Tratamiento de los Efluentes Sólidos Urbanos

RESUMEN

Un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto, estudian en el bienio 2010-2011 a escala piloto, la recuperación de residuos sólidos cloacales transformándolos en biogás y fertilizante ecológico. Si bien la obtención de estos dos recursos representa la exteriorización -cuantificable a valores de mercado- de los resultados de la aplicación de una tecnología no convencional; el objetivo de mayor relevancia a cumplir con la aplicación de este proceso, se enmarca en el cumplimiento de los postulados de la economía ambiental. Precisamente esta tecnología persigue la preservación de la ecología, a través de: a) la eliminación de la contaminación que generan los efluentes sin el correspondiente tratamiento; b) la producción de una energía renovable (biogás) en el afán de sustitución de las que no lo son; y c) la obtención de un recurso de creciente demanda como es el fertilizante ecológico.

Dado que el objetivo central de eliminación de los efluentes contaminantes, tiende a beneficiar al conjunto de la comunidad, ya sea a través de la disminución de indicadores de morbilidad, o de la recuperación de espacios aptos para el desarrollo de actividades de esparcimiento, la valoración de beneficios y costos se realiza mediante parámetros utilizados en la evaluación de proyectos sociales.

INTRODUCCION

Una de las principales preocupaciones científicas a nivel global de la actualidad, es la amenaza del cambio climático puesto que éste afecta las dos variables básicas para el crecimiento de los cultivos: la temperatura y las precipitaciones; en tal sentido, los modelos de cambio climático predicen severos daños en el sector, con reducciones estimadas hasta en un 10% en la producción de maíz en Africa y América Latina. Tan devastadores efectos, sólo podrán ser mitigados si se entiende el concepto de sustentabilidad del sistema (sustentabilidad económica) que busca compatibilizar el uso de los recursos naturales con su propia conservación, atendiendo siempre a indicadores socio-económicos y agro-ecológicos. En el contexto planteado, las fuentes de energía se están agotando y se presenta una crisis ambiental profunda, lo que indica la urgente necesidad de interactuar de forma amigable con la naturaleza, reduciendo el nivel de contaminación; esto implica la puesta en ejecución de líneas de investigación y desarrollo tecnológico que propendan a la reutilización de desechos, de manera de convertir en recursos económicos, materias que históricamente representaban desperdicios contaminantes.

En función de los avances logrados hasta el momento en el desarrollo de esta tecnología para el tratamiento de efluentes cloacales, se trata de abordar en este trabajo algunos aspectos relacionados específicamente con la línea que genera el componente sólido de los mismos (también denominados “barros”); no obstante ello, en más de una oportunidad se hará referencia al efluente de manera general (contemplando también la porción líquida del mismo) a los fines de mostrar el impacto integral que el desecho genera en el ambiente. Haciendo ya referencia específica al componente sólido y su posibilidad de recuperación para transformarlo en biogás y en fertilizante ecológico, se trata de determinar el beneficio -medido en términos sociales y privados- que generarían las inversiones involucradas, para la comunidad que las ejecute. Las que por otra parte, estarían asociadas a un tamaño “óptimo” en función del avance logrado hasta el momento por parte del equipo investigador.

Por otra parte, con la inclusión en esta ponencia de un apartado específico referido al beneficio social que representa la eliminación del costo producido por la contaminación, si bien al momento de esta presentación no ha sido aún concluida su valoración en términos monetarios, se trata de presentar los avances realizados en el marco de este proyecto de investigación. A tal fin se toman como base los estudios realizados en el marco de este proyecto, de la situación de dos comunidades de la región -con muy diversa envergadura poblacional- con el objeto de evaluar los potenciales perjuicios para la comunidad que derivan de la falta de tratamiento (o tratamiento deficitario) de los efluentes cloacales, y más específicamente en este caso, del componente sólido de los mismos. Es por ello que, a partir de la exposición de lo que sucede en ambas comunidades, se deja planteada una metodología para la evaluación del impacto social que genera esta problemática; metodología sobre la que trabaja en la actualidad el equipo de investigación.

