Costos índice de sistemas de tratamiento de aguas residuales en México Mantilla Morales Gabriela (*), Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Ingeniera civil y Maestra en Ingeniería Ambiental (UNAM), Doctora en Ciencias y Técnicas del Medio Ambiente de la École Nationale des Ponts et Chaussées (Francia). Especialista en hidráulica en la Subcoordinación de Tratamiento de Aguas Residuales del IMTA. Áreas de trabajo: Contaminación difusa, tratamiento de aguas residuales municipales e industriales, estudios de reúso. Servín Jungdorf Carl Anthony, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Sánchez Castañeda Luis·Fernando, DEPFI – UNAM Campus Morelos Montesillo Cedillo José Luis, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Ruiz López Alejandro Jesús, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Hansen Rodríguez Ivette Rennée, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. (*): Instituto Mex icano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac N° 8532 Col. Progreso Jiutepec, Mor. C.P. 62550 Teléfono: (52)777.629.36.22 Fax: (52)777.319.43.81 e-mail:
[email protected] RESUMEN El objetivo de este trabajo es determinar los costos índice, relacionados con los sistemas de tratamiento de aguas residuales mas utilizados en México, para coadyuvar en la estimación preliminar de los montos de inversión y los principales de operación y mantenimiento, con la finalidad de aplicarlos tanto en la planeación de inversiones como para estimar los presupuestos de nuevas plantas de tratamiento. La selección de los procesos considerados para su estudio obedeció a los siguientes criterios: el sistema de lodos activados corresponde al proceso que más caudal trata en México; el sistema de tratamiento primario avanzado ha observado un incremento reciente en cuanto al número de plantas construidas, además de la importancia de los caudales tratados; en cuanto a los humedales (wetlands), se consideran por ser una opción para las poblaciones medias, debido a sus bajos costos de operación y mantenimiento y además tienen la ventaja de producir un efluente con muy pocos nutrientes. Los montos de inversión están expresados en pesos mexicanos a septiembre de 2002, para lo cual se aplicó el Índice Nacional de Precios al Consumidor del Banco de México. Cuatro modelos de ajuste de curva se aplicaron a cada grupo de datos: lineal, exponencial, logarítmica y potencial y se seleccionó aquella que arrojó la mejor correlación (generalmente mayor de 0.9). Los valores generados por las ecuaciones propuestas de costo índice son producto de experiencias mexicanas y se estiman en función del gasto promedio de agua residual municipal por tratar. El resultado es un monto indicativo, el cual puede variar dependiendo de lo adverso o favorable de las condiciones para construir y operar la planta, por ejemplo, la lejanía a la que se encuentren los servicios del lugar de construcción, la topografía, el tipo de suelo y la zona económica . En principio, tienen el propósito de obtener una estimación preliminar del costo de inversión, operación y mantenimiento sin necesidad de efectuar algún diseño o cuando se carece de toda información. Palabras Claves: costo índice, inversión, costo de tratamiento INTRODUCCIÓN Para evitar la contaminación de los cuerpos receptores en México, una de las prioridades es el tratamiento de las aguas residuales municipales. La descarga en cuerpos receptores está reglamentada por la Ley Federal de Derechos con base en la Norma Oficial Mexicana NOM-001ECOL-1996, en la cual se establecen con precisión los límites máximos permisibles de
contaminantes en las descargas de aguas residuales en los cuerpos receptores. Esta política ha generado una fuerte demanda de infraestructura de saneamiento a nivel nacional, lo cual se traduce en la necesidad de analizar rápidamente diversas alternativas de solución para el tratamiento de aguas negras. La elaboración de proyectos implica estimar el costo del tratamiento del agua residual, así como los montos de inversión. Generalmente se recurre a información básica para realizar los estudios de gran visión y de previabilidad que permitan generar los resultados necesarios para la toma de decisiones, tanto para realizar estudios de mayor profundidad, como para seleccionar la mejor opción de tratamiento. Contar con costos índice coadyuva a agilizar la estimación de resultados de los estudios financieros y económicos, necesarios para seleccionar la mejor opción y para orientar a las instituciones financieras nacionales y/o internacionales en la estimación de sus presupuestos para este tipo de apoyo.
