Techno-economical efficiency, cost modelling and economic valuation of environmental benefits from wastewater treatmentmethodology and applications

  1. Molinos Senante, Maria
Supervised by:
  1. Ramón Sala Garrido Director
  2. Francesc Hernández Sancho Director

Defence university: Universitat de València

Fecha de defensa: 16 September 2011

Type: Thesis

Teseo: 314756 DIALNET lock_openTESEO editor

Abstract

El agua es un bien fundamental para el desarrollo sostenible, la erradicación de la pobreza y es un elemento esencial para la salud humana. Por ello, es imprescindible que los recursos hídricos sean gestionados eficientemente, tanto en términos de cantidad como de calidad. Con el objetivo de abordar esta cuestión, la Unión Europea (UE) aprobó la Directiva Marco del Agua (DMA), que implica una importante reorientación en la gestión del agua. Uno de los aspectos más novedosos de la DMA es el uso de principios económicos en el proceso de toma de decisiones y como elemento clave para desarrollar políticas eficaces en la gestión de los recursos hídricos. La gestión de las aguas residuales está intrínsecamente vinculada a la gestión del ciclo integral del agua. La correcta gestión de las aguas residuales no sólo contribuye a aumentar la disponibilidad de los recursos hídricos, sino también genera importantes beneficios ambientales. Sin embargo, el valor de este impacto ambiental positivo no suele ser cuantificado porque no está determinado por el mercado. No obstante, la valoración de estos beneficios ambientales es necesaria para que el proceso de toma de decisiones se realice con toda la información y para justificar políticas de inversión de carácter ambiental. Para aplicar los principios de la economía a la gestión de aguas residuales es necesario otorgar un valor a los beneficios no determinados por el mercado. Es por ello, que esta tesis presenta un enfoque alternativo para valorar en términos monetarios los beneficios medioambientales derivados del tratamiento de aguas residuales. Esta visión, se basa en la estimación del precio sombra de los contaminantes eliminados como consecuencia de la depuración de las aguas residuales. La comparación de los costes con los beneficios a través de un Análisis Coste-Beneficio (ACB) permite obtener un indicador de la viabilidad económica del tratamiento de las aguas residuales. Este enfoque metodológico ha sido implementado en varias aplicaciones empíricas. Dado el creciente uso del agua regenerada en las regiones con escasez de recursos hídricos, la evaluación de la viabilidad económica de los proyectos de reutilización de aguas residuales constituye un elemento esencial para favorecer este tipo de proyectos. Los resultados obtenidos demuestran que la integración de los beneficios ambientales en el ACB es fundamental para justificar la viabilidad de estos proyectos. Posteriormente, considerando que uno de los principales retos a los que se enfrenta las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) para incrementar su sostenibilidad es la recuperación de los nutrientes contenidos en el agua residual, se ha evaluado la viabilidad económica del proceso de recuperación del fósforo. Los resultados muestran que este tipo de procesos son viables, desde el punto de vista económico, siempre y cuando se consideren los beneficios ambientales. Finalmente, y dada la importancia que la DMA asigna a los aspectos económicos para alcanzar el buen estado ecológico de las masas de agua, se ha analizado el concepto de costes desproporcionados a nivel de cuenca hidrográfica. El coste de implementar las medidas ha sido cuantificado a través de funciones de coste. La modelización de los costes de depuración del agua residual permite comprender mejor la influencia que las economías de escala y los rendimientos de eliminación de contaminantes tienen sobre los costes de operación y mantenimiento de estas instalaciones. Así, se han desarrollado funciones de coste específicas para distintos procesos de depuración de aguas residuales. Los resultados obtenidos en las aplicaciones empíricas, demuestran que en la evaluación de la viabilidad económica de los procesos de depuración de aguas residuales, es fundamental cuantificar e integrar los beneficios ambientales. De esta forma, los responsables del proceso de toma de decisiones disponen de información completa sobre la viabilidad real del proceso de depuración de aguas residuales quedando justificadas las inversiones destinadas a favorecer la reutilización del agua, a mejorar la recuperación de subproductos y, en última instancia, a proteger el medio ambiente. Por otra parte, a medida que el número de EDARs ha ido incrementando, los aspectos económicos asociados a su gestión han adquirido mayor relevancia. En este contexto, el control del gasto en el proceso de depuración es esencial, tanto para la administración como para las empresas explotadoras de las instalaciones. Mientras que los indicadores de eficiencia han sido ampliamente utilizados para identificar la mejor práctica y optimizar el uso de recursos en diversos sectores económicos, lo cierto es que, en el ámbito de la depuración de aguas residuales apenas han sido considerados. Con el objetivo de evaluar la eficiencia de las EDARs, se ha seleccionado la metodología Data Envelopment Analysis (DEA) ya que permite medir la eficiencia en presencia de varios inputs y/o outputs aunque estos estén expresados en distintas unidades de medida. Posteriormente, en una segunda etapa, se han identificado las variables responsables de las diferencias de eficiencia entre plantas y se han estimado los ahorros posibles en caso de que la eficiencia de las EDARs incrementara. La implementación de varios modelos DEA nos ha permitido obtener una amplia información acerca de la eficiencia de las EDARs. En primer lugar, se ha comprobado que la estacionalidad afecta a la eficiencia de estas instalaciones, especialmente en el caso de fangos activos, lo cual condiciona las posibilidades de reutilización del agua residual. La evaluación de la eficiencia energética nos ha permitido constatar que algunas EDARs presentan un alto potencial para reducir su consumo energético y consecuente sus emisiones de CO2 y costes operacionales. La estimación de la eficiencia dinámica y de la productividad ha puesto de manifiesto la importancia que adquiere la adaptación de las EDARs a los nuevos retos planteados por la sociedad y por la legislación cada vez más exigente. Los resultados muestran que tanto la eficiencia como la productividad de las EDARs están fuertemente condicionadas por las economías de escala. Además el consumo de energía constituye un factor clave para incrementar la productividad de las depuradoras. Finalmente, se ha evaluado la eficiencia de las EDARs teniendo en cuenta la incertidumbre en los datos. Así, se ha demostrado que bajo el mejor escenario, existe un importante margen para reducir los costes de operación y mantenimiento. Además, la incorporación de variabilidad tanto en los inputs como en los outputs nos ha permitido predecir la eficiencia futura e identificar las instalaciones que presentan un mayor potencial para disminuir sus costes. Finalmente, se demuestra que la estimación de la eficiencia de las EDARs constituye una herramienta muy útil para ahorrar recursos tanto económicos como materiales y para evaluar y comprobar el funcionamiento de estas instalaciones. La evaluación de la eficiencia a nivel de planta ha permitido identificar las instalaciones que requieren medidas correctivas al mismo tiempo que se identifican las fortalezas y debilidades de las EDARs analizadas. En definitiva, se trata de mejorar la gestión de las EDARs contribuyendo a incrementar la sostenibilidad de las mismas.