ALGUNAS SITUACIONES DE IMPACTO CONTAMINANTE

En materia de tratamiento de efluentes cloacales, en la actualidad coexisten sistemas tradicionales con algunos intentos de aplicación de tecnologías “no convencionales”; a continuación se describen dos casos evaluados dentro del Departamento Río Cuarto, con el objetivo de introducción al impacto ecológico que generan los vertidos deficientes.

a) Tratamiento con recuperación del efluente líquido únicamente.

Se ha observado en la localidad de Adelia María, en este Departamento Río Cuarto, una planta para el tratamiento de líquidos cloacales que ya cuenta con una antigüedad superior a una década. En esta planta que ocupa 36 hectáreas de tierra, se aplica una tecnología similar a la del presente trabajo, por lo que puede considerarse del tipo no convencional o de bajo costo, pero que en la actualidad sólo recupera al efluente líquido.

La planta recibe los efluentes de 1.800 conexiones domiciliarias, las cuales concentran el desecho de aproximadamente 7.200 habitantes con una erogación diaria de 600.000 litros. Este caudal se trata en dos lagunas facultativas de 200 metros de largo, por 30 metros de ancho por 1,85 metros de profundidad, impermeabilizadas con PEAD de 300 micrones de espesor. Los efluentes llegan a una cámara de concentración donde funcionan en forma intermitente tres bombas de 8 HP cada una durante las 24 horas del día. El material grueso queda retenido en un canasto que se limpia diariamente, y el líquido es bombeado hacia un canal de cemento de 1 metro de ancho por 20 metros de largo, ubicado a una cota superior obligando al pasaje del efluente por unas rejas finas que retienen el resto de material grueso que pueda haber llegado a ese punto. El agua residual continua su viaje y cae por gravedad hacia la primera laguna para su tratamiento, luego de permanecer allí durante 30 días, pasa a la segunda laguna para terminar en el riego de 20 ha plantadas con 15.000 árboles entre álamos, eucaliptos y sauces. La mencionada cámara de concentración actúa como sedimentadora de lodos, que semanalmente son extraídos por medio de un camión atmosférico en un volumen de aproximadamente 3.000 kgs.; estos lodos son mezclados con igual cantidad de litros de agua y aplicados a las plantaciones de sauces porque según se explica, “son los árboles que más aguantan”; este procedimiento sin ninguna duda, implica la distribución de patógenos sin control alguno.

Entre algunas falencias de manejo que este sistema pone de manifiesto, según lo adelantáramos al presentarlo, podemos destacar:

1. Los análisis y control de calidad de los efluentes se hacen cada 6 meses.
2. Como evidentemente el agua residual esta cargada de nutrientes, se produce una gran proliferación de malezas entre los árboles, y para evitar y/o reducir el costo de los herbicidas, se han incorporado planteles de vacas con crías, con lo cual se estaría resolviendo el problema del costo del herbicida, pero como contrapartida estos animales están pastando en toda la superficie del predio, inclusive donde se vierten los lodos sin tratar en la plantación de sauces, asumiéndose el riesgo de transmisión al ganado del bacilo de la tuberculosis. Al comer los animales estos pastos “regados” pueden ingerir conjuntamente gusanos cysticercus bovis, taenia saginata y otros parásitos intestinales que de esta manera entran en la cadena alimenticia y pueden transmitirse a los consumidores de la carne.

Ante las falencias detectadas en este sistema de tratamiento, se considera relevante plantear como VENTAJAS y FORTALEZAS las alternativas que ofrece el desarrollo tecnológico que aquí se presenta:

• La tecnología que aquí se propone, no solo trata la porción líquida del efluente, sino que también se aprovechan los lodos, capitalizándose el gran potencial energético que los mismos ofrecen al someterlos al proceso de biodigestión.
• Además de la obtención del biogás, también se prevé el recupero generado por el subproducto de la biodigestión que son los biosólidos los cuales siguen aportando los mismos nutrientes que antes cuando el lodo no era tratado, pero ahora materializado en un fertilizante sin gérmenes patógenos.

b) Tratamiento convencional de los efluentes con vertido al cauce de un río

Este es el caso de los efluentes cloacales de la ciudad de Río Cuarto, que son tratados en una planta cuya construcción data de 1930, y está situada a 14 km hacia el Este de la ciudad, sobre la margen norte del río Cuarto, enclavada en una superficie de unas 33 hectáreas. Aseguran los técnicos en la materia que la Planta sirvió con eficiencia a la población hasta los años 1950, cuando la población era de 60.000 habitantes y la red de conexión cloacal servía solo al 20 % de ellos. El crecimiento demográfico de la ciudad trajo consigo la superación de su capacidad, razón por la cual el establecimiento de depuración estuvo mucho tiempo fuera de servicio; recibiendo recién a inicios de 2003, un proceso que intentó refuncionalizarla cuyos resultados son juzgados de la más diversa manera según la ubicación (técnico/política) de quien los analice.

