Mitigación del cambio climático en el ciclo integral del agua : aplicación al proceso de tratamiento de aguas residuales

Abstract

Las incesantes emisiones antropogénicas que continuamente aceleran el calentamiento global, afectan a una sociedad que a día de hoy añade el tópico de cambio climático a la lista de preocupaciones y problemáticas globales, la cual se encuentra encabezada por la escasez del recurso hídrico y el aumento de la demanda energética. Agua, energía y medioambiente, el trinomio impulsor del desarrollo social, se está viendo asfixiado por el crecimiento demográfico y un aumento de la calidad de vida. Este documento pretende atajar el problema trabajando y optimizando las interdependencias de dichos sectores. Para ello, se ha seleccionado la planta de tratamiento de aguas residuales como escenario base al ser la etapa del ciclo integral del agua con mayores focos de emisión de gases de efecto invernadero y presentar un claro e intensivo consumo energético (contribuyendo a la emisión como foco indirecto). El objetivo es presentar un nuevo concepto de depuradora conocido como factoría verde, el cual empleará la energía intrínseca de la planta en todas sus vertientes (química, potencial y cinética), así como tecnologías renovables externas a la misma, para garantizar la mitigación del cambio climático a través de un consumo energético limpio. A su vez, contribuirá con la economía circular empleando los residuos generados en planta para la creación de productos de segunda generación y evitando la nula manipulación y gestión de los mismos. Habiendo cuantificado la huella de carbono de la planta objeto a estudio y analizado la viabilidad de implantación de las tecnologías alternativas (digestión anaerobia, energía hidráulica, eólica y solar), estas fueron dimensionadas para garantizar una producción energética que supliera la demanda propia de la planta (2.956.313 kWh anuales). Los resultados obtenidos del modelo de simulación presentan valores de producción energética renovable que supera el consumo y confirma la necesidad de incluir un sistema de almacenamiento estacional para cubrir la demanda en todo momento. La viabilidad económica se confirma, amortizando el sistema dentro del tiempo de vida media de la propia planta.

Constant anthropogenic emissions are accelerating global warming. These affect the society that today adds the topic of climate change to the extensive list of global concerns and problems, headed by a scarcity of water resources and an increase in energy consumption. The social development trinomial driving –water, energy, and environment– is being suffocated by population growth and an increase in the quality of life. This document aims to tackle the problem by optimizing the interdependencies between these sectors. Wastewater treatment plants were the selected scenario for this study since this stage of the integrated water cycle is one of the greatest greenhouse gas emitters and they have a clear and intensive energy consumption that contributes to these emissions indirectly. The main objective is to present a new concept of a wastewater treatment plant known as a green factory, which will use the intrinsic energy of the plant in all its aspects: chemical, potential, and kinetic; and renewable technologies external to it, to guarantee climate change mitigation through clean energy consumption. This was achieved by quantifying the plant’s carbon footprint and analyzing the feasibility of introducing alternative technologies –anaerobic digestion, hydraulic power, wind power and solar power– that were later sized to ensure an energy production that meets the plant's own demand of 2,956,313 annual kWh. The generated waste will contribute to the circular economy through the creation of second-generation products thus avoiding the null manipulation and management of them. The values of renewable energy produced from the simulation model exceed the consumption of the plant and confirm the need to include a seasonal storage system to meet the demand throughout the year. The economic viability is confirmed, amortizing the system within the average lifetime of the plant itself.