Reducción de costos operativos en una planta de tratamiento de efluentes industriales

Reducción de costos operativos en una planta de tratamiento de efluentes industriales

Cuando hablamos de costos en la planta de tratamiento, nos referimos a los costos de capital o de inversión (CAPEX) y los costos operativos (OPEX). Los costos operativos se reducen a cuatro zonas específicas: costos de insumos químicos, costos de disposición de residuos (lodos), costos de energía y costos de mano de obra. No obstante, los CAPEX influyen en los OPEX.

Caracterización y calidad del agua residual

Ahora, antes de empezar a ahondar en lo que implica cada costo, es necesario enfocarnos en la pregunta central antes de iniciar cualquier diseño e implementación de toda planta de tratamiento: ¿Cuál es el tipo de agua a tratar? Esta pregunta es clave, porque dependiendo de esto se elige el tipo de tratamiento para tratar el agua.

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Una vez conocido el tipo de tratamiento con el que cuento, puedo saber en qué partes del tratamiento puedo optimizar mis costos. Así que, respondiendo a la pregunta central, para saber el tipo de agua a tratar, realizo la caracterización del agua residual para saber si tiene material flotante, material coloidal disuelto y/o material sedimentable.

Asimismo, es necesario evaluar la calidad de efluente que voy a tratar, el cual se traduce en términos de la DQO y DBO ¿Por qué? Porque durante las 24 horas, la carga que pasa por hora no es la misma, hay determinadas horas en las que pasan caudales pico, y otras en donde la carga es mucho menor. De este modo, si yo busco y hago un requerimiento de un sistema de tratamiento considerando solo las horas de caudal pico, terminare sobredimensionando mi planta, y si por el contrario lo hago considerando solo los caudales bajos la planta estará subdimensionada; ambos casos se traducen en mayores costos operativos. Es por ello, que se debe considerar la curva de variación de DBO y DQO a lo largo del día, y tomar como referencia el promedio, a través de muestras compuestas.

Sabiendo las características del agua residual y la carga orgánica a tratar, elijo un tipo de tratamiento que puede ser físico químico, biológico, una combinación de ambos, u otros.Eso quiere decir que, desde antes del diseño, al reducir nuestro CAPEX (costos de capital) nos anticipamos a reducir nuestros futuros OPEX (costos operativos), ya que en cada etapa de una planta de tratamiento hay diversos puntos donde puedo optimizar los costos operativos que se detallarán más adelante. Por ejemplo, en el pretratamiento, el tamaño, tipo y montaje del tamiz a utilizar va a influir en el paso de una mayor cantidad de DQO a la planta, y ello requerirá una mayor cantidad de insumos químicos. Además, cabe señalar que, con una previa e inteligente separación de sólidos, se puede incluso recuperar sólidos para luego comercializarlos, dependiendo de la industria.

Ecualización del agua residual industrial

Por otro lado, el sistema de ecualización adecuado por niveles me permite tiempos de retención, mezcla y agitación de modo que se homogeniza las condiciones del agua que entra a la planta, y se evita gastos por aditivos para neutralizar (bases o ácidos). 

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De este modo me permite una continuidad dentro del proceso de tratamiento y evita la desestabilización del mismo y los costos que requerirán para estabilizar nuevamente la planta como dosis de químicos, pH, aireación, recirculación de lodos.

¿Cómo reducir los costos operativos en tu PTARI?

Ahora volviendo a los costos operativos, cabe mencionar que los donde hay un mayor costo es en los insumos químicos, luego le siguen los costos por disposición de residuos, luego los costos por energía eléctrica y finalmente los costos por mano de obra.

  • Costos por insumos químicos: generalmente están los costos por coagulantes, floculantes e insumos de desinfección. De estos insumos casi el 80% de los costos totales por insumos se debe a los coagulantes, así que este es el punto más fuerte donde reducir los costos, sobre todo cuando hablamos de tratamientos fisicoquímicos que básicamente son procesos de coagulación-floculación.
    • Coagulantes: Es importante entonces, elegir bien el tipo de coagulante, para ello es necesario saber que existen coagulantes inorgánicos como sulfato de aluminio, PAC, cloruro y sulfato férrico; pero también existen coagulantes orgánicos como poliamidas, taninos, etc. Normalmente, los coagulantes orgánicos son más costosos y se utilizan en dos situaciones: cuando el lodo será reutilizado debido a que posee un valor económico, y cuando la cantidad utilizada de coagulante natural a utilizar es menor respecto a las grandes cantidades que se usarían si se utiliza un coagulante químico. Por ejemplo, si al usar un coagulante químico como lo es el sulfato férrico, requiero utilizar 3000 ppm, no solo estoy utilizando una gran dosis de coagulante, sino también va a generar una disminución de pH que luego tendrá que ser neutralizado con una base, lo que se traduce en costos operativos por una mayor cantidad de coagulante y por la base. Sin embargo, puede darse el caso que un coagulante orgánico como el tanino, tenga un mejor efecto que estos dos insumos químicos, además que no modifica el pH considerablemente, me permitirá reutilizar el lodo, y tendrá un manejo más fácil.
    • Floculantes: También es importante elegir el floculante más adecuado, para ello es necesario saber que existen tipos de floculantes: los de carga positiva (cationes) y los de carga negativa (aniónicos). Los aniónicos se suelen utilizar en combinación con sales férricas (coagulantes con sulfatos y cloruros) y los aniónicos para el tema de lodos.
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Cabe señalar que conocer la curva de remoción de la DQO es importante, porque me permitirá optimizar los costos operativos. Para construir esta curva tengo que determinar cuál es la eficiencia que yo necesito o cuanto de DBO requiere remover para cumplir con la normativa ambiental. Significa que no necesito remover altas cantidades de materia orgánica, si para cumplir la normativa se requiere una menor remoción, porque remover mayor carga implica una mayor cantidad de insumo químico. Entonces aquí, con un pequeño ajuste puedes obtener la dosis suficiente que permita una buena eficiencia de clarificación y remoción. Respecto al floculante, puedo aumentar o disminuir la cantidad, ya que en los OPEX el costo significativo proviene del uso de coagulantes. Asimismo, se puede construir una curva para los distintos tipos de coagulantes y evaluar cuál funciona mejor, y aquí se ha de considerar no solo la dosis y el % de remoción sino también el costo de cada coagulante.