Esta es una Planta de tratamiento convencional compuesta por dos cámaras sépticas circulares de 2.100 m3 cada una, cuatro lechos percoladores, una cámara de distribución con una reja separadora, un tanque de agua elevado y un conducto de descarga al río. En el citado reacondicionamiento y nueva puesta en funcionamiento de 2003, se construyó una laguna que cumple las funciones de decantación secundaria de los lechos percoladores y balsa de contención, como reservorio de agua para riego. Esta fue una iniciativa que duró apenas dos años, período en el cual solo funcionó el tratamiento de los efluentes pero nunca lo hizo la proyectada y prometida reutilización de los mismos en forestación, ya que con motivo del cambio en el gobierno local producido ese mismo año, el proyecto quedó paralizado.

En muchos lugares de nuestro país como en Río Cuarto, los efluentes urbanos son vertidos directamente a un cauce natural, bajo el argumento (falacia) de que los lechos de ríos constituyen un excelente dispositivo natural de filtración. Y se tilda de “falacia” porque quienes lo sostienen no tienen en cuenta la contaminación que se está produciendo aguas abajo; la que a su vez se expresa, no solo por el impacto ambiental en sí mismo en lo que hace a la eutrofización y a la baja en la biodiversidad de especies, sino también por la proliferación de todo tipo de roedores e insectos transmisores de diversas enfermedades. Además, quienes sostienen este argumento, parecieran desconocer que al no tratarse los efluentes urbanos, se favorece la producción de una serie de enfermedades hidrotransmisibles producidas por gran variedad de microorganismos patógenos. En el caso de la ciudad de Río Cuarto, y hasta el momento, no se han suscitado hechos de extrema gravedad; pero semejante descontrol en el manejo de los efluentes urbanos, podrían devenir en la generación de epidemias de cólera, fiebre tifoidea, difteria etc., con consecuencias impredecibles sobre la salud de las poblaciones involucradas.

Actualmente la situación es gravísima, ya que estudios realizados en el año 2006, bajo la dirección del ingeniero sanitarista Kotlik concluyeron que el 92 % de los efluentes cloacales –aproximadamente 46 millones de litros diarios- se descargan al río sin ningún tipo de tratamiento. También se reveló la gravedad del problema demostrando que ya se estaba afectando en aquel momento a poblaciones aguas abajo del río Cuarto, detectándose contaminación a una distancia de 18 km desde el punto de vertido. Su trabajo desnudó el escaso aporte ambiental de la planta de tratamiento, al observarse 6 x 106 coliformes totales cada 100 ml en el punto de ingreso del efluente, reduciéndose solo a 4,6 x 106 en el punto de vertido, y a 1 x 105 a 18 kmts de distancia (recuérdese que las normas vigentes en la materia, exigen que el valor máximo no debe alcanzar a 1 x103 coliformes totales cada 100 ml. Todo esto induce a una alta probabilidad de que estos efluentes ya estén afectando también a localidades vecinas aguas abajo como Paso del Durazno, Las Acequias, Villa Reducción y Alejandro Roca. Así como la confirmación de la existencia de una planta cuya capacidad hidráulica está colapsada, su vida útil ha concluido hace muchos años y que deben pensarse con urgencia nuevos sistemas no convencionales y de menor costo.