OBJETIVO El objetivo de este trabajo es determinar los costos índice, relacionados con los sistemas de tratamiento de aguas residuales más utilizados en México, para coadyuvar en la estimación preliminar de los montos de inversión y los principales de operación y mantenimiento, con la finalidad de aplicarlos tanto en la planeación de inversiones como para estimar los presupuestos de futuras plantas de tratamiento. METODOLOGÍA Para realizar este trabajo, se recopiló información relacionada con los costos de inversión, operación y mantenimiento de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales consturidas entre 1991 y 2002 en la República Mexicana. Esta información se completó con costos presupuestales de proyectos ejecutivos. La selección de los procesos considerados para su estudio obedeció a los siguientes criterios: el sistema de lodos activados corresponde al proceso que más caudal trata en México; el sistema de tratamiento primario avanzado ha observado un incremento reciente en cuanto al número de plantas construidas, además de la importancia de los caudales tratados; en cuanto a los humedales (wetlands), se consideran por ser una opción para las poblaciones medias, debido a sus bajos costos de operación y mantenimiento y además tienen la ventaja de producir un efluente con muy pocos nutrientes. Para el caso de lodos activados, la ecuación engloba todas las modalidades del proceso, debido a la escasez de información para generar una ecuación particular de cada modalidad. Para estimar los costos índice, fue necesario procesar la información con la finalidad de expresar los montos en pesos a septiembre de 2002, para lo cual se aplicó el Índice Nacional de Precios al Consumidor, publicados por el Banco de México. Con la información relacionada con los costos de inversión para la construcción de las plantas se hizo un ejercicio de regresión para establecer la curva de ajuste que permite estimar la inversión en función de la capacidad de diseño de la planta de aguas residuales. Los costos de mano de obra se estimaron como promedio de la información recabada de dos zonas económicas. Para el consumo eléctrico y de reactivos, se generaron costos a partir de sus estimaciones teóricas. COSTOS DE INVERSIÓN Cuatro modelos de ajuste de curva se aplicaron a cada grupo de datos: lineal, exponencial, logarítmica y potencial y se seleccionó aquella que arrojó la mejor correlación (generalmente mayor
de 0.9). En la Tabla 1 se resume el resultado de las ecuaciones paramétricas para cada modalidad de tratamiento, las cuales se grafican en las figuras 1 a 6. TABLA 1: Ecuaciones paramétricas para estimar los costos índice de inversión PROCESO Primario avanzado Lodos activados Filtro biológico Lagunas aeradas Lagunas de estabilización Wetland, Ecuación para caudales menores a 60 l/s
ECUACIÓN DE LA CURVA 0.6843 Inv = 1272 Q 0.7633 Inv = 1032.4 Q 0.964 Inv = 319.6 Q Inv = -184,430 + 47,677 Ln Q 0.6928 Inv = 740 Q Inv = -1722.7 + 3453.2 Ln Q
PRIMARIO A VANZADO
Miles $ $350,000
In versi ó n = 1272 Q
0.6843
$300,000 $250,000 $200,000 $150,000 $100,000 $50,000
Figura 1: Gráfica de la ecuación: Inversión = 1272Q
Miles $ $800,000
0.6843
3400
Q l/s
3200
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
$0
, para Primario Avanzado
L ODOS ACTIVAD OS Inversió n = 1032.4 Q 0.7633
$700,000 $600,000 $500,000 $400,000 $300,000 $200,000 $100,000 $0
Figura 2: Gráfica de la curva: Inversión = 1,032.4 Q
Q l/s 0.7633
, lodos activados
F IL TROS BIOL ÓGICOS
Miles $ $400,000
Inversió n = 319.6 Q
0.964
$350,000 $300,000 $250,000 $200,000 $150,000 $100,000 $50,000
Figura 3: Gráfica de la curva: Inversión = 319.6 Q
1500
Q l/s
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
$0
0.964
, para filtro biológico.
