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PLANIFICACIÓN AMBIENTAL HÍDRICA
ESTACIONAL: FUNCIÓN DE COSTOS
MEDIANTE ANÁLISIS MULTIVARIADO PARA
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES MUNICIPALES
Juan Pablo Rodríguez Miranda.
Profesor Asociado. Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Estudiante Doctorado en Ingeniería. Universidad Distrital Francisco José de Caldas*.
Cesar García Ubaque.
Profesor Asociado. Facultad Tecnológica. Universidad Distrital Francisco José de Caldas.
Jorge Saby Beltrán.
Profesor Asociado. Facultad Tecnológica. Universidad Distrital Francisco José de Caldas
INTRODUCCION Según la Corporación Andina de Fomento (CAF, 2009), estableció que los hogares en
américa latina con acceso al agua en la propiedad es el 87%, con acceso al alcantarilladopúblico es el 58% e inodoro conectado a un alcantarillado o fosa séptica es del 66% yademás complementa, que Colombia tiene del 10% a 19.9% de la población con unsistema inadecuado de eliminación de excretas.
Según la Organización Panamericana de la Salud (OPS, 2012), para Latinoamérica el 80%de la población presenta acceso a un abastecimiento de agua adecuado, el 54% de lapoblación tiene acceso a un sistema de saneamiento adecuado; nuestro país cuenta conun 92% de la población total con acceso a la fuentes de agua potable (99% en la zonaurbana y 72% en la zona rural) y 77% de la población total con acceso a instalaciones desaneamiento (82% en la zona urbana y 63% en la zona rural).
Otros indicadores establecen que la cobertura (urbano y rural) de abastecimiento de aguadel 91% y de saneamiento básico del 85% (Sánchez, 2013).
Para el Departamento de Cundinamarca, la cobertura de acueducto es del 81.26% y dealcantarillado del 66.08% (Marín L, 2011).
Se han realizado aproximaciones al análisis económico de las PTARM relacionando el costo de inversión o de construcción y el caudal de diseño, estableciendo de manera general mediante una regresión en función de los costos y caudal de las PTARM, mediant
INTRODUCCION
En el informe técnico sobre sistemas de tratamiento de aguas residuales enColombia – línea base 2010 (Marín, 2012), establece que de los 1119 municipiosColombianos, 490 cuentan con PTAR (43.80%) y de estos, son en total 556PTAR en Colombia, en donde el mayor número de PTAR están losDepartamentos de Cundinamarca y Antioquia. La capacidad instalada de laPTAR fue de 33.2 m3/s.
La Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (ACODAL, 2013),expone que el 31% de las ciudades en Colombia cuentan con PTAR (tratamientoprimario el 29% y el 1% tratamiento terciario); donde se ha observado unaincorrecta selección de las tecnologías, altos costos de inversión y operación(aunque la inversión destinada al tratamiento de las aguas residuales no alcanzael 1% de lo invertido o destinado en agua potable) y una poca protección de lasfuentes hídricas, lo cual pone en riesgo la sostenibilidad ambiental, debido a lacontaminación de los recursos hídricos, dada la premisa que de forma obsoletase está utilizando, que el recurso hídrico en Colombia es infinito.
Se han realizado aproximaciones al análisis económico de las PTARM relacionando el costo de inversión o de construcción y el caudal de diseño, estableciendo de manera general mediante una regresión en función de los costos y caudal de las PTARM, mediant
INTRODUCCION
Función de los costos y caudal de las PTARM, mediante una ecuaciónexponencial 𝐶𝐼 = 𝑎𝑄𝑏
(USEPA, 1978) (USEPA, 1980)(Friedler E., 2006) (Tsagarakis K.P., 2003)(Singhirunnusorn W., 2010) (Hernández Sancho F., 2011)
La constante “a” representa el costo de capacidad unitaria y la constante “b” seconsidera como la constante de elasticidad costo escala (siempre positiva).
Si b = 1 significa que los costos de inversión son directamente proporcionales ala capacidad o caudal de la PTARM (los costos crece de forma lineal).
Si b 1, lo cual significa que los costos crecen menos que proporcionalmente ala capacidad o tamaño de la PTARM (Revollo, 2010).
Si b 1 , se considera que más lentamente crece su costo a medida que seconsideran caudales o capacidades mayores de las PTARM (Valenzuela, 2006).
En la literatura reporta valores de la constante b entre 0.68 – 0.954 (Friedler, 2006).
Se han realizado aproximaciones al análisis económico de las PTARM relacionando el costo de inversión o de construcción y el caudal de diseño, estableciendo de manera general mediante una regresión en función de los costos y caudal de las PTARM, mediant
INTRODUCCION
INTRODUCCION
INTRODUCCIONEn términos de costos de inversión por PTARM se encuentran entre USD$ 51655 a
USD$6975000 y con costo per cápita de 4 USD$/hab a 1506 USD$/hab, lo cual
indica una dispersión considerable.