PROCESO TECNOLOGICO E INVERSIONES

Si bien el motivo de esta ponencia se vincula específicamente con la línea de “barros” (sólidos), por lo que se trata de evitar toda referencia al tratamiento del efluente líquido, la tecnología aquí presentada, trata de la recuperación integral del efluente cloacal. Específicamente la producción lograda hasta el momento a escala piloto, parte del empleo de un biodigestor vertical operando en condiciones mesofílicas, calefaccionado con energía solar, y trabajando sobre procesos de carga discontinua (batch) para tiempos de residencia hidráulica que se han podido reducir hasta 21 días. Todo esto para el tratamiento de los efluentes sólidos cloacales de una población de 208 personas que habitan las Residencias Estudiantiles Universitarias dentro del perímetro físico de la Universidad Nacional de Río Cuarto.

Dadas las características tecnológicas del proceso, y a los fines de cuantificar en términos económicos los beneficios del tratamiento de efluentes, se ha juzgado conveniente direccionar su aplicación práctica a aglomerados de escasa cantidad de habitantes. Concretamente, y debido a su alta tasa de crecimiento en el ámbito de esta ciudad de Río Cuarto, se elige “a priori” como posibles destinatarios de esta tecnología, a los barrios cerrados (“countrys”) dada la forma en que se prestan los servicios comunes. En este caso, y solo a los fines de la inevitable cuantificación de beneficios y costos, se les asignará una población promedio de 1.000 habitantes.

Por otra parte debe aclararse que las estimaciones de producción sobre las que se basan las proyecciones aquí presentadas, se realizan a partir de la consideración de algunos avances que se esperan lograr en un futuro cercano, sobre el mismo tipo de tecnología aplicada en el estadio actual de la investigación; esto es la transformación del proceso discontinuo (batch) en uno continuo, de manera tal que se pueda absorber la totalidad de los sólidos generados por la población destinataria. A tal fin, se ha incrementado la capacidad de procesamiento necesaria, extrapolando la cantidad de días insumidos en los ensayos anteriores y la mayor cantidad de habitantes generadores del efluente, según se muestra en el cuadro siguiente:

Cuadro N° 1 – Determinación del tamaño de la Planta

Como se observa, la transformación del proceso “batch” a “continuo”, sumado a una mayor oferta de efluente sólido a procesar, implicaría multiplicar 32 veces la capacidad de procesamiento de la Planta Piloto puesto que los 250 litros que la misma procesa en la actualidad, se elevarían a casi 8.000 litros en residencia hidráulica si la planta se pretende instalar en un conglomerado de la envergadura indicada.

A continuación se detallan las inversiones requeridas para poner en funcionamiento una planta de tratamiento del efluente sólido, de manera continua, y para una población de 1.000 habitantes, con el objetivo de eliminación de la contaminación (principal) y la producción de biogás y fertilizante ecológico (secundarios).

Cuadro N° 2 – Inversión en planta de tratamiento

(1) Incluye tuberías, llaves, aislantes, manómetros, termómetros, quemador y otros.

IMPACTO SOCIAL DEL TRATAMIENTO DE EFLUENTES

La comparación de la situación que traería aparejada la implementación de esta tecnología respecto de los actuales vertidos sin control suficiente, permite la identificación de dos grupos de beneficios para toda la comunidad generadora de los efluentes:

a) Beneficios por la descontaminación de suelos y/o cursos de agua:

1. Mejoramiento de la calidad ambiental, por eliminación de olores, insectos y toda fauna nociva generada con motivo de vertidos incontrolados.
2. Mejoramiento de la salud de la población.

b) Beneficios por el logro de producciones alternativas:

3. Aumento de la oferta de recursos energéticos por la generación del biogás.
4. Producción de un fertilizante ecológico de alto nivel de eficiencia.

BENEFICIOS DE LA DESCONTAMINACION

Dado el efecto de mejoramiento en la calidad de vida de las poblaciones involucradas que la descontaminación genera, la cuantificación de los beneficio se aborda aplicando las técnicas de la evaluación social de proyectos. El punto de partida es la existencia de un óptimo social por contaminación, identificado gráficamente en el punto donde se cortan las curvas del beneficio marginal por la reducción de la contaminación, con los costos marginales que deben asumirse para controlar los vertidos del efluente.

Ahora bien, el avance de la investigación al momento de la presentación de esta ponencia, aún no ha logrado la definitiva cuantificación de este beneficio social que a la vez, es considerado el más importante resultado de la aplicación de esta tecnología por su aporte fundamental a la preservación del ambiente en esta parte del Planeta. En consecuencia, y a los fines de exteriorizar la trascendente participación de la descontaminación en los beneficios del proyecto, se deja planteada en este apartado la metodología aplicada en el actual estadio de la investigación, para lograr la definitiva cuantificación en términos económicos.