LA GUNA S AER ADAS
Miles $ 180000
Inver si ón = -184430+ 47677 ln Q
160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000
1450
1350
1250
1150
1050
950
850
750
650
550
450
350
250
150
50
0
Q l/s
Figura 4: Gráfica de la curva: Inversión = -184,430 + 47,677 Ln Q, para lagunas aereadas
LA GUNA S D E ESTA BILIZACIÓN
Miles $ $160,000
Inver si ón = 740 Q
0.6928
$140,000 $120,000 $100,000 $80,000 $60,000 $40,000 $20,000
Figura 5: Gráfica de la curva: estabilización
1900
1750
1600
1450
1300
1150
1000
850
700
550
400
250
100
$0
Q l/s
Inversión = 740 Q 0.6928, para lagunas de
W ETLA ND
Miles $ $14,000
Inver sión = -1722.7 + 3453.2 ln Q
$13,000 $12,000 $11,000 $10,000 $9,000 $8,000 $7,000 $6,000 15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65Q 70 l/s
Figura 6: Gráfica de la ecuación: Inversión = -1722.7+3453.2LnQ, para wetland Se estimaron también los costos de operación y mantenimiento en los que puede incurrir una planta durante su funcionamiento: costo de la mano de obra y personal administrativo o nómina anual de la empresa, costo de energía y costo por uso de químicos. Los resultados fueron: COSTO DE LA MANO DE OBRA Y PERSONAL ADMINISTRATIVO Para su determinación se dividieron en cinco categorías (Tabla 2) y dos zonas económicas: cara y barata. Como los sueldos se estimaron en un intervalo de valores para cada categoría, su selección se debe hacer con los siguientes criterios:
(a) (b) (c) (d)
Zona económica en que se encuentre la planta Tamaño de la planta Complejidad de la planta Disponibilidad regional de mano de obra calificada Tabla 2: Clasificación por nivel del personal que labora en una planta de tratamiento NIVEL O CATEGORÍA Ejecutivo Técnico superior Técnico especializado Técnico Apoyo
RESPONSABILIDAD Administrador general, superintendente, gerente general Subgerente, jefe de área o proceso Jefe de turno, operador, especialista, técnico calificado Analista químico, bombero, plomero, chofer Ayudante, intendente, vigilante
COSTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA El tratamiento de aguas residuales municipales mediante procesos biológicos es el más difundido en el país en cuanto a volumen. Dada la reducida solubilidad del oxígeno y la baja velocidad de transferencia, la cantidad de oxígeno que entra en el agua a través de la interfase aire – espejo de agua de manera natural resulta insuficiente para satisfacer las necesidades de oxígeno del tratamiento aerobio, lo cual obliga a inyectar aire al sistema. El consumo de energía eléctrica llega a representar el principal costo por concepto de operación de las plantas, cuando el proceso recurre a la aereación para realizar su función. Se estima que puede representar hasta el 75% del costo total de la operación de una planta de tratamiento. El tratamiento de aguas residuales municipales mediante procesos biológicos es el más difundido en México en cuanto a volumen tratado. Se estimó el consumo de energía eléctrica para diferentes tipos de aereadores: rotativos de paletas, de inyección de aceite, de velocidad regulada y de tornillo con velocidad regulada de aereadores, en función de la carga de DBO y el caudal (Figura 7). Consumo de energía eléctrica 6500.00 500
6000.00 5500.00
400
4500.00 4000.00 300
3500.00 3000.00 2500.00
200
Caudal (l/s)
Consumo de energía (kW/h)
5000.00
2000.00 1500.00 100
1000.00 500.00 0.00 0
50
100
150
200
250
300
350
400
DBO (mg/l) 3
Figura 7: Aereadores rotativos de paletas. Demanda de oxígeno = 93.5 m /kg DBO eliminada