En Brasil (USD$40/hab a USD$240/hab)
En Perú (USD$90/hab a USD$320/hab)
En México (USD$10/hab a USD$220/hab)
En Colombia (USD$10/hab a USD$289/hab)
METODOLOGIA
El tipo de investigación aplicada a este desarrollo del modelo de función de
costos de las PTARM puede ser establecido desde el ámbito prospectivo
(Vergel G., 2010), dado que se registra información según va ocurriendo el
fenómeno, en este caso, obtener los datos de costos de inversión futura de
las PTARM en el Departamento de Cundinamarca; sin embargo según el
análisis y alcance de los resultados la investigación también puede ser
Cuasi experimental (Vergel G., 2010), debido a que existe una relación causal
(causa – efecto) entre los costos de inversión, caudales de aguas
residuales y parámetros físicos de la calidad del agua residual cruda, que
en condiciones de control riguroso de los factores pueden afectar el
resultado del análisis.
METODOLOGIAPara determinar las funciones de costos para las PTARM, se aplicó el método de recopilación
de datos y costos históricos de 51 proyectos de PTARM construidas o en construcción de
diversas capacidades o caudales de aguas residuales (agrupadas por tecnologías de
tratamiento de aguas residuales y tomando el costo directo sin AIU) dentro del PDA y
proyectos ejecutados por la CAR en Cundinamarca, es decir costos de inversión futura o
costos del seguimiento a la construcción de las PTARM.
Las funciones de costos en PTARM que expresan una regresión exponencial de la forma 𝐶𝐼 =𝑎𝑄𝑏 ∗ 𝑐𝐷𝐵𝑂𝑑 ∗ 𝑒𝑆𝑆𝑇𝑓 ∗ 𝑔𝑁ℎ ∗ 𝑘𝑃𝑗 donde CI es el costo de inversión o de construcción, Q es el
caudal de diseño, DBO (demanda bioquímica de oxigeno), N (nitrógeno), P (fósforo) y SST
(Sólidos suspendidos totales) , a y b son coeficientes calculados, es un modelo que permite
establecer las relaciones entre variables e identificar la dependencia existente, es decir un
modelo determinista.
RESULTADOSDe los 51 proyectos de PTARM en el Departamento de Cundinamarca, el 39,2% de
las PTARM tienen tecnologías de reactores anaeróbicos (20 PTARM entre reactores
UASB, RAP y Filtros anaeróbicos), el 21,6% de las PTARM tienen tecnologías de
lodos activados (11 PTARM entre aireación extendida, zanjón de oxidación y
reactores convencionales), el 19,6% tienen tecnologías de lagunas de oxidación (10
PTARM), el 11,8% tienen tecnología de lagunas aireadas (6 PTARM) y el 7,8%
tienen tecnología de tratamiento avanzado con DAF (4 PTARM).
Las PTARM están distribuidas desde los 177 m.s.n.m hasta los 2718 m.s.n.m y con
rango de caudal entre 0.4 L/s a 958.7 L/s según la cantidad de habitantes
beneficiados.
RESULTADOS
RESULTADOS
20 proyectos de PTARM con
tecnología de reactor anaerobio.
La recomendación es ubicar
PTARM de tecnología anaerobia por
debajo de los 1000 m.n.s.m. por la
estabilización adecuada de biogás
(Ghazy M.R., 2011), aún se
presentan 13 proyectos de PTARM
por encima de los 1100 m.s.n.m.
El rango de caudal encontrado es
de 0,4 L/s a 181,2 L/s.
RESULTADOS
11 proyectos de PTARM con
tecnología de lodos activados.
El rango de caudal encontrado es
de 4,0 L/s a 188,6 L/s.
La gran mayoría de los proyectos de
PTARM se encuentran por encima
de los 2000 m.s.n.m.
RESULTADOS
10 proyectos de PTARM con
tecnología de lagunas de oxidación.
El rango de caudal encontrado es
de 9,0 L/s a 958,7 L/s.
Se observa que todos proyectos de
PTARM se encuentran por encima
de los 2500 m.s.n.m., aun cuando la
recomendación es ubicar PTARM
con tecnologías de lagunas de
oxidación por debajo de los 1000
m.s.n.m.
RESULTADOSPrimer escenario: Considera como variable dependiente el valor de la inversión medido en pesos
colombianos, y como variable independiente, la población, caudal, DBO, SST, N y P; se considera un modelo
lineal, y log log: El modelo o función de costos es 𝐶𝐼 = 9.2808 + 11.224.012 ∗ 𝑄 + 12.127.754 ∗ 𝐷𝐵𝑂5.
Segundo escenario: Considera como variable dependiente el valor de la inversión de la PTARM medido en
pesos colombianos, y variable independiente el caudal el modelo o la función de costos es la siguiente: CI =1.8109 − 4.234.381 ∗ Q.
Tercer escenario: considera, el modelo o función de costos es un log log donde se estima el logaritmo de
inversión de la PTARM en pesos colombianos contra el logaritmo de caudal o capacidad de la PTARM el
modelo o la función de costos se expresa así: 𝐶𝐼 = 266.264.305 ∗ 𝑄0.496602.