1 . Mejoramiento de la calidad ambiental del cauce del río.

En esta materia, la existencia de un curso de agua contaminado como el del río Cuarto, puede valorarse en función del costo social que ello representa para las poblaciones vecinas río abajo, como es el caso de Paso del Durazno, Las Acequias, Villa Reducción y Alejandro Roca. Dado que estas poblaciones, históricamente han utilizado las aguas del río Cuarto con fines recreativos, el beneficio involucrado en una planta de tratamiento de efluentes, se valuará computando la valoración negativa que los pobladores manifiestan por la imposibilidad de acceder a la utilización de las riveras del mismo cauce como lugar de esparcimiento. Amén de estimarse la predisposición a pagar derechos de acceso a lugares de rivera en aquellas poblaciones, esta situación debe estudiarse muy especialmente en los segmentos de bajos recursos, dada su imposibilidad de contar con otras alternativas de recreación (especialmente en temporada estival) si no es a través de una erogación dineraria.

2 . Mejoramiento de la salud de la población.

Debe destacarse que en la situación sin proyecto, los efluentes cloacales pueden generar un mayor índice de enfermedades no sólo al contacto con aquellos, sino también por las bacterias que arrastra el aire y que pueden depositarse en alimentos y/o bebidas. También en este caso como en el apartado anterior, los beneficios derivados del proyecto se lograrán a partir de la cuantificación de los costos que la comunidad en su conjunto está asumiendo en la actualidad (situación sin proyecto) por los perjuicios que le produce la existencia de un cauce contaminado. Para calcular el número de casos de enfermedades hídricas que son atribuibles a los efluentes municipales se utilizará el “método de asimilación”, el cual consiste en comparar el índice de estas enfermedades en una zona que no está afectada por aguas residuales, con el mismo índice en alguna de las poblaciones que hoy se ven afectadas por el cauce en tales condiciones. El eventual incremento de casos, deberá valuarse computando para dicho volumen (cantidad de casos), los honorarios médicos por consultas, costos de medicamentos, días de hospitalización, niveles de incapacidades, etc. De esta forma se cuantifica el beneficio que trae a toda la comunidad afectada, la eliminación del factor contaminante (efluente sin tratamiento).

PRODUCCIONES ALTERNATIVAS

3 . Producción de biogás.

La magnitud de la producción que genera una población del tamaño propuesto, no alcanza a justificar el montaje de una estructura comercial ni la corriente de costos involucrada, y por tal razón se sugiere la utilización del gas producido, simplemente como insumo en el área de mantenimiento del mismo barrio, sin excedentes comercializables. No obstante ello -y sólo con fines de cuantificación- la producción se valora a precios de mercado en su condición de bien sustituto del gas natural que debiera consumirse en el referido uso.

Cuadro N° 3 – Ingresos por producción de biogás

4 . Producción de fertilizante ecológico.

Dado que el beneficio de esta producción será juzgado en función de su capacidad de sustitución de productos fertilizantes como la urea y el fosfato diamónico, se presenta en el cuadro siguiente la presencia del nitrógeno y del fósforo producidos por la planta de tratamiento, en cada uno de los productos a sustituir. Por otra parte, y en función de los precios de mercado de los bienes a sustituir, se obtiene la valoración (en dólares) de la producción de cada uno de los componentes del fertilizante logrado.

Cuadro N° 4 – Valoración unitaria del fertilizante

De igual forma que en el apartado anterior (biogás), debe aclararse aquí que si bien se ha tomado un valor de mercado del fertilizante a los fines de cuantificar el beneficio de dicha producción, el destino sugerido para los volúmenes obtenidos es su aprovechamiento en el mismo sector en que se produce. En función de la escasa magnitud de aquellos para un tamaño de planta como el elegido, y a los fines de evitar costosos procesos de comercialización, el destino que optimizaría resultados es su aplicación directa y a granel a algún tipo de producción vegetal (hortícola, frutícola, etc) practicada en el mismo predio donde se instale la planta de tratamiento.