COSTO DE QUÍMICOS En general, la utilización de reactivos o agentes químicos en la mayor parte de los procesos de tratamiento del país se limita a la desinfección del efluente tratado. La desinfección tiene por objeto reducir los coliformes fecales hasta menos de 1000 NMP/100 ml en el agua tratada. Se considera que los sistemas de tratamiento naturales (wetlands, lagunas de estabilización) no requieren de desinfección. En el caso de los lodos generados durante el proceso de depuración de las aguas, consumen polímero y cal, principalmente. Los principales agentes desinfectantes utilizados en México son cloro gas, hipoclorito de sodio e hipoclorito de calcio. La eficiencia del proceso de cloración varía de manera importante entre plantas que pudiesen presentar características similares en términos de DBO, nitrógeno y DQO. Entre las causas que explican esta variación se puede citar la presencia de compuestos orgánicos que interfieren en el proceso de desinfección y la cantidad de sólidos suspendidos en el efluente. En la Tabla 3, se presentan los intervalos de dosis para diferentes aplicaciones del cloro. Tabla 3: Dosis de cloro APLICACIÓN Agua residual cruda (precloración) Efluente primario Efluente de primario avanzado Efluente de filtros percoladores Efluente de lodos activados Efluente filtrado
DOSIS (mg/l) 6 – 25 5 – 20 2–6 3 – 15 2–8 1–5
CONCLUSIONES Las ecuaciones paramétricas y los costos índice determinados en este trabajo se obtuvieron de información de la que se eliminó aquella que mostró fuertes desviaciones (más del 50%) con una tendencia lógica. Como sea, los resultados sólo se pueden tomar como indicativos de un valor posible que puede ser mayor o menor de acuerdo con las condiciones en que se desarrollará el proyecto. Esta herramienta puede coadyuvar, bajo las reservas que vengan al caso, para tener una idea de la cifra presupuestal que una institución requiere solicitar para apoyar la realización de futuros proyectos. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Headquarters - Department of the Army (1987) Evaluation, prevention, criteria guide for water pollution control, and abatement programs Technical manual, No. 5-814-8 Washington Comisión Nacional del Agua (2001) Costos estimados para proyectos de infraestructura hidráulica Office of Policy, Planning and Evaluation and Office of Water U.S. Environmental Protection Agency (1998) Industrial Economics, Incorporated Cost Accounting and Budgeting for Improved Wastewater Treatment. Cambridge, MA 02140 Riggs James L. (1983) Ingeniería Económica Ed. Representaciones y Servicios de Ingeniería, S.A., México.
Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos. Subsecretaría de Planeación. Dirección Gral. De usos del agua y prevención de la contaminación (1982) Indices de costos de tratamiento de aguas residuales en México y aspectos económicos del control de la contaminación del agua para reúso en actividades agropecuarias a nivel estatal. CYAT, S.A. contrato SP-82-C-16 Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos. Subsecretaría de Planeación. Dirección Gral. De usos del agua y prevención de la contaminación. (1974) Determinación y desarrollo de costos de construcción, operación y mantenimiento de los diferentes procesos de tratamiento de aguas residuales. C. Proyectos Intual, S.A. contrato SP-74-C-13 United States Environmental Protection Agency(1996) Office of Pollution Prevention and Toxics (MC7409) Washington, DC 20460 EPA 742-B-96-008 United States Environmental Protection Agency (2001) EPA 816-R-01-018 Office of Water(4606). State Programs to Ensure Demonstration of Technical, Managerial, and Financial Capacity of New Water Systems. A Comprehensive Summary of State Responses to Section 1420(a) of the Safe Drinking Water Act