  • Costos por disposición de residuos (lodos): Estos costos se pueden reducir mediante el manejo adecuado de lodos, que consiste en aumentar el % de sólidos secos, esto se puede llevar a cabo mediante espesamiento, deshidratación y/o disposición de lodos. Además, se puede seguir un proceso entre estos con la finalidad de reducir la cantidad de lodos, aumentando más la concentración de sólidos, y la densidad. La cantidad de lodos secos después de cada proceso se obtiene de la multiplicación del caudal, concentración de sólidos secos, la densidad de dichos lodos y el porcentaje de captura. Por otro lado, para obtener el volumen de sólidos secos, se calcula de la misma manera que para masa solo que multiplicado por la inversa de la concentración y densidad. El porcentaje de captura existe debido a que durante los procesos no todos los sólidos secos son capturados, sino que un porcentaje termina percolando.
  1. Espesamiento: Se pueden llegar a concentrar hasta 6% de sólidos secos, y se puede llevar a cabo mediante espesador y mesadora.
  2. Deshidratación: puede concentrar hasta 25% de sólidos secos, y se realiza mediante lechos de secado, filtro banda, filtro prensa y/o filtro tornillo.
  3. Disposición: puedo concentrar hasta 50-80% de sólidos secos, y se puede disponer para el uso agrícola, compostaje y/o relleno sanitario.

Por ejemplo, si tengo 100m3/d(2525 kg SS/d) de lodos con un 2.5% de sólidos secos (SS) de densidad 1.01g/cm3, mediante un espesamiento puedo concentrar los SS al 6% de densidad de 1.015g/cm3 y con una captura del 85% puedo reducir los lodos a 35.24m3/d (2146.25kg SS/d). Luego mediante un proceso de deshidratación puedo concentrar los SS al 25% de densidad de 1.02 g/cm3 y con una captura del 90% puedo reducir los lodos a 7.58m3/d (1931.63 kg SS/d). De ese modo se puede observar una reducción de lodo de 100m3 a 7.58m3, y con ello el costo de disposición de lodos se reduce enormemente.

deshidratador de lodos
  • Costos energéticos: Los ahorros energéticos en toda planta de naturaleza biológica y aerobia tales como MBBR. MBR, SBR, lodos activados, concentran sus costos operativos principalmente en la aireación. Así que, la manera de ahorrar costos en la aireación es evaluando el tipo de soplador, el tipo de difusor, el caudal del aire/difusor y la automatización del oxígeno disuelto (OD).

Para el tipo de soplador debo considerar uno que maneje tanto un bajo costo de inversión inicial y un bajo consumo energético. Respecto a la cantidad de aire que ingresa, yo puedo automatizar el caudal de aireación en base a la cantidad de oxígeno disuelto que tengo en el reactor para reducir mis costos, esto se suele realizar mediante un sensor en el reactor que mande una señal al variador de frecuencia, que finalmente regulará la velocidad de la velocidad de giro del motor del soplador. También se puede aprovechar la distribución de difusores de aire, ya que a una mayor cantidad de difusores se aprovechará mejor el oxígeno que se está inyectando al sistema. Por último, se ha de considerar el SOTE, que es un indicador de transferencia de oxígeno a condiciones estándar, y que está en función del tipo de difusor (a menor cantidad de aire por difusor habrá menor pérdida de carga) e influenciado por la altura del reactor (a mayor altura puedo aprovechar mejor el SOTE). Es así que, mediante las curvas del difusor proporcionado por el fabricante, puedo ver el rango recomendado de operación.

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Como recomendación final,  se puede optar por la independización de efluentes, ya que hoy en día una mala cultura de verter todo al alcantarillado y mezclarlo junto, constituye pérdidas de dinero a nivel de CAPEX y OPEX. Un ejemplo para aplicar esta estrategia es en las torres de enfriamiento donde requieren estar purgando y recirculando agua, puede optar por separar efluente que contiene sales y hacerlo por una membrana de filtración, ultrafiltración u ósmosis inversa para reducir cloruros, dureza, conductividad, y lo demás efluentes por otro lado. De este modo el efluente que sale de las membranas puede circular por más tiempo en el sistema.

Autora: Genesis Belen Gonzales Olortegui

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