Evaluación del comportamiento energético de las estaciones depuradoras de aguas residualesuna aproximación económica

Resumen

Las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDARs) son una pieza básica del conjunto de infraestructuras urbanas, ya que son indispensables para garantizar la salud pública y del medio ambiente. Actualmente, en España existen aproximadamente 3.000 EDARs que tratan 4.700 hm3 de aguas residuales, de los cuales la mayor parte, un 55,8% y un 33,5% son vertidos a cauces fluviales y al mar, respectivamente, mientras que un 10,4% es reutilizado en la agricultura y el riego de jardines, y el 0,3% restante es infiltrado al suelo para la regeneración de acuíferos y otros fines. Según el destino del agua residual, la normativa en materia de aguas residuales urbanas y reutilización requiere el cumplimiento de unos criterios de calidad determinados, que se consiguen gracias a la implementación de tecnologías de tratamiento que requieren un elevado consumo energético para su funcionamiento. A lo largo de los años, se ha observado que el consumo energético utilizado en el sector de la depuración se ha intensificado debido a que la población conectada al sistema de alcantarillado es cada vez mayor, y a la necesidad de cumplir con las exigencias ambientales establecidas por la normativa europea y estatal en esta materia. El control del consumo energético de las EDARs se ha convertido en un aspecto fundamental para los operadores de las instalaciones debido al impacto económico que tiene en los costes operacionales del proceso, los cuales pueden suponer entre un 30 y un 40% de los costes totales, dependiendo de la tecnología empleada en el proceso, el tamaño de la población servida, así como de la calidad del efluente exigida, entre otros muchos factores. Además, se prevé que el consumo energético, y por ende los costes asociados a éste, incrementen en los próximos años como consecuencia de la publicación de una legislación que contemple requerimientos de calidad más exigentes que los actuales. Ante esta situación, a lo largo de los últimos años se han implementado las instalaciones con tecnologías más eficientes y sistemas de control automáticos que permiten regular su consumo energético. Pese a ello, aún existe un elevado potencial de mejora por lo que se refiere a la optimización del consumo energético de las EDARs, tal y como se demuestra en el artículo que forma parte del presente compendio titulado “Efficiency assessment of wastewater treatment plants: A data envelopment analysis approach integrating technical, economic, and environmental issues”. En esta publicación se prueba que el coste energético, y, por ende, el consumo energético de las EDARs presenta un gran potencial de mejora por lo que a la eficiencia del proceso se refiere. Para llevar a cabo este estudio se utiliza una metodología que ha despertado gran interés en los últimos años tanto entre la comunidad científica en general como en el ámbito del tratamiento de las aguas residuales por su gran versatilidad. Se trata del Análisis Envolvente de Datos (DEA), una metodología basada en los modelos de optimización lineal que permite medir la eficiencia relativa de un conjunto de unidades de producción a través de un procedimiento no paramétrico. Con el fin de optimizar el proceso y reducir consumos energéticos innecesarios es importante identificar los distintos factores que afectan al consumo energético de las plantas y ver en qué medida influyen. Para ello, se propone el uso de técnicas estadísticas y econométricas que permiten analizar distintas variables o características de las instalaciones que pueden afectar al consumo energético. Detectar aquellas variables o parámetros estrechamente ligados al consumo energético de las EDARs permitirá a los gestores y operadores, ya sean públicos o privados, actuar sobre ellas y mejorar la eficiencia de las instalaciones. Con este propósito se desarrollan los artículos “The relevance of the design characteristics to the optimal operation of wastewater treatment plants: energy cost assessment” y “Modelling the energy costs of the wastewater treatment process: The influence of the aging factor”. El primero de ellos presenta las diferencias entre el caudal de diseño y el caudal real tratado por las instalaciones como un factor que puede afectar a los costes energéticos de las instalaciones, mientras que el segundo pretende evaluar y demostrar los efectos negativos que tiene el envejecimiento de las infraestructuras en el coste energético. Por lo que se refiere al dimensionamiento de las instalaciones son muchos los casos en los que se pueden observar grandes diferencias entre el caudal real que tratan las instalaciones y el de diseño, bien sea porque están sobredimensionadas ya que no se cumplieron las expectativas de crecimiento poblacional consideradas en el momento de construcción, o bien porque su capacidad de tratamiento se ve sobrepasada debido a que se tratan volúmenes de agua superiores a los de diseño. Sea cual sea el motivo del desajuste entre el caudal real y el de diseño, lo cierto es que los equipos que constituyen las instalaciones no están trabajando en el óptimo, siendo generalmente las instalaciones de pequeño tamaño las más afectadas ya que, a diferencia de las grandes, no suelen estar equipadas con sistemas de control que permiten optimizar el dimensionamiento. En cuanto al envejecimiento de las instalaciones, estamos ante una nueva situación que preocupa tanto a gestores públicos como privados, ya que se trata de infraestructuras que hay que mantener y renovar periódicamente para garantizar su correcto funcionamiento. Desde que entrara en vigor la Directiva 91/271/CEE el equipamiento relacionado con el sistema de saneamiento ha crecido notablemente, y son muchas las instalaciones que ya han superado su vida útil o se encuentran a mitad de este periodo, por lo que sin la existencia de estrategias de mantenimiento preventivo y un plan de reposición bien definido, el proceso y la calidad del agua residual se pueden ver afectadas poniendo en riesgo la salud de las personas y del medio ambiente. La relación entre los factores citados anteriormente, es decir, el desajuste entre el caudal real y el de diseño y el envejecimiento de las instalaciones, con el coste energético se materializa mediante el desarrollo de distintas funciones de coste que permiten modelizar el coste energético de las EDARs teniendo en cuenta estas variables, además de otro tipo de variables técnicas como el tamaño o la tecnología de tratamiento y la calidad del agua tratada. Se considera que este tipo de herramienta podría aportar información de gran utilidad a los gestores de las instalaciones, convirtiéndose en una herramienta útil para la toma de decisiones.