Cuadro N° 5 – Ingresos por producción de fertilizante ecológico

RESULTADOS ESPERADOS

Con los supuestos planteados en materia de valoración en términos privados de la producción de la planta, se presentan en el Cuadro N° 6, los resultados de la producción estimada para la población elegida de 1.000 habitantes, y su comparación con otros dos tamaños alternativos. A tales efectos, se debieron aplicar algunos supuestos ya que el avance actual del proceso de investigación –como ya se ha dicho- no incursiona aún en el tratamiento de efluentes de mayores volúmenes.

Los tamaños propuestos, por su parte, han sido definidos en función de la Tasa Interna de Retorno esperada para cada uno de ellos, específicamente se buscó un tamaño con T.I.R = 0 %; y otro con T.I.R = 12 %. Para lograrlo se adaptó el modelo de sensibilidad “Unidimensional del V.A.N.” a la herramienta de la T.I.R., suponiendo también en materia de costos de inversión y funcionamiento, un “coeficiente del factor de escala” de α = 0,50 que podría aplicarse en esta actividad. Respecto de este indicador macroeconómico, no se dispone de información estadística dado que se trata precisamente de la propuesta de una nueva tecnología con procesos de producción sobre los cuales no existen experiencias repetitivas en la relación “Inversión/Capacidad de producción”; no obstante ello el elemento de mayor proporción en la inversión es el biodigestor (véase el Cuadro N° 2) el cual multiplica exponencialmente su capacidad de proceso, ante el agregado de rangos razonables de inversión.

En materia de costos de funcionamiento, se parte de una estimación de afectación equivalente al 50% de un operario para la pequeña planta de 1.000 habitantes, dotación que afectada por el mismo coeficiente (α = 0,50) llega casi a cuadruplicarse para el mayor de los tamaños, lo mismo que las erogaciones en materia de insumos y servicios de terceros.

Cuadro N° 6 – Resultados para diversos tamaños de planta

CONCLUSIONES

Debe dejarse aclarado en primer término, que el objetivo central de esta investigación es el procesamiento integral del efluente cloacal (líquido y barros) con el propósito de eliminar la contaminación que en la mayoría de los casos se produce en la situación “sin proyecto”. En consecuencia, el resultado más importante de su aplicación es el beneficio social que generaría la descontaminación de los cursos de agua, y/o superficies de tierra hoy afectados por dichos efluentes; y dado que en función del avance actual aún no se cuenta con resultados finales cuantificados, se ha considerado pertinente en tal sentido presentar la metodología aplicada con tales fines.

No obstante, la producción en materia de bienes con valor de mercado (biogás y fertilizante ecológico) también genera su beneficio para la comunidad generadora del efluente, y en consecuencia –aunque a valores de mercado- se ha estimado el retorno que generan sobre la inversión requerida para poder procesar el efluente, si bien en el tamaño menor esta última no se recupera. Precisamente por esta causa, es que se ensayaron dos tamaños alternativos de población de manera que se logre con tales recuperos la cobertura de la inversión.

Los resultados obtenidos, partiendo de un α = 0,50 y mostrados en el Cuadro N° 6 son: 1) El rendimiento equivalente a T.I.R. = 0 % requeriría de un oferta de efluente equivalente a 10.740 habitantes; y 2) Un rendimiento susceptible de cubrir una tasa social de descuento razonable (T.I.R. = 12 %), llevaría el tamaño poblacional a 12.158 habitantes.

Cabe destacar finalmente, que más allá de estos resultados, el equipo investigador analiza la posibilidad de asignar muy pronto una nueva variante de importancia a este desarrollo tecnológico, tratándose de incorporar al proceso de biodigestión la porción orgánica de los residuos domiciliarios de la misma población. De esta forma, y al unirse éstos a los lodos provenientes del efluente cloacal se verificará un fuerte incremento de la masa en proceso de co-digestión, además de potenciarse los indicadores de producción de biogás dada la mayor eficiencia que este residuo exhibe para estos fines, en su comparación con los sólidos provenientes del efluente cloacal.

* Cabe aclarar que los costos y ganancias deben actualizarse a los valores actuales.

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Por: César Migani, Raúl Crespi y Marino Pugliese
Fuente: Facultad de Ciencias Económicas-UNRC

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