusión de que la fase de tratamiento secundario utiliza la mayor cantidad de energía, y constituye el costo más significativo tanto desde el punto de vista del capital como de la operación”, señala Lazic. “Con nuestra evaluación del ciclo de vida, podemos observar que la disminución del consumo de energía de su fase de tratamiento secundario también disminuirá el impacto ambiental. Esto nos ofrece un claro indicio de la fase que debemos optimizar”.
Lazic señala que algunos países ya han hecho grandes avances en el monitoreo de la forma en que las emisiones de gases de efecto invernadero están correlacionadas con la operación de una planta. Para limitar el uso de la energía y las emisiones en el Reino Unido, las plantas de tratamiento de agua de ese país están actualmente sujetas al pago de una cuota por huella de carbono. Para calcular el pago anual, las plantas deben informar cuánta energía consumen y sus emisiones para toda la planta. Si las cifras de una planta no se circunscriben a los límites debidos, esta debe pagar una cuota.
Para todos los KPI, salvo uno, se observa un pequeño incremento en el impacto ambiental a medida que aumenta la calidad del efluente
- La ubicación y el tamaño de la planta pueden suponer una gran diferencia en el impacto ambiental.
La investigación puso a prueba sus ocho líneas de tratamiento para la reutilización del agua en tres tamaños de planta a escala natural: 20.000 PE (población equivalente), 100.000 PE y 500.000 PE. La investigación llegó a la conclusión de que a medida que aumentaba el tamaño de la planta, disminuían las emisiones de C02 por metro cúbico de agua tratada.
“Si se cuenta con un sistema más grande, con equipo más grande, como bombas y sopladores, la eficiencia va en proporción directa a las dimensiones del sistema”, señala Lazic. “Esto significa que el consumo de energía disminuye por metro cúbico de agua tratada. Esta es la razón por la que la gente desea un tratamiento más centralizado, inclinándose por tener una planta más grande en lugar de varias plantas más pequeñas”.
La fuente de la energía utilizada en la planta constituye también un factor importante en el impacto ambiental.
“Basamos nuestra investigación en los costos y la red de energía eléctrica de España”, declara Lazic. “Cuando recalculamos el impacto para una planta en Suecia, que utiliza energía mucho más ecológica, el potencial de calentamiento global cae en un 60%. Si trasladamos la situación a los EE.UU., aumenta en un 50%, ya que allí se utilizan más combustibles fósiles que en España. Por esta razón afirmamos que el cálculo del impacto ambiental es específico de la región”.
Rol de Xylem en la reutilización sostenible del agua
Sobre la base de estas conclusiones sobre el impacto ambiental del tratamiento del agua, Xylem decidió profundizar en ellas para identificar la forma de reducir las emisiones en todo el mundo.
algunos países ya han hecho grandes avances en el monitoreo de la forma en que las emisiones de gases de efecto invernadero están correlacionadas con la operación de una planta
“Decidimos aplicar nuestras conclusiones a escala global para apreciar cuál sería el impacto si pudiéramos optimizar las plantas de tratamiento utilizando la tecnología de Xylem de la que se dispone actualmente”, declara Lazic. El resultado fue el informe Powering the Wastewater Renaissance (Impulsando el renacimiento de las aguas residuales), que mostró que el sector de las aguas residuales podía reducir a la mitad las emisiones relacionadas con la electricidad.
“Puesto que Xylem puede ofrecer todo un sistema para la reutilización que derive del tratamiento de las aguas residuales, estamos en condiciones de optimizar toda la línea de tratamiento”, señala Lazic. “No somos solo un proveedor de equipos, sino también un proveedor de soluciones. Hemos invertido mucho trabajo en comprender no solo la mejor solución, sino también la solución más sostenible”.
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Los diez KPI para el impacto ambiental
Potencial de calentamiento global, potencial de acidificación, potencial de eutrofización, creación de ozono fotoquímico, toxicidad en humanos, ecotoxicidad del agua dulce, ecotoxicidad marina, ecotoxicidad terrestre, agotamiento de recursos abióticos (elementos) y agotamiento abiótico (fósiles).