Cuarto escenario: contempla únicamente logaritmos en la variable dependiente, en caudal y en DBO, en
razón de que para las otras variables no es significativo. La elasticidad del caudal o capacidad de la PTARM
es 0,45 y de DBO es 0,30, este modelo es el que más se ajusta (R ajustado de 0,70) y la función de costos
es: 𝐶𝐼 = 61.836.230,21 ∗ 𝑄0.458459 ∗ 𝐷𝐵𝑂0.308837
RESULTADOS
RESULTADOSLODOS ACTIVADOS:
La función de costos se expresa así: 𝐶𝐼 = 1.672.784 ∗ 𝑄0,33 ∗ 𝐷𝐵𝑂2,18 ∗ 𝑁0,18 ∗𝑆𝑆𝑇0,96 ∗ 𝑃0,32
TECNOLOGIA DE REACTOR ANAEROBIO:
La función de costos es la siguiente: : 𝐶𝐼 = 248.263.192 ∗ 𝑄0,88 ∗ 𝐷𝐵𝑂0,53 ∗ 𝑁0,11 ∗𝑆𝑆𝑇0,30 ∗ 𝑃0,03
TECNOLOGIA DE LAGUNAS DE OXIDACION:
La función de costos es la siguiente: 𝐶𝐼 = 2.501.108.824 ∗ 𝑄0,59 ∗ 𝐷𝐵𝑂0,28 ∗ 𝑁0,65 ∗𝑆𝑆𝑇0,06 ∗ 𝑃0,93.
CONCLUSIONESEl tener funciones de costos para estimar economías de escalas de largo plazo en las PTARM
en el Departamento de Cundinamarca, dado es específico para la capacidad o caudal de la
PTARM considerada en el análisis y por ello, la elasticidad de costo escala (Q (0,458459) y
DBO (0,308837)), significó que los costos de inversión crecieron lentamente comparados con
la capacidad o caudal de las PTARM analizadas. Se obtuvieron funciones de costos para las
tecnologías de lodos activados, lagunas de oxidación y reactor anaeróbico.
Con las funciones de costos de inversión de las PTARM formuladas, es una buena herramienta
para la selección adecuada del modelo de descontaminación aplicada y además sirve como un
indicador económico para la toma de decisión e inclusive para la evaluación entre varias
alternativas de tratamiento, debido a que el costo de inversión de una PTARM (no es
proporcional al caudal de diseño) depende en gran medida de las características del agua
residual cruda a tratar y por consiguiente a mayor cantidad de contaminantes eliminados del
agua residual, mayor es el daño ambiental evitado y desde luego mayor beneficio en el
proceso de tratamiento de las aguas residuales, dado que se ocupa todo el tren de tratamiento
de la PTARM.
BIBLIOGRAFIAAristizábal O.L. (2012). Referencias para costos de inversión en plantas de tratamiento de aguas residuales. En Las ciudades y el agua. Ingenieros de
EPM investigan sobre los sistemas hídricos urbanos. (págs. 337 - 348). Medellin: Universidad de Medellin.
Buitrago C.A. (1994). Evaluación técnica y económica de sistemas de tratamiento de aguas residuales. Bogotá: Universidad de los Andes.
Fresenius W. (1991). Manual de disposición de aguas residuales. Lima: Centro panamericano de ingeniería sanitaria y ciencias ambientales
(CEPIS/OPS/OMS).
Friedler E. (2006). Effects of design flow and treatment level on construction and operation costs of municipal wastewater treatment plants and their
implications on policy making. Water research, 3751 - 3758.
Hurtado J. (2000). Metodología de la investigación holística. . Caracas: Fundación SYPAL.
Molinos M. (2010). Economic feasibility study for wastewater treatment: a cost - benefit analysis. Science of the environmental, 4396 - 4402.
Onkal G. (2006). Cost analysis of alternative methods for wastewater handling in small communities. Journal of environmental management, 357 - 363.
Revollo D. (2010). Análisis de las economías de escala y alcance en los servicios de acueducto y alcantarillado en Colombia. Desarrollo y sociedad, 145-
182.
Rodríguez J.P. (2009). Selección técnico económico del sistema de depuración de aguas residuales. Aplicando la evaluación de la descontaminación
hídrica. Tecnología del agua, 22 - 21.
Salas D. (2007). Modelo de costos para el tratamiento de las aguas residuales en la región. Scientia et technica, 591 - 596.
Singhirunnusorn W. (2010). A critical analysis of economic factors for diverse wastewater treatment process: case studies in thailand. Sustain
Environmental, 263 - 268.
Tsagarakis K.P. (2003). Application of cost criteria for selection of municipal wastewater treatment systems. Water, air and soil pollution, 187 - 210.
USEPA. (1978). Construction cost for municipal wastewater treatment plants 1973 - 1977. USA: EPA/430/977014.
USEPA. (1980). Construction cost for municipal wastewater treatment plants 1973 - 1978. USA: EPA/430/980003.
Valenzuela L.C. (2006). Evaluación económica y metodología de minimización de costos para proyectos de sistemas de agua potable. Desarrollo y
sociedad, 147- 171.
Von Sperling M. (1996). Comparison among the most frequently used systems for wastewater treatment in developing countries. Water science and
technology., 156 - 